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啤酒厂废水处理工程
一、前言
        啤酒厂废水主要来自麦芽车间(浸麦废水),糖化车间(糖化,过滤洗涤废水),发酵车间(发酵罐洗涤,过滤洗涤废水),灌装车间(洗瓶,灭菌废水及瓶子破碎流出的啤酒)以及生产用冷却废水等。
        啤酒工业废水主要含糖类,醇类等有机物,有机物浓度较高,虽然无毒,但易于腐败,排入水体要消耗大量的溶解氧,对水体环境造成严重危害。啤酒废水的水质和水量在不同季节有一定差别,处于高峰流量时的啤酒废水,有机物含量也处于高峰。国内啤酒厂废水中:CODcr含量为:1000~2500mg/L,BOD5含量为:600~1500 mg/L,该废水具有较高的生物可降解性,且含有一定量的凯氏氮和磷。
        啤酒废水按有机物含量可分为3类:①清洁废水如冷冻机冷却水,麦汁冷却水等。这类废水基本上未受污染。②清洗废水如漂洗酵母水、洗瓶水、生产装置清洗水等,这类废水受到不同程度污染。③含渣废水如麦糟液、冷热凝固物。剩余酵母等,这类废水含有大量有机悬浮性固体。
二、啤酒废水处理方法
        鉴于啤酒废水自身的特性,啤酒废水不能直接排入水体,据统计,啤酒厂工业废水如不经处理,每生产100吨啤酒所排放出的BOD值相当于14000人生活污水的BOD值,悬浮固体SS值相当于8000人生活污水的SS,其污染程度是相当严重的,所以要对啤酒废水进行一定的处理。
        目前常根据BOD5/CODcr比值来判断废水的可生化性,即:当BOD5/CODcr>0.3时易生化处理,当BOD5/CODcr>0.25时可生化处理,当BOD5/CODcr<0.25难生化处理,而啤酒废水的BOD5/CODcr的比值>0.3所以,处理啤酒废水的方法多是采用好氧生物处理,也可先采用厌氧处理,降低污染负荷,再用好氧生物处理。目前国内的啤酒厂工业废水的污水处理工艺,都是以生物化学方法为中心的处理系统。80年代中前期,多数处理系统以好氧生化处理为主。由于受场地、气温、初次投资限制,除少数采用塔式生物滤池,生物转盘靠自然充氧外,多数采用机械曝气充氧,其电耗高及运行费用高制约了污水处理工程的发展和限制了已有工程的正常使用或运行。
        随着人们对于节能价值和意义的认识不断变化与提高,开发节能工艺与产品引起了国内环保界的重视。1988年开封啤酒厂国内首次将厌氧酸化技术成功的引用到啤酒厂工业废水处理工程中,节能效果明显,约节能30~50%,而且使整个工艺达标排放更加容易和可靠。随着改革开放的发展,90年代初完整的厌氧技术也在国内啤酒、饮料行业得到应用。这里所说完整的意义在于除厌氧生化技术外,沼气通过自动化系统得到燃烧,这是厌氧系统安全运行和不产生二次污染的重要保证,这也是国内外开发厌氧技术和设备应充分引起重视的问题。厌氧技术的引进与应用能耗节约70%以上。
下面主要介绍一下处理啤酒废水常用的几种方法:
        1、酸化—SBR法处理啤酒废水
        其主要处理设备是酸化柱和SBR反应器。这种方法在处理啤酒废水时,在厌氧反应中,放弃反应时间长、控制条件要求高的甲烷发酵阶段,将反应控制在酸化阶段。
        要想使此方法在处理啤酒废水达到理想的效果时运行环境要达到下列要求:
        (1)酸化—SBR法处理中高浓度啤酒废废水,酸化至关重要,它具有两个方面的作用,其一是对废水的有机成分进行改性,提高废水的可生化性;其二是对有机物中易降解的污染物有不可忽视的去除作用。酸化效果的好坏直接影响SBR反应器的处理效果,有机物去 除主要集中在SBR反应器中。
        (2)酸化—SBR法处理啤酒废水受进水碱度和反应温度的影响,最佳温度是24℃,最佳碱度范围是500~750mg/L。视原水水质情况,如碱度不足,采取预调碱度方法进行本工艺处理;若温度差别不大,运行参数可不做调整,若温度差别较大,视具体情况而定。
        2UASB—好氧接触氧化工艺处理啤酒废水
        此处理工艺中主要处理设备是上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池,处理主要过程为:废水经过转鼓过滤机,转鼓过滤机对SS的 去除率达10%以上,随着麦壳类有机物的去除,废水中的有机物浓度也有所降低。调节池既有调节水质、水量的作用,还由于废水在池中的停留时间较长而有沉淀和厌氧发酵作用。由于增加了厌氧处理单元,该工艺的处理效果非常好。上流式厌氧污泥床能耗低、运行稳定、出水水质好,有效地降低了好氧生化单元的处理负荷和运行能耗(因为好氧处理单元的能耗直接和处理负荷成正比)。好氧处理(包括好氧生物接触氧化池和斜板沉淀池)对废水中SS和COD均有较高的去除率,这是因为废水经过厌氧处理后仍含有许多易生物降解的有机物。
        该工艺处理效果好、操作简单、稳定性高。上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池相串联的啤酒废水处理工艺具有处理效率高、运行稳定 、能耗低、容易调试和易于每年的重新启动等特点。只要投加占厌氧池体积1/3的厌氧污泥菌种,就能够保证污泥菌种的平稳增长,经过3个月的调试UASB即可达到满负荷运行。整个工艺对COD的去除率达96.6%,对悬浮物的去除率达97.3%~98%,该工艺非常适合在啤酒废水处理中推广应用。
        3、新型接触氧化法处理啤酒废水
此方法处理过程为废水首先通过微滤机去除大部分悬浮物,出水进入调节池,然后中提升泵打入VTBR反应器中进行生化处理,通过风机强制供风使废水与填料接触,维持生化反应的需氧量,VTBR反应器出水进入沉淀器,去除一部分脱落的生物膜以减轻气浮设备的处理负荷,之后流人气浮设备去除剩余的生物膜,污泥及浮渣送往污泥池浓缩后脱水。
        该处理工艺有以下主要特点:
        ①VTBR反应器由废旧酒精罐改造而成,节省了投资。与钢筋混凝土结构相比,具有一次性投资低,运行稳定,处理效果好等特点。
        ②冬季运行时,在VTBR反应器外部加了一层保温材料,使罐中始终保持较高的温度,提高了生物的活性。
        ③因 VTBR反应器高达10m左右,水深大,所选用风机为高压风机,风压为98kPa,N=75kw,耗电量大。
        4、生物接触氧化法处理啤酒废水
        该工艺采用水解酸化作为生物接触氧化的预处理,水解酸化菌通过新陈代谢将水中的固体物质水解为溶解性物质,将大分子有机物降解为小分子有机物。水解酸化不仅能去除部分有机污染物,而且提高了废水的可生化性,有益于后续的好氧生物接触氧化处理。
   该工艺在处理方法、工艺组合及参数选择上是比较合理的,充分利用各工序的优势将污染物质转化、去除。然而,如果由于某些构筑物的构造设计考虑不周会影响运行效果,致使出水水质不理想,使生物接触氧化池的出水(静沉30 min的澄清液)COD为500~600 mg/L,经混凝气浮处理后出水COD仍高达300 mg/L,远高于排放要求(150 mg/L)。
        但是此处理方法在设计和运行中回出现以下问题
        (1)水解酸化池存在的问题主要是沉淀污泥不能及时排除。由于该废水中悬浮物浓度较高,因而池内污泥产量很大,而原工艺仅在水解酸化池前端设计了污泥斗,所以池子的后部很快就淤满了污泥。另外,随着微生物量的增加在软性生物填料的中间部位形成了污泥团,使得传质面积减小。针对污泥淤积情况,在水解酸化池前可增设一级混凝气浮以去除水中的悬浮物,经此改进后水解酸化池能长期、稳定、有效地运行,其出水COD也从1100~1200 mg/L降至900 ~1000mg/L,收到了较好的效果。不过,增设混凝气浮增加了运行费用,而且气浮过程中溶入的O2还可能对水解酸化产生不利影响。因此,在设计采用水解酸化处理悬浮物浓度高的污水时,可增设污泥斗的数量以便及时排除沉淀污泥。此外,为防止填料表面形成污泥团应采用比表面积大、不结泥团的半软性填料。
        (2)如果废水中污染物浓度较高或前处理效果不理想,生物接触氧化池前端的有机物负荷较高,使得供氧相对不足,此时该处的生物膜呈灰白色,处于严重的缺氧状态,而池末端成熟的好氧生物膜呈琥珀黄色。同时,水中的生物活性抑制性物质浓度也较高,对微生物也有一定的抑制作用。这些因素使得生物接触氧化池没有发挥出应有的作用,处理效果不理想。鉴于此,可一采取阶段曝气措施即多点进水,污水沿池长多点流入生物接触氧化池以均分负荷,消除前端缺氧及抑制性物质浓度较高的不利影响。改为多点进水并经过一段时间的稳定运行后,生物接触氧化池的出水(30 min的澄清液)COD为200~300 mg/L。再经混凝气浮工序处理后最终出水COD<150 mg/L(一般在130 mg/L),达到了排放要求。
        (3)在调试运行过程中,生物接触氧化池中生物膜脱落、气泡直径变大(曝气方式为微孔曝气)、出水浑浊、处理效果恶化的现象时有发生。经研究、分析、验证发现这是由于负荷波动或操作不当造成溶解氧不足而引起的。溶解氧不足使得生物膜由好氧状态转变为厌氧状态,其附着力下降,在空气气泡的搅动下生物膜大量脱落,导致水粘度增加、气泡直径增大、氧转移效率下降,这又进一步造成缺氧,如此形成恶性循环致使处理效果恶化。
        (4)在调试运行初期,发生这种现象时一般是增大供气量以提高供氧能力来消除缺氧,结果由于气泡搅动强度增大,造成了更大范围的生物膜脱落、水粘度更大、氧转移效率更低,非但没 能提高供氧能力反而使情况更糟。正确的处理措施应是减小曝气量,待脱落的生物膜随水流 流出后再逐渐增加曝气量使溶解氧浓度恢复到原有水平,若水温适宜则2~3 d后生物膜就可恢复正常。
因此当采用此工艺处理啤酒废水时要遵循下列要求:①采用水解酸化作为预处理工序时应考虑悬浮物去除措施。②采用推流式生物接触氧化池时,为避免前端有机物负荷过高可采用多点进水。③应严格控制溶解氧浓度,供氧不足会造成生物膜大范围脱落,导致运行失败。
        5、内循环UASB反应器+氧化沟工艺处理啤酒废水
        此工艺采用厌氧和好氧相串联的方式,厌氧采用内循环UASB技术,好氧处理用地有一处狭长形池塘,为了降低土建费用,因地制宜,采用氧化沟工艺。本处理工艺的关键设备是UASB反应器。该反应器是利用厌氧微生物降解废水中的有机物,其主体分为配水系统,反应区,气、液、固三相分离系统,沼气收集系统四个部分。厌氧微生物对水质的要求不象好氧微生物那么宽,最佳pH为6.5-7.8,最佳温度为35℃-40℃[2],而本工程的啤酒废水水质超出了这个范围。这就要求废水进入UASB反应器之前必需进行酸度和温度的调节。这无形中增加了电器。仪表专业的设备投资和设计难度。
内循环UASB技术是在普通UASB技术的基础上增加一套内循环系统,它包括回流水池及回流水泵。UASB反应器的出水水质一般都比较稳定,在回流系统的作用下重新回到配水系统。这样一来能提高UASB反应器对进水水温、pH值和COD浓度的适应能力,只需在UASB反应器进水前对其pH和温度做一粗调即可。
UASB反应器采用环状穿孔管配水,通过三相分离器出水,并在三相分离器的上方增加侧向流絮凝反应沉淀器,它由玻璃钢板成60°安装而成,能在最大程度上截留三相分离出水中的颗粒污泥。
此处理工艺主要有以下特点:①实践证明,采用内循环UASB反应器+氧化沟工艺处理啤酒废水是可行的,其运行结果表明CODCr总去除率高达95%以上。②由于采用的是内循环UASB反应器和氧化沟工艺串联组合的方式,可根据啤酒生产的季节性、水质和水量的情况调整UASB反应器或氧化询处理运行组合,以便进一步降低运行费用。
        6、UASB+SBR法处理啤酒废水
        本处理工艺主要包括UASB反应器和SBR反应器。将UASB和SBR两种处理单元进行组合,所形成的处理工艺突出了各自处理单元的优点,使处理流程简洁,节省了运行费用,而把UASB作为整个废水达标排放的一个预处理单元,在降低废水浓度的同时,可回收所产沼气作为能源利用。同时,由于大幅度减少了进入好氧处理阶段的有机物量,因此降低了好氧处理阶段的曝气能耗和剩余污泥产量,从而使整个废水处理过程的费用大幅度减少。采用该工艺既降低处理成本,又能产生经济效益。并且UASB池正常运行后,每天产生大量的沼气,将其回收作为热风炉的燃料,可供饲料烘干使用。UASB去除COD达7500kg/d,以沼气产率为0.5m3/kgCOD计算,UASB产气量为3500m3/d(甲烷含量为55%~65%)。沼气的热值约为22 680kJ/m3,煤的热值为21000 kJ/t计算,则1m3沼气的热值相当于1 kg原煤,这样可节煤约4t/d左右,年收益约为39.6万元。
        UASB+SBR法处理工艺与水解酸化+SBR处理工艺相比有以下优点:
        ①节约废水处理费用。UASB取代原水解酸化池作为整个废水达标排放的一个预处理单元,削减了全部进水COD的75%,从而降低后续SBR池的处理负荷,使SBR池在废水处理量增加的情况下,运行周期同样为12h,废水也能达标排放。也就是说,耗电量并没有随废水处理量的增加而增加。同原工艺相比较,每天实际节约1 500~2 500m3废水的处理费用,节约能耗约21.4万元/a。
        ②节约污泥处理费用。废水经过UASB处理后,75%的有机物被去除,使SBR处理负荷大大降低,产泥量相应减少。水解酸化+SBR处理工艺工艺计算,产泥量达17t/d(产泥率为0.3kg污泥/kgCOD,污泥含水率为80%),UASB+SBR法处理工艺产泥量只有5t/d(含水率为80%)左右,只有水解酸化+SBR处理工艺的1/3,污泥处理费用大大减少,节约污泥处理费用约为20元/a。
三、综述
        啤酒厂工业废水处理的工艺选择,必须因地制宜,谨防生搬硬套。各种工艺确定时,应充分调查工厂排水水质、水量、排水规律和特点,必要时应取样化验确认;应考察工厂提供的建设场地地形条件和面积大小;考察工厂所能承受的一次性投资及运行成本情况;考察工厂的管理水平和工人素质条件以及确定厂外排水条件及水电增容条件等进行适合本地区建设污水场并能长期达标运行的方案比选。比选中简单适用、运行可靠、达标稳定、节约能耗、投资经济是最重要的工艺原则。
        山东瀚正环境科技有限公司是一家集技术研发、设备生产、安装调试、工程施工、运营服务为一体的综合性环保企业,长期专注于环保工艺与环保设备的优化革新,以科技创造碧水蓝天,为客户提供环境治理解决方案。
        公司主营环保产品分为生化设备、气浮絮凝装置、固液分离装置、消毒加药装置、污泥减量设备、水处理剂等六大类,主要产品有一体化污水处理设备、一体化提升泵站、溶气气浮机、机械格栅、高效沉淀池、净水过滤器、加药装置、消毒设备、污泥脱水机、污泥干化装置、刮吸泥机、厌氧塔及水处理剂等,应用领域几乎涵盖污水处理领域。在为公司项目实施提供有力保障的同时,还为国内多家环保企业提供优质设备及服务。
        公司始终坚持“环保优先,客户至上”的原则,近年来在城镇污水处理、农村连片整治、分散式污水治理、农村安全饮用水、高浓度有机废水等领域不断拓展环境治理业务,为乡村、学校、服务区、医院、酒店、风景区以及印染、屠宰、养殖、食品、洗涤、制药等企业提供成套环保设备及技术服务。
        目前,公司已经与山东科技大学、南开大学等院校建立了长期技术合作关系,并拥有一批优秀的科研技术及水处理专业人才,我们将始终专注于为客户解决水处理难题,致力于成为环境治理服务专业供应商。
        诚望与国内外各界诚信合作、共创美好明天!
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