酿酒工业废水的治理技术

酒的生产是以水为介质的,酿造过程需用大量的工艺水和清洗水。由于酿酒废水中含有酿造过程产生的多种副产物和废弃物,而目前多数酒厂的废水又是未经处理直接排放的。所以,酿酒废水已成为我国水污染的主要污染源之一。一、酿酒废水的产生酿酒的原料均采用农作物,生产工艺过程中产生的废水均属有机废水。对于不同的酒,所产生的废水量和废水中有害物的浓度有所区别。现仅以啤酒为重点,简单地介绍一下酿酒废水的来源、排放量、水质和危害。酿造啤酒的主要原料是大麦、大米和啤酒花。酿造的方法随啤酒种类不同而异。但一般分为制麦和酿造两大工艺流程。有的啤酒厂外购麦芽,只有酿造工艺。制麦,也称麦芽制造.该工艺过程用水,有浸麦用水和冷却用水。冷却用水水质较好,可回收循环使用。主要污染来自浸麦用水。浸麦废水是一种颜色很深、极易腐败的有机废水,COD浓度500~800mg/L,BOD5浓度300~500mg/L。废水产生量,一般每生产1t成品麦芽约产生30t左右,采取间歇排放的方式。酿造,可细分为精化、发酵(前酵)、贮酒(后酵)、过滤和包装几个工序。近几年,有些啤酒厂已将发酵和贮酒两道工序合并在大型锥形罐中一次完成。糖化工序的废弃物有麦糟、热凝固物和冷凝固物。麦糟是麦汁制备过滤后产生的副产物,含水75~80%,组分为蛋白质、脂肪、淀粉、还原糖、粗纤维、灰份。热凝固物是麦汁煮沸过程中,由于蛋白质变性和多酚物质氧化、聚合而产生的。热凝固物含水80%,组份为蛋白质、酒花树脂、多酚物质和灰份。冷凝固物是在麦汁冷却过程析出的,主要组份是蛋白质、碳水化合物、多酚物质和灰份。糖化工序的废水主要来自糖化锅、糊化锅的刷锅水、清洗水和麦糟贮存池底流出的麦糟水,一般热(冷)凝固物也含在废水中排出。所以,精化工序产生的废水中有机物质比较多,COD浓度高达20000~40000mg/L。其废水排放量约占废水总盘的5~10%,采取间歇排放的方式。发酵和贮酒工序的废弃物是废酵母,酵母是在啤酒发酵过程沉淀下来的。一般为生产需要,沉淀下来的酵母经洗涤后重复使用,但多余的酵母和失去活力的酵母,如不综合利用则随废水排出,酵母除含水80~85%外,其它组分是蛋白质、脂肪、纤维、灰分和无氮浸出物。这个工序的废水来源于洗涤水,COD浓度2000~3000mg/L,废水排放量约占废水总量的15~20%,采取间歇排放的方式。包装工序的废水来自洗瓶水、喷淋杀菌水、洗棉水、地面冲洗水和包装物破损流出的残酒等。这部分水的排水量较大,约占废水总量的30~40%,COD浓度500~800mg/L,连续排放。此外,酿造过程还有大量的冷却水和电渗析产生的浓水,这些水基本未受污染,多数厂循环使用。从啤酒行业全国每年交换的资料看,酿造工艺的水耗各厂悬殊较大,一般1t酒排出废水15~30t,但个别厂也有80~l00t的纪录。啤酒厂总排水口COD的浓度为1000~1500mg/L。其它酒类产品的废水,以酒精蒸馏废液的有害物浓度为最高。天津酒精厂对玉米酒精蒸馏废液采样监测的结果是:C0D131250mg/L,BOD69000mg/L,SS38900mg/L。酒精蒸馏废液是发酵成熟醪蒸馏后排出的,其产生量约为酒精产量的13~15倍。1990年全国年产酒精126.24万t,蒸馏废液排出量约1641~1894万t。由于生产酒精只利用了原料中的淀粉或糖分,其它成分不仅未被破坏,而且在发酵过程中还产生了多种氨基酸,营养价值很高。蒸馏废液一般含水90~95%,固形物的组分为蛋白质、脂肪、无氮浸出物、纤维、灰分等。其中蛋白质的含最不仅高达27%(玉米酒精),而且氨基酸的组分很全,几乎包括了动物所需要的13种氨基酸。总之,酿酒废水中含有多种营养成分,是宝贵的物质资源。多年来,各厂尽管将麦糟和酒精蒸馏废液作为饲料出售,有的厂还搞了深加工技术,综合利用废水中的固形物。但是,酿酒工业,特别是酒精行业还未彻底消除废水的污染。以致于对环境产生很大的危害。二、酿酒废水的治理方法酿酒工业废水是高、中浓度的有机废水,含有多种营养成分。如采取单纯治理的方法使其达标排放,不仅因污染负荷高,耗费较多的基建费用和运行费用,而且只有环境效益,不见经济效益,企业治理污染的积极性也不高。况且,酿酒废水中的有机物是物质资源,弃之不用而将其转化为无机物排放掉,实际上是极大的浪费。所以,对酿酒废水应采取“以综合利用为主、以治理污染为辅”的环境对策。即:通过综合利用的途径,先将废水中的有机成分分离出来,加工成饲料或其它副产品,最后再治理废水的污染。这样,既回收了物料,提高了原料利用率,又可使废水达标排放。同时企业又可以其综合利用的副产品供给社会需要,达到经济效益、环境效益和社会效益的统一。处理易于生物降解的酿酒废水,国内外广泛采用的生物(生化)处理工艺,但在二级处理以前,必须进行一级处理,目的是调整废水PH值,减轻废水的腐化程度和后续处理的工艺负荷。废水的生物处理,分为天然生物处理(氧化塘、土地处理)和人工生物处理。人工生物处理,一般分为好氧和厌氧两大类。好氧生物处理,根据微生物的生长状态,又可分成悬浮态(活性污泥法)和固着态(生物膜法)。在生物膜法中,又有固定床(生物转盘)和流化床(生物流化床)之分。厌氧生物处理除悬浮态和固着态之外,还有常规法和两相法(即将产酸相和产气相进行分离)。(一)好氧生物处理好氧生物处理是在有氧的情况下,借好氧微生物的作用来进行的。好氧工艺按微生物在处理构筑物内的生长形式,可分成活性污泥法和生物膜法两大类。好氧生物处理一般用于处理低浓度有机废水,国内啤酒厂处理啤酒废水大都采用此法。采用活性污泥法的厂家有广州啤酒厂、珠江啤酒厂、长春啤酒厂等。上述单位COD进水浓度为1200~1500mg/L,出水浓度为50~100mg/L。COD的除去率92~96%。采用活性污泥法处理啤酒废水,在运行中经常会出现污泥膨胀的间题。产生这一问题的原因是啤酒废水中碳水化合物含量高,氮、磷、铁等营养物质缺乏,碳氮比例失调。比较简单的解决办法是将生活污水和啤酒废水混合。因为生活污水中含氮量相对较高,两者混合是比较经济的。否则就要采取投加含氮的化学药剂、调整废水PH值和改善运行工艺条件等技术措施。国内采用生物膜法处理啤酒废水的厂家有杭州啤酒厂、青岛啤酒厂、房山啤酒厂等。COD进水浓度1000~1500mg/L,出水浓度100~150mg/L,COD除去率90%。采用生物膜法应注意的问题,一是温度,如塔式生物滤池,当进水温度过高时,应预先降温,在北方冬季容易结冰,使设备不能正常运行,因此塔式生物滤池只适用于白平均气温不低于4℃的地区.即使采用生物转盘,也应建筑厂房,以利保温。二是异味扰民,有些啤酒厂使用生物转盘,虽然有厂房隔离,从远处也能闻到异味。所以,地处居民密集的企业应慎重采用。此外,国外已建成投产的啤酒
废水处理设施中,也有将活性污泥法和生物膜法串联的工艺,如上海华光啤酒厂,采用“生物转盘十曝气池”工艺,COD去除率98%,上海益民啤酒厂,采用“生物塔滤十曝气池”工艺,COD除去率96%。这说明采用两段二级处理工艺会提高COD的除去率,改善出水水质,环境效益较好。但两段二级处理都采用好氧工艺,势必使能耗升高。在好氧生物处理中,值得推荐的是深井曝气,它是一种高效的废水生物处理技术,它是英国皇家化学工业公司在1968年研究出来的一种工艺流程。国内1980年在东北制药厂建立了我国第一座深井曝气装置,处理混合制药废水。COD除去率84%,BOD5除去率96%。深井曝气的特点是:占地面积小、效能高、耐冲击负荷性能好等。目前国内虽然还没有使用深井曝气处理酿酒废水的先例,但从资料介绍,加拿大安大略巴利应用这一技术处理啤酒废水,BOD5进水浓度2400mg/L,出水浓度50mg/L,除去率97.92%。证明深井曝气用于处理酿酒废水是可行的。(二)厌氧生物处理对于高浓度有机废水(一般指COD>2000mg/L,BOD5>1000mg/L的废水),采用好氧生物处理在经济上是不合理的,它需要大量的投资和占地,能耗也较高,所以,通常采用厌氧生物处理工艺。厌氧生物处理是在无氧条件下,用生物方法处理有机物。厌氧发酵不仅是一种治理废水污染的手段,而且是一种产能的方法,它在厌氧发酵过程中产生的甲烷(沼气)气体可以利用。厌氧生物处理起始于19世纪,但传统的厌氧发醉需要较高的温度、较长的水力停留时间,处理效能较低。随着世界上废水污染的日益严重和能源危机的出现,迫使人们寻求新的能源,唤起了人们对这一技术的再研究。1955年,Schroefer等提出了厌氧接触法,标志着现代厌氧处理工艺的诞生。60年代末以来,世界上先后出现了厌氧滤池(AF)、升流式厌氧污泥层反应器(UASB)、厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)、厌氧流化床(AEB)等新工艺,这些新工艺的共同特点是具有较高的容积负荷率和较短的水力停留时间,从而使厌氧反应器具有很高的效能,人们称之为第二代厌氧反应器。在这些反应器中,以UASB和AAFEB为优。国内研究和应用第二代厌氧反应器起步较晚,但发展很快。目前在处理食品、酿酒、制药、合成脂肪酸等十几种高浓度废水方面,取得了一些成果,问题是多数尚处在小试和中试阶段,应用于工业规模的还不多。酿酒工业多采用厌氧发酵处理薯干酒精蒸馏废液,也有少数啤酒厂用它处理啤酒废水。烟台第二酿酒厂和河南南阳酒精厂,采用厌氧接触法制造“罐式厌氧发酵处理薯干酒精废液”装置,已于1985年和1987年先后投人工业规模的生产。这两个厂酒精蒸馏废液中COD进水浓度47000~55000mg/L,COD除去率85%。每1m3废液产沼气25m3。北京啤酒厂采用UASB反应器处理啤酒废水,分别于1984年完成小试、1957年完成中试,并于1991年进人工业规模的土建施工。中试的结果,COD除去率80%,产气量0.6m3/(m3·d)。另外,清华大学在北京啤酒厂还采用厌氧流化床(AFB)对啤酒废水进行了小试研究,结果:温度在25℃时,厌氧流化床的COD容积负荷可达到7~15kg/(m3·d)。以上这些实例说明,第二代厌氧反应器完全适用于处理酒精废液和啤酒废水,这一技术在酸酒工业的应用有着广阔的前景。但是,采用厌氧发酵处理酒精废液,COD出水浓度仍达500~1000mg/L,仍需进行再处理才能达标排放。烟台第二酿酒厂在轻工业部环保所协助下,采用厌氧一好氧串联工艺正在进行工业规模的建设,以保证出水水质达到排放标准。该工程投资120万元,每处理lm3酒精废液达到排放标准约能回收1元。厌氧发酵的另一个问题是厌氧污泥的处理。烟台第二酿酒厂准备将污泥脱水后用作农田肥料,这可以说是综合利用的又一途径。总之,对酿酒工业废水的处理虽然只适用生物处理的方法,但在好氧和厌氧两种工艺中,处理的形式繁多,尤其是原有的处理技术日臻完善、新的生物处理技术陆续出现。各种生物处理的工艺形式,既不断丰富,又得以并存。说明每种形式都有自己的优点和适用的条件。所以,在选择酿酒废水处理技术时,要根据本地区的气候,工厂所处的周围环境,可供设置水处理设施的占地面积,废水处理的规模和水质,环保部门对排放的废水要求,能源消耗以及所产生的二次效应等因素综合分析。尽量多选择几个方案,从技术和经济的角度反复论证比较,才能筛选出适合本单位具体情况的、技术上可行、经济上合理的处理技术。相关阅读《屠宰废水处理方法》