王存彥，劉智慧，徐亞萍，徐亞慧

(華夏碧水環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，河南 鄭州 450000)

我國是啤酒生產和消費大國，啤酒廢水量為啤酒產量的3～10倍。2020年，我國啤酒產量約為0.34億m3，伴隨產生的啤酒廢水量為1.02億～3.40億m3[1-6]。啤酒生產是高耗水行業(yè)，廢水主要產生于啤酒生產過程的糖化、發(fā)酵等工序，具有水質水量差異大、可生化性好等特點，主要包含有酵母菌殘體、糖類、酒花殘糟、醇類、揮發(fā)性脂肪酸等[7-10]。常用的啤酒廢水處理工藝為厭氧處理和好氧處理的組合工藝[11-13]。其中，厭氧處理工藝有升流式厭氧污泥床、厭氧序批式反應器、厭氧膨脹顆粒污泥床等，而好氧處理工藝有生物膜法、活性污泥法等。近年來，隨著國家節(jié)能減排和綠色發(fā)展理念的提出，啤酒生產將節(jié)水納入了所有生產環(huán)節(jié)，啤酒噸水水耗下降且對洗瓶質量要求增高，啤酒的生產制作中添加的潤滑劑、洗瓶劑、殺菌劑等倍增，這嚴重降低了啤酒廢水的可生化性，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，使得啤酒廢水的處理難度和處理成本增加。

目前，啤酒廢水處理面臨生物毒性高、抗沖擊力差、出水不穩(wěn)定、運行成本高等技術難題。因此，尋找一種穩(wěn)定高效的啤酒廢水處理工藝，是目前啤酒廢水處理面臨的新挑戰(zhàn)?；诖耍芯拷柚⑸锏膮捬酢醚踅M合生化處理工藝的優(yōu)勢，首次提出了對啤酒廢水分質分流預處理以及中水回用的理念，即預處理+生化處理+回用水深度處理。根據(jù)廢水的水質特點，將釀造廢水和包裝廢水單獨預處理，采用“強化循環(huán)的厭氧反應器+好氧工藝+二沉池+纖維轉盤過濾”作為廢水處理站的主工藝，最后增設中水回用裝置，探索出一條節(jié)能降耗、無污染、低成本的處理工藝。浙江省某啤酒廠案例的成功實施，為啤酒廢水的處理提供了可靠的理論依據(jù)和技術支撐，對啤酒行業(yè)的技術革新和長久發(fā)展具有重要意義。

1 工程概況

該工程位于浙江省，設計廢水處理規(guī)模6 000 m3/d，所產生的啤酒廢水具有如下特點：①廢水來源復雜多樣，廢水量大，水質水量波動較大；②廢水主要含有大量的糖類、醇類、氨基酸、果膠、啤酒花、維生素、蛋白化合物及包裝車間的有機物和少量無機鹽類等；③廢水具有一定的可生化性[14]，但廢水中的生物毒性較強，會造成生化系統(tǒng)處于失穩(wěn)狀態(tài)。

各主要生產工段廢水水質特點：①糖化廢水，屬高濃度有機廢水，pH值為5～7，弱酸性。其中，COD為5 000～10 000 mg/L，間歇排放。②發(fā)酵廢水，屬中濃度有機廢水，pH值為5～7，弱酸性。COD為2 000～3 000 mg/L，間歇排放。③包裝廢水，屬低濃度有機廢水，pH值為8～14，堿性。COD為200～800 mg/L，連續(xù)排放。

項目設計出水水質滿足《啤酒工業(yè)污染物排放標準》(GB 19821—2005)一級標準，該工程進出水水質見表1。

表1 浙江省某啤酒污水處理廠進出水水質Tab.1 Inlet and outlet water quality of a brewery wastewater treatment plant in Zhejiang Province

根據(jù)進出水水質情況以及排放標準，工程處理工藝需對污水中的有機物、懸浮物、氮、磷具有良好的去除效果。由于啤酒廢水釀造廢水和洗瓶廢水的有機物含量和毒性差異較大[15]，根據(jù)以往的設計經驗以及節(jié)能降耗的角度考慮，該工程工藝對啤酒釀造廢水和洗瓶廢水采用分流分質預處理以降低廢水中的化學品毒性，并保障后續(xù)生化工藝穩(wěn)定運行。廢水主工藝段采用“強化循環(huán)的厭氧反應器+好氧工藝+二沉池+纖維轉盤過濾”工藝，實現(xiàn)對污染物的高效去除和出水穩(wěn)定達標。其中，強化循環(huán)的厭氧反應器通過射流混合布水技術、沼氣強化循環(huán)及廢水內外循環(huán)技術以緩沖廢水的毒性，保證水流剪切力，維持有機負荷穩(wěn)定[16-18]。厭氧階段產生的沼氣，經脫硫凈化制蒸汽技術回用于鍋爐燃燒，實現(xiàn)能源化，降低企業(yè)運行成本。最后，該工程采用“多介質過濾+超濾+反滲透”結合工藝首次實現(xiàn)啤酒中水回用，有效截留水中的無機離子、膠體物質和大分子溶質，回用到生產或外售，實現(xiàn)水的資源化利用。上述工藝的具體流程如圖1所示。

2 主要構筑物設計和工程特點

該工程污水站罐體采用先進的利浦罐工藝，實現(xiàn)關鍵工藝段裝備化，具有制作周期短、使用壽命長、氣密性能好、造價成本低、外形美觀且可重復利用等優(yōu)勢。

(1)初沉罐。2座，均為利浦罐結構，1座包裝初沉罐，1座釀造初沉罐，包裝初沉池設計尺寸為φ10.10 mm×6.50 m，有效水深6.00 m，有效池容480.47 m3，水力停留時間6.41 h，表面負荷0.94 m3/(m2·h)；釀造初沉池設計尺寸φ13.10 mm×6.50 m，有效水深6.00 m，有效池容808.28 m3，水力停留時間4.62 h，表面負荷1.30 m3/(m2·h)。因啤酒廢水中含有的懸浮物雜質較多，需要將易沉淀的雜質去除，降低后續(xù)處理負荷。

圖1 污水處理工藝流程Fig.1 Process flow of wastewater treatment

(2)調節(jié)罐。2座，均為利浦罐結構，1座包裝調節(jié)罐，1座釀造調節(jié)罐，包裝調節(jié)罐設計尺寸φ16.40 mm×6.00 m，有效水深5.50 m，有效池容為1 161.23 m3，水力停留時間15.48 h；釀造調節(jié)罐設計尺寸φ21.00 mm×6.00 m，有效水深5.50 m，有效池容1 904.02 m3，水力停留時間10.88 h。因各車間的廢水水質有差異，污染物濃度以及pH各不相同，調節(jié)罐不僅起到均質均量的作用，還能改善厭氧生化的反應條件、提高揮發(fā)性脂肪酸的含量。

(3)強化循環(huán)的厭氧反應器。2座，利浦罐結構，單座設計尺寸φ12.70 mm×18.00 m，有效水深17.50 m，總有效池容4 431.44 m3，水力停留時間25.32 h，容積負荷4.26 kg/(m3·d)。通過動態(tài)回流緩沖流量維持有機負荷穩(wěn)定且不發(fā)生厭氧酸化的現(xiàn)象，利用射流混合布水技術、沼氣強化循環(huán)及廢水內外循環(huán)技術，緩沖廢水的毒性，并促進了有機氮的轉化，為后續(xù)生物脫氮奠定了良好基礎。

(4)好氧反應器。2座，利浦罐結構，單座設計尺寸φ26.00 mm×6.00 m，有效水深5.50 m，總有效池容5 837.26 m3，水力停留時間23.35 h，容積負荷0.47 kg/(m3·d)。通過采用鼓風機+可變微孔曝氣方式，有效強化好氧生物的生化作用，進一步降低污染物濃度。

(5)二沉罐。1座，利浦罐結構，設計尺寸φ26.00 mm×6.00 m，有效水深5.50 m，有效池容2 918.63 m3，水力停留時間11.67 h，表面負荷0.47 m3/(m2·h)。二沉罐為輻流式結構，易于固液分離。

(6)沼氣回收成套裝備。濕法脫硫罐1座，利浦罐結構，設計脫硫罐尺寸15.00 m×6.50 m×5.00 m，有效池容438.75 m3。厭氧產生的沼氣經過氣水分離和脫硫系統(tǒng)后，進入沼氣鍋爐燃燒產生蒸汽，異常情況下可進入火炬燃燒。

(7)纖維轉盤過濾器。1套，濾布采用有機纖維，處理能力350 m3/h，配備自動反洗系統(tǒng)。好氧出水進入纖維轉盤過濾后，出水進入回用水池，達標排放。

(8)深中水處理系統(tǒng)。1套，采用“多介質+超濾+反滲透”工藝，多介質過濾器過濾流速小于10 m/s，產水SDI<5，管道、閥門為不銹鋼304材質；超濾系統(tǒng)采用陶氏膜，產水≥100 m3/h；RO系統(tǒng)膜殼采用FRP或304不銹鋼材質，支架采用SS304或碳鋼材質，進水≥90 m3/h，產水≥50 m3/h。中水部分回用于車間冷卻設備及包裝洗瓶，部分外供至溫州市某電廠。

(9)污泥濃縮罐。1座，利浦罐結構，設計尺寸15.00 m×6.50 m×5.00 m，有效池容438.75 m3。用于處理釀造初沉池、二沉池、纖維裝盤濾池的污泥。濃縮污泥經調理池調理后由高、低壓螺桿泵打入疊螺機脫水，濃縮池上清液、污泥濾液自流進入集水井重新進行處理。

3 工程啟動及運行效果

該啤酒廠廢水處理工程于2020年10月建成，并與于2020年12月穩(wěn)定投產使用，自運行以來，總體可達到設計水量的75%以上，最大日處理量可達到98%。

3.1 強化循環(huán)的厭氧反應器

強化循環(huán)的厭氧反應器所接種的污泥來自某檸檬酸工廠的厭氧顆粒污泥，利用厭氧水解菌的降解功能，降解大分子有機物，同時去除大部分BOD5、COD等污染物[19]。運行調試期間控制反應器的溫度在28～35 ℃，進水量控制在35～60 m3/h，進水方式選擇間歇性進水，進水周期在10～12 h。調試過程中，密切監(jiān)控反應器出水情況并及時清理上層的浮渣，當出水中出現(xiàn)大量的污泥時，停止進水，并進行相關參數(shù)的調控，如進水量、pH值、溫度、上升流速等[20]。通過逐步梯次地增大進水量，每天定時從設置的5個取樣點取樣，觀測污水的處理效果，并控制反應的揮發(fā)性脂肪酸低于2.5 mg/L，當COD的去除率穩(wěn)定在75%～80%時，再逐步加大進水量。最終，經過約3個月的調試，反應器的各項運行參數(shù)穩(wěn)定，廢水COD的去除率達到90%以上，調試成功并正常運行[21-22]。

3.2 運行結果

系統(tǒng)調試成功后連續(xù)進水運行，經過連續(xù)監(jiān)測，各項出水指標均滿足且優(yōu)于排放標準，各工藝段進出水數(shù)據(jù)見表2。

表2 各工藝段進出水指標Tab.2 Influent and effluent indicators of each process section

由表2可知，該工程對COD、BOD5、NH3-N 、SS、TP的總體去除率可分別達到98.89%、99.00%、98.57%、97.00%、92.67%。其中，強化循環(huán)的厭氧反應器對COD的去除率達92.06%。

4 經濟指標和環(huán)境效益分析

(1)運行成本。污水處理站投入運行后，年運行費用137.97萬元，其中每天的運行成本約為0.90元/m3(包括水、電、氣、材料、藥劑、設備維修、折舊、人員工資福利、中水回用處理等費用)。

(2)經濟效益。產生的總經濟效益為527.26萬元/a。其中，強化循環(huán)的厭氧反應器日產飽和蒸汽70.03 t/d，產生直接經濟效益460.10萬元/a；中水外售水量400 m3/d，產生的經濟效益為67.16萬元/a。結合運行成本，污水站每年產生的正效益為389.29萬元/a。

(3)環(huán)境效益。污水站投入運行后，通過資源回收利用、使用節(jié)能降耗產品、精準投加藥劑、增設綠化等措施，每年的碳減排量達5 400 t/a，對周圍的環(huán)境起到了非常關鍵的作用。

5 結論

(1)該工程首次提出并運用啤酒原水分質分流預處理。根據(jù)廢水水質特點，將釀造廢水和包裝廢水單獨預處理有針對性地降解污染物，達到節(jié)約處理成本的效果，經預處理后，廢水化學品毒性大大降低，保障后續(xù)生化工藝穩(wěn)定運行。

(2)采用預處理+生化處理+回用水深度處理組合工藝處理啤酒廢水可取得較好的處理效果。系統(tǒng)出水水質穩(wěn)定達到且優(yōu)于《啤酒工業(yè)污染物排放標準》(GB 19821—2005)一級標準。

(3)該工程產生了良好的經濟效益和環(huán)境效益，基于強化循環(huán)的厭氧反應器產生的沼氣和首次運用的啤酒中水處理工藝，首次實現(xiàn)啤酒廢水處理污水站正效益389.29萬元/a，并實現(xiàn)每年碳減排為5 400 t。

(4)該工程污水站罐體采用先進的利浦罐工藝，實現(xiàn)關鍵工藝段裝備化。具有制作周期短，使用壽命長，氣密性能好、造價成本低、外形美觀且可重復利用等優(yōu)勢。