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啤酒废水回用处理技术综述
Geoffrey S. Simate1, John Cluett1, Sunny E. Iyuke1, Evans T. Musapatika1, Sehliselo Ndlovu1, Lubinda F. Walubita2, Allex E. Alvare3
（1.威特沃特斯兰大学 化学与冶金工程学院，南非 约翰内斯堡；2.得州农工大学系统，美国 得克萨斯州 卡城；3.马格达莱纳大学 土木工程系，哥伦比亚 马格达莱纳 圣玛尔塔）
摘要：啤酒酿造过程通常会产生大量废水和固体废物，必须以最低成本和最安全的方式进行处理或处置，以满足政府为保护生命（包括人和动物）和环境而制定的严格排放条例。据广泛估计，每酿造一升啤酒，就要使用近10升的水，这些水主要用于酿造、洗涤和冷却过程。之后，这些水必须被处理或安全处理后回用，这对大多数啤酒厂来说往往成本昂贵且存在困难。因此，许多啤酒制造商正在寻找：（1）如何减少啤酒酿造过程中的用水量；（2）如何经济、安全地处理啤酒废水以供回用。本文在现有文献的基础上，对啤酒厂废水处理工艺的现状进行了综述性评价，包括其在回用方面的潜在应用。文中还讨论了啤酒废水处理和回用面临的主要挑战，并对未来的发展提出了建议。
关键词：啤酒废水；生化需氧量；化学需氧量；预处理；处理回用
目录
1. 前言
尽管酿酒业全年排放大量高污染废水，但它在任何国家都是国民经济的重要组成部分。事实上，啤酒是世界上消费量第五大的饮料，仅次于茶、碳酸饮料、牛奶和咖啡。啤酒酿造包括两个主要步骤，即酿造和成品包装。这些步骤产生的副产品（如糖化后的废谷物、酵母剩余物等）与废水混合时会造成污染。此外，清洗水箱、瓶子、机器和地板会产生大量的污水。据估计，生产1L啤酒时，会产生3~10L废水，具体取决于生产和具体用水情况。换句话说，啤酒酿造过程中消耗了大量的水。
同样，由于大量用水，酿酒工业全年排放大量高污染废水。还必须注意的是，各个工艺步骤的废水是多变的。例如，洗瓶会产生大量的废水，但废水中包含的有机物只占啤酒生产工艺有机物排放总量的一小部分。另一方面，发酵和过滤产生的废水有机物和生化需氧量（BOD）较高，而水量通常较少，约占废水总量的3%，但其中的BOD可占BOD排放总量的97%。
啤酒厂的废水可以通过多种方式排放，包括：（1）直接排入水体（海洋、河流、溪流或湖泊）；（2）直接排入市政管网系统；（3）废水经过一些预处理后排入水体或市政管网系统；（4）排入啤酒厂自身配备的废水处理厂。未经处理（或部分处理）的啤酒废水排入水体可能会对水体造成潜在或严重的污染问题，因为废水中含有有机化合物，需要氧气才能降解。例如，如果有机质含量高的水流入河流，河流中的细菌氧化水中的有机物所消耗的氧气比氧气从空气中溶解回河流的速度要快。此外，随着监管越来越严格，水的成本越来越高，人们对水循环利用的呼声也越来越高。
有很多论文，如Fillaudeau等人研究评论的，是关于啤酒废水处理的各个方面。然而，对这些文献的综述表明，只有在近几年中的文章中才有关于废水回用处理的信息。但是，必须指出的是，由于公众的看法和产品质量可能出现的恶化问题，废水回用在这类行业并不常见。然而，随着水资源短缺问题已经成为一个严重的全球性环境问题，未来啤酒废水的回用似乎是不可避免的。这在大多数发展中国家尤其重要，例如撒哈拉以南地区，那里的干旱是永久性的，因此每一滴水都必须严格保存。
本文综述了啤酒废水回用的两种可能的应用，即：（1）啤酒生产中使用的一次水；（2）与啤酒不接触的二次水，如设备冷却水，包装过程用水和一般清洗用水。一旦技术进步以及人们对使用循环水的看法发生了变化，那么啤酒与水的比例可能会降低到1:2左右。本文还讨论了与啤酒废水回用（或循环利用）相关的挑战。
各种啤酒厂副产品（如废谷物、废啤酒花、剩余酵母、硅藻土污泥、冷却残渣和废物标签）的处理、回收和应用已在其他地方广泛记录，因此本文不作讨论。据此，本文的组织结构如下：首先介绍了立法和环境管理体系背景，接着介绍了啤酒废水的预处理和处理方法。结尾的讨论包括了现有的挑战和未来的前景。全文的最后进行了总结概况。
2. 立法与环境管理体系
与其他产业一样，酿酒业也受到政府许多条例的监管。一些施加的规定涉及生产、分销、标签、广告、贸易以及定价、信用、容器特性和酒精含量要求。政府还征收各种税款、许可费和其他类似费用，并可能要求债券以确保企业遵守相应的法律法规。
此外，环境问题的管理也越来越受到人们的关注。有必要了解对社区的重要环境影响，然后再考虑与各级环境管理相关的利弊。这意味着酿酒业也必须遵守众多的环保法律。事实上，酿酒业对环境保护的认识和对可持续生产工艺的需求日益提高。此外，这些行业所在的大多数国家政府已经签署并批准了旨在减少温室气体排放的《京都议定书》。通过环境管理体系（EMS），如ISO 14001，生态管理和审计计划（EMAS）以及国际安全评级体系（ISRS），啤酒厂应能够主动管理其对环境的影响。事实上，环境管理系统应该帮助啤酒厂集中精力对当前和未来的环境影响进行有效和高效的管理。国际金融公司（IFC）也有针对啤酒厂的环境、健康和安全（EHS）指南。
3. 啤酒废水传统预处理方法
啤酒废水通常具有因各类有机成分（糖、可溶性淀粉、乙醇、挥发性脂肪酸等）所造成的高浓度化学需氧量（COD）。水温通常在25°C到38°C之间，但偶尔会达到更高的温度。pH值范围在2到12之间，并受清洁和消毒所使用的化学品（如氢氧化钠、磷酸、硝酸等）数量和类型的影响。包括氯化合物在内的消毒剂可确保啤酒表面没有任何危害酿造业以及消费者生命健康的微生物。氮和磷的浓度主要取决于原料的处理程度和废水中酵母的含量。表1是印度联合酿酒厂啤酒废水的物理化学特性示例。
表1 啤酒废水特性
|
参数 |
数值 |
|
pH |
3~12 |
|
温度（℃） |
18~40 |
|
COD（mg/L） |
2000~6000 |
|
BOD（mg/L） |
1200~3600 |
|
COD/BOD |
1.667 |
|
VFA（mg/L） |
1000~2500 |
|
磷酸盐（以PO4计）（mg/L） |
10~50 |
|
TKN（mg/L） |
25~80 |
|
TS（mg/L） |
5100~8750 |
|
TSS（mg/L） |
2901~3000 |
|
TDS（mg/L） |
2020~5940 |
事实上，表1中提到的参数变化很大，这是啤酒废水的特点。因此，大多数大型啤酒厂都需要一定程度的废水预处理。在啤酒废水不排放到市政管网的情况下，需要对废水进行一级和二级处理。但是如果允许啤酒废水排入市政管网，则可能需要对废水进行预处理，以满足市政法规的要求和（或）减轻市政污水处理厂的负荷。在某些情况下，市政当局对污水排放量以及悬浮和有机负荷征收的排污费可能会鼓励啤酒厂安装自己的处理设备。预处理旨在改变给水的物理、化学和（或）生物学特性，从而改善上游工艺的性能。因此，预处理是通过物理、化学、生物方法，或是这些方法的组合来完成的。表2列出了每个类别中包含的单元操作，常规废水处理工艺的详细示意图见Spellman的《废水操作员标准手册》。表3总结了文献中提及的各种废水处理工艺的一般优缺点。表3中的特性通常与建设成本和操作简便性有关。一般来说，废水处理技术的复杂性和成本随着出水水质的提高而增加。事实上，酿酒工业的用水管理和废水处理被认为是酿酒厂运营中的重要成本因素和重要方面。
表2 废水处理单元操作和工艺
|
物理法单元操作 |
筛分 粉碎 均流 沉淀 气浮 颗粒介质过滤 |
|
化学法单元操作 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[235184]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word |
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