啤酒废水水质特点及处理综述

编辑 白金高通国际广告传媒
发布于: 2010-11-05 09:39
2010-11-05 09:39

    水资源既是基础自然资源,是生态环境的控制性因素之一,同时又是战略性经济资源,是一个国家综合国力的有机组成部分。中国水资源问题十分突出,尤其是水资源短缺、旱涝灾害以及与水污染相关的生态环境问题已经成为我国社会经济发展重要的制约因素,受到国家和社会的高度关注。尤其近几年各类河流湖泊水质污染事件频发,水环境的污染已经对饮水安全及人身健康造成了严重影响。2000年污水排放总量620亿吨,约80%未经任何处理直接排入江河湖库,90%以上的城市地表水体,97%的城市地下含水层受到污染。其中有10%河段污染严重,已基本丧失使用价值,淡水湖泊处于中度污染水平,75%以上湖泊出现富营养化(张利平等,2009)。所以提高水资源的利用效率、优化各类废水处理技术是缓解我国水资源忧患的重要举措。啤酒行业是一个耗水量极大的行业,我国2007年啤酒产量达3000多万吨,已连续4年保持世界第一。啤酒工业迅速发展的同时,啤酒工业废水的排放量也相应增加,污染程度加重,每生产1 吨啤酒需要l0~30吨新鲜水,相应地产生10~20 吨废水。我国现在每年排放的啤酒废水已达1.5亿吨,预计到2012年至少达到2.1亿吨(李宏昌等,2008)。由于这种废水含有较高浓度的蛋白质、脂肪、纤维、糖分、废酵母、酒花残渣等有机无毒成分,排人天然水体后将消耗水中的溶解氧,既造成水体缺氧,还能促使水底沉积化合物的厌氧分解,产生臭气,恶化水质。所以选择高效合理的啤酒废水处理工艺对保护环境,优化水资源现状具有十分重要的意义。
    针对啤酒废水污染的控制,采用的主要处理技术有好氧生物处理、厌氧生物处理、好氧与厌氧联合生物处理等方法,这些废水处理方法能有效地去除啤酒废水中的污染物,减轻或消除啤酒废水对环境的污染。其中应用最广泛的是厌氧与好氧联合生物处理。好氧生物处理常采用的有活性污泥法及其改进形式和生物接触氧化法。厌氧生物处理除传统消化池应用生产外,一些新工艺也已在啤酒生产废水处理中得到了广泛应用,同时土地利用等啤酒废水处理的新技术也开始得到应用。
    好氧生物处理技术
1 SBR法
    SBR法是序批式活性污泥法的简称,是对传统活性污泥法的改进。SBR工艺不需要另设二沉池、污泥回流及污泥回流设备,也可不设调节池。具有基建及运行费用较低,不易发生污泥膨胀问题,耐冲击负荷等优点。资料显示,SBR的主要构筑物容积为常规活性污泥工艺的50%~60% ,运行费用及占地面积均可减少20%左右。但也存在曝气装置易堵塞,自动控制技术及连续在线分析仪要求高等缺点。有实验表明在污水CODcr进水为:1424mg/L情况下进行12小时的反应CODcr的去除率可以达到95%以上,并且不会发生污泥膨胀(崔延瑞等,2001)。

2 CASS工艺
    CASS即循环活性污泥法,该工艺是目前国际上最先进的一种间歇运行的活性污泥法工艺,能满足各种严格出水水质要求。在工艺中,活性污泥过程按曝气和非曝气阶段不断重复进行。在曝气阶段完成生物降解过程,在非曝气阶段主要是完成泥水分离过程和滗水过程。工艺最重要的特征是不设独立的沉淀池和刮泥系统,始终保持在一个池子中进行生物反应和泥水分离,因而能节约大量基建投资和运行费用(袁丽,2005)。CASS工艺在进水浓度为CODcr 2000mg/L,BOD51000mg/L时去除率均可达到98%(王本辉,2003)。由此可见,CASS工艺是一种十分高效的处理工艺,在啤酒废水处理中被广泛应用。
3 生物接触氧化工艺                                            
    生物接触氧化法兼有活性污泥法及生物膜法的特点,池内的悬浮固体浓度高于活性污泥法和生物滤池,具有较高的容积负荷(可达2.0-3.0kgBOD5/m3·d)。另外接触氧化工艺不需要污泥回流,无污泥膨胀问题,运行管理较活性污泥法简单,对水量水质的波动有较强的适应能力。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悬浮固体水解为溶解性物质,将大分子有机物降解为小分子有机物。水解酸化去除了部分有机污染物,提高了废水的可生化性,有益于后续的生物接触氧化处理(石锦慎,2009)。该工艺在处理方法、工艺组合及参数选择上是比较合理的,在啤酒废水处理中具有较大优势。
    厌氧生物处理技术
1 ASBR法
    ASBR工艺是20世纪90年代,美国Richard R·Dague教授开发出了一种间歇供水、排放的处理工艺——厌氧序批式活性污泥法(Anaerobic Sequencing Batch Reactor)(Dague R R&banik G C,1998)。它的运行以间歇操作为主要特征,每个池子的运行操作在时间上都是按次序排列的,一般可按运行次序分为4个阶段,即进水、反应、沉淀和排水阶段,称为一个周期。该工艺克服了UASB等高效厌氧反应器的缺点,且工艺简单,操作方便,被认为是最有可能替代UASB的废水厌氧处理技术之一。ASBR反应器对啤酒废水具有较高的处理效率和抗冲击负荷,实验中,在有机负荷为1.5 kg/(m3·d)~5/(m3·d)范围内,反应器对有机物的去除率在90%以上,而且增加负荷时去除率保持稳定(滕朝华、杨倩,2008)。研究表明,ASBR 处理啤酒废水适宜参数为:温度30~40℃,pH7~8,反应时间24h,MLSS 5000~5500mg/L。在此工艺参数下连续运行1 周,CODcr和SS的去除率分别为80.9%和74%,产气率约为500 L/kg COD(张文艺等,2005)。
2厌氧内循环( IC)技术
    IC反应器是以UASB反应器内污泥已颗粒化为基础构造的新型厌氧反应器,由2 个UASB 反应器单元相互重叠而成。与以往厌氧处理工艺相比,IC 反应器具有有机负荷高,水力停留时间短,剩余污泥少,靠沼气提升产生循环,无需用外部动力进行搅拌混合和使污泥回流,具有节省动力消耗等优点(陈武,2009)。当CODcr的浓度维持在1 500—2 500 mg/L之间,经过IC反应器处理的废水,其CODcr浓度降为250—350 mg/L之间,去除率维持在80%—85%(杨晓峰等,2007)。1995 年,上海富士达酿酒公司采用IC 技术处理废水,处理能力为4800m3/d,IC 反应器直径5m,高度20.5m,水力停留时间2h, 有机负荷达15 kg COD/(m3·d)(何晓娟,1997)。沈阳华润雪花啤酒有限公司1996 年从荷兰Paques 公司引进IC 技术处理啤酒生产废水,反应容积为70m3,设计日处理高浓度有机废水400m3,CODcr容积负荷达25kg/(m3·d)~30kg/(m3·d),CODcr去除率80%(王林山等,1998)。
3 UASB法
UASB即上流式厌氧污泥床。UASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥,具有良好沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层,要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触,污泥中的微生物分解污水中的有机物,把它转化为沼气。废水经过UASB 处理后,85%以上的有机物被去除,使后续好氧处理负荷大大降低,产泥量相应减少。部分好氧剩余污泥也可进入UASB 消化,使得污泥量进一步减少(匡武等,2006)。应用UASB 反应器处理啤酒废水,当进水CODcr为1000~2000mg/L 时,出水CODcr一般在500mg/L 左右。广西桂林漓泉啤酒有限公司采用UASB—SBR工艺进行废水处理,设计处理水量为6500m3/d,厌氧水力停留时间为7.0h,反应器有效容积为1870m3。在进水水量、CODcr浓度和水温均随生产和季节变化的情况下,UASB出水的CODcr浓度始终稳定在200-500mg/L(张振家,2001)。
4 EGSB 厌氧反应器
    EGSB(Expanded Granular Sludge Bed)反应器,即膨胀颗粒污泥床反应器,是UASB 反应器的变形,是厌氧流化床与UASB 反应器两种技术的成功结合。其主要特点是采用介于普通UASB 和IC 之间的高径比和上升流速,并通过设置外循环系统,来保证进水和污泥的充分混合,具有处理负荷高、基建投资省、占地面积小、运行稳定等特点。Jeison 等人对EGSB 反应器和UASB 反应器处理啤酒废水进行了对比试验。CODcr浓度3000mg/L,EGSB 反应器的CODcr去除率为85%,而UASB 反应器则为70%,EGSB 反应器的处理效果好于UASB 反应器(Jeison,et al. 1999)。
    其他处理技术
1 土地处理技术  
    废水的土地利用,其目的不单纯是废水农田灌溉,而是根据生态学原理,在充分利用水资源的同时,科学地运用土壤—植物系统的净化功能,使该系统起到废水的二、三级处理作用。这种方法对于渗透较慢的土壤最为适用,经调查,啤酒废水经过土地利用系统后,水质明显改善,能够达到农田灌溉水质标准的要求,同时又可节省水源,增加农田土壤的有机质含量,提高农作物产量,其经济效益在干旱地区更能得到体现(施云芬、刘月华,2003)。
2 植物处理  
    啤酒废水中有机碳含量丰富,氮、磷的含量也有一定水平,可以为植物生长提供必要的营养物质。近年来一些学者利用啤酒废水对普通丝瓜,多花黑麦草,金针菜等植物进行水培试验,发现这些植物长势良好并能完成其生活史(戴全裕等,1994)。这种处理技术既创造了经济效益,同时又显著降低了废水中多种污染物的浓度,这为啤酒废水的资源化处理开拓了一条新思路。

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