长春工业大学化学与生命科学学院生物工程专业
《发酵工程》课程设计说明书
一、总论 1.1概论
传统啤酒发酵工艺
（1）主发酵 又称前发酵，是发酵的主要阶段，也是酵母活性期，麦汁中的可发酵性糖绝大部分在此期间发酵，酵母的一些主要代谢产物也是在此期内产生的。发酵方法分两类，即上面发酵法和下面发酵法。我国主要采用后种方法。下面重点介绍下面啤酒发酵法。
加酒花后的澄清汁冷却至6.5～8.0℃，接种酵母，主发酵正式开始。酵母对以麦芽糖为主的麦汁进行发酵，产生乙醇和CO 2，这是发酵的主要生化反应。主要步骤如下：
①用直接添加法添加酵母 在密闭酵母添加器内将回收的酵母按需要量与麦汁混匀（约1:1），用压缩空气或泵送入添加槽内，适当通风数分钟。
②酵母添加量 添加量常按泥状酵母对麦汁体积百分率计算，一般为0.5％～0.65％，通常接种后细胞浓度为800万～1200万个/ml。接种量应根据酵母新鲜度，稀稠度，酵母使用代数、发酵温度、麦汁浓度以及添加方法等适当调节。若麦汁浓度高，酵母使用代数多，接种温度及酵母浓度低，则接种量应稍大，反之则少。
③发酵第一阶段 又称低泡期。接种后15～20小时，池的四周出现白沫，并向中间扩展，直至全液面，这是发酵的开始。而后泡沫逐渐培厚，此阶段维持2.5～3天，每天温度上升0.9～1℃，糖度平均每24小时降1°Bx。
④发酵第二阶段 又称高泡期。为发酵的最旺盛期，泡沫特别丰厚，可高达25～30cm 。由于麦汁中酒花树脂等被氧化，泡沫逐渐变为棕黄色。此阶段2～3天，每天降糖1～1.5％。
⑤发酵第三阶段 又称落泡期。高泡期过后，酵母增殖停止、温度开始下降，降糖速度变慢，泡沫颜色加深并逐步形成由泡沫、蛋白质及多酚类氧化物等物质组成的泡盖，厚度2～5cm 。此阶段2天，每天降糖0.5％～0.8％。当
12度酒糖度降至3.8～4°Bx时，即可下酒进入后发酵。
（2）后发酵
后发酵又称贮酒，其目的是完成残糖的最后发酵，增加啤酒的稳定性，饱充CO 2，充分沉淀蛋白质，澄清酒液；清除双乙酰、醛类及H 2S 等嫩酒味，促进成熟；尽可能使酒液处于还原状态，降低氧含量。下面介绍下面啤酒发酵法的后发酵。
①下酒 将主酵嫩酒送至后酵罐称为下酒。下酒时，应避免吸氧过多，为此先将贮酒罐充满无菌水，在用CO 2将无菌水顶出，当CO 2充满时再由贮酒桶底部进酒液。此外，要求尽量一次满罐，留空隙10～15cm ，以防止空气进入酒液。如果酒液被CO 2饱和，由于有CO 2溢出，氧则难溶于酒液中。否则啤酒中存在过多的溶解氧易引起氧化混浊，并产生氧化味。
②管理 下酒后，先开口发酵，以防CO 2过多，酒沫涌出，2～3天后封罐。下酒初期室温2.8～3.2℃，若是外销酒，一个月后逐渐降至0～1℃。温度前高后低目的在于先使残糖发酵，随后澄清。注意不能将不同酒龄的酒液共存一室，否则温度要求互相矛盾，无法控制室温。
一般老工艺12°Bx外销酒贮酒时间为60～90天，内销酒为35～40天。 贮酒期间，用烧杯取样观察，通常7～14天罐内酵母下沉。若长期酒液不清，应镜检。若是酵母悬浮，则是酵母凝聚性差；若是细菌混浊，则属细菌污染，通常无法挽救，只能排放；若是胶体混浊，原因是麦芽溶解度差，糖化蛋白分解不良，煮沸强度不够，冷凝固物分离不良等因素造成。 圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐 ），已广泛用于上面或下面发酵啤酒后生产。锥形罐, 可单独用于前发酵或后发酵，还可以将前，后发酵合并在该罐 进行（一罐法）。这种设备的优点在于能缩短发酵时间, 而且具有生产上的灵活性，帮能适合于生产各种类型啤酒的要求。目前，国内外啤酒工厂使用较多的是锥形发酵罐这种设备一般置于室外。冷媒多采用乙二醇或酒精溶液。也可使用氨作冷媒，优点心能耗低。采用的管径小，生产费用可以降低。最终沉积在锥底的酵母，可打开锥底阀门，把酵母排出罐外，部分酵母留作下次待用，安全阀和玻璃视镜。 影响发酵设备造价的因素
主要包括发酵 设备大小，形式，操作压力及所需的新华通讯社却工作负荷，容光焕发器的形式主要指其单位容光焕发积所需的表面积，这是影响造价的主要因素。罐的高度与直径的比例为1.5-6:1.常用3:1或4:1.罐内真空主要是系列的发酵罐在密闭条件下转罐 可进行内部清洗时造成成的, 由于型发酵罐
在工作完毕后放料的速度很快. 有可能造成成一定期负压, 另外即便函罐内留学生存一部分二氧化碳. 在进行清洗时, 二氧化碳有被子除去的可能所以也可能造成真空。由于清洗液中含有碱性物质能与二氧化碳起反应而除去罐内气体。 结构及特点
啤酒发酵罐是啤酒厂的主要设备之一，其发酵温度控制是依靠调节冷却系统的冷却流量来实现。目前国内外较多采用罐体外壁的夹套通入低温酒精水冷却罐内发酵液，而酒精水的降温是通过液氨蒸发来冷却的，其缺点是需要酒精水的中间换热循环。而本产品对目前现有的啤酒发酵罐，作了进一步发展和改进，其主要特点如下：
⑴把大罐的夹层当作蒸发器，液氨直接在夹套内蒸发，利用其气化潜热冷却罐内的啤酒液，从而省却了酒精水的中间换热循环，节省能耗12%以上。 ⑵把夹套当作蒸发器，由于夹套内的压力比酒精水系统的要高，为此，设置了安全可靠、合理、结构新颖的蜂窝结构夹套，夹套与筒体组成的蜂窝状结构，其强度和刚度相互得到了提高。夹套焊缝可减少30%。
⑶夹套做成分片式，与筒体的焊接完全避开筒体的纵、环向焊缝，避免了氨通过焊缝往罐内啤酒液泄漏的可能性。克服了其它夹套的缺点。 ⑷可选用碳钢或不锈钢材料，便于现场制造，降低制造成本，节省投资费用。
⑸本产品占地面积小，并可避免使用酒精水冷却系统带来的酒精挥发对大气带来的污染，符合环保产品要求.
⑹该设备底座可采用钢架结构和混凝土结构，定货时可根据用户确定。
1.2设计依据
1.2.1长春工业大学生物工程课程设计指导书。 1.2.2长春工业大学生物工程课程设计任务书。
1.2.3《发酵工程与设备》、《发酵工艺原理》、《发酵工厂工艺设计概论》、《化工工艺设计手册》及生物工程专业基础理论课本等参考资料。 1.3设计指导思想
1.3.1尽量采用先进的生产技术与设备，认真吸取和借鉴国内外各种产品生产的成熟新工艺、新技术、新设备。
1.3.2合理利用资源，节约能量，消耗指标。 1.4设计范围
1.4.1确定工艺流程及生产操作条件
1.4.2工艺及主要设备计算（物料衡算、设备计算） 1.4.3绘制生产工艺流程图 1.4.4编制课程设计说明书 二、 生产工艺 2.1产品产量及方案 产量：年产啤酒41000吨 产品品种：12°淡色啤酒 2.2生产方法的选择
工艺方法：利用麦芽、大米、啤酒花为原料，采用国内外比较先进的、成熟的二次煮出糖化法，添加啤酒酵母，采用锥形罐一罐法发酵，是目前最成熟、最典型的啤酒生产工艺。
啤酒生产全厂工艺流程简图：
大米→湿粉碎→糊化 粉碎酒花 ↓↑ ↓
麦芽→湿粉碎→糖化→过滤→煮沸→旋涡沉淀 ↓ 酵母→培养→扩大培养→锥形罐发酵←充氧←麦汗冷却 ↓ ↑ ↓
酵母→贮存 硅藻土过滤→纸板过滤 ↓ 灌装←过冷←清酒罐 ↓
杀菌→贴标→装箱→入库→出厂 2.3主要工艺参数 年生产天数：300天 原料利用率：98.5% 麦芽水分：6% 大米水分：13% 无水麦芽浸出率：75% 无水大米浸出率：92% 麦芽、大米配比：65%：35% 啤酒总损失率：11.3% 其中：冷却损失：5.1% 发酵损失：2.0% 过滤损失：1.2% 包装损失：3.0% 糖化温度：65-68℃ 每批糖化醪操作时间：3-4h 酵母添加量：0.5-0.8% 锥形罐装料系数：85% 发酵温度：9℃ 主发酵时间：3-5d 双乙酰还原温度：12℃ 贮酒温度：-1~0℃ 发酵操作周期：25d 灌装班次 2班（每班8h ） 2.4物料衡算
表1 主要物料及动力衡算表（12°淡色啤酒）
三、设备选择
3.1主要工艺设备选型计算 （1）发酵罐容积计算
根据啤酒生产工艺，二次煮出糖化法为间歇生产，因锥形罐容量较大，糖化冷麦汁需分批在24小时内满罐。年生产天数300天，旺季每天糖化6次，而淡季每天糖化4次，考虑到生产的灵活性，选取每天4批次糖化冷麦汁量为发酵罐的有效容积：
V 有效=1.057×41000/300=144.5m3
发酵罐的填充系数为Ф=0.85，则全容积为： V 全=V有效/Ф=170 m3
发酵罐采用椭圆封头、圆形筒体和圆锥形底，则
V 全=（π/6）D 2h a +（π/4)D2h b +（π/4)D2H+(1/3）（π/4)D2h 1 取筒体H=2D，封头高h a =（1/4)D，封头折边高h b =50mm，圆锥形底角60°，圆锥形底高h 1 （D/2)/tan30°=0.866D，代入上式得 V 全=1.929D3+0.0393D2=170
为方便计算，封头折边可忽略不计，则有 V 全=1.929D3=170
解得D=4.45m,取D=4.5m,筒体H=2D=9m，封头高h a =（1/4)D=1m， 验算全容积：
V' 全=0.524×4.52×1+0.785×4.52×0.05+0.785×4.52×9+0.262×4.53×0.866
=110.61+0.795+143.06+14.52 =174.28m3
设发酵周期为25天，每天加料1罐（糖化4次），发酵罐个数为： N=1×25+1=26个（其中1个备用），年产量为41000t 。 若每天加料1.5罐（糖化6次），发酵罐个数为： N=1.5×25+1=38.5个（其中1个备用）
取整数N=39个，故本设计年最大产量可达61500t 。 （3）发酵罐冷却夹套换热面积计算 F=Q总/K∆t m
Q 总=Q生－Q 蒸发－Q 罐壁
根据啤酒产品一罐法工艺特性，发酵罐宜采用罐外壁盘绕半圆管冷带换热，传热系数K=120~163W/m2·K 。发酵罐冷麦汁量144.5m 3，12°麦汁的比重为1.0484，麦汁浓度由12%→5%，放热量最大，麦芽糖发酵放热613.6kJ/kg。主酵时间为3－5天，计算取3天，取发酵不平衡系数为1.5，则 Q
生
=144.5×1000×1.0484（12%－5%）×613.6×1.5/（3×24）
=139538kJ/h
Q 蒸发=5%Q生=6976kJ/h；罐壁外有保温层，Q 罐壁可忽略不计。 Q 总=139538-6976=132562kJ/h
根据工艺要求，1天内啤酒从双乙酰还原温度12降至5，降温时间选取12小时，啤酒比热C 啤=4.0kJ/kg·K ，此阶段传热系数K=140W/m2·K ，则 Q 降=144.5×1000×1.0484×4.0（12－5）/12=353485kJ/h Q 降>Q总，所以应用Q 降计算换热面积，则 平均温度差∆t m =（∆t 1－∆t 2）/ln(∆t 1－∆t 2) 12 → 5 啤酒发酵液
∆t 1=17 ∆t 2=7 代入∆t m =（17+273.15－7－273.15）/ln（17/7）=11.3K F=Q降/K∆t m =353438/[(140×3600/1000)×11.3]=62.1m2 冷媒比热C 冷=4.186kJ/kg·K ，发酵罐冷带冷媒最大流量： W=Q降/C冷(t2－t 1)=353485/4.186[-2－(-5)]=28089kg/h=20.19t/h 3.2发酵工段设备一览表
表2 主要生产设备一览表
三、 发酵工段工艺流程图（附）
啤酒工业废水处理与利用技术研究进展* 李科林 孟范平 王平 吴晓芙 胡曰利
摘 要 啤酒废水中有机物的含量较高，如直接排放，既污染 环境，又降低啤酒工业的原料利用率. 为此，许多学者和厂家对啤酒废水的处理与利用技术 进行了研究. 本文在阐述啤酒废水的来源及特点的基础上，对几种常见的处理利用技术进行 了比较，结论是：单一的处理和利用技术不能从根本上解决啤酒废水的污染问题，只有将多 种技术结合使用，才能达到经济效益和环境效益的统一. 最后，对
未来的研究方向提出了几 点建议. 关键词 啤酒工业；废水处理；废水综
随着人民生活水平的提高，我国啤酒工业得到了长足发展，其产量逐年上升.1988年全国有 啤酒厂800多家，年产啤酒663万t ［1］，位居世界第三；经过近十年的发展，目前已 达到1000多家，年产啤酒1000多万t ，成为世界第二大啤酒生产国［2］. 但是在啤酒 产量大幅度提高的同时，也向环
境中排放了大量的有机废水. 据统计，每生产1 t 啤酒需要10 ～30 t 新鲜水，相应地产生10～20 t 废水［3］. 我国现在每年排放的啤酒废水已达1. 5亿t ［4］. 由于这种废水含有较高浓度的蛋白质、脂肪、纤维、碳水化合物、废酵母 .酒花残渣等有机无毒成分，排入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［5］. 另外，上述成分多来 自啤酒生产原料，弃之不用不仅造成资源的巨大浪费，也降低了啤酒生产的原料利用率. 因 此，在粮食缺乏，水和资源供应紧张的今天，如何既有效地处理啤酒废水又充分利用其中的 有用资源，已成为环境保护的一项重要研究内容. 本文根据前人的研究结果综述了啤酒废水 的处理和利用现状，以
便为进一步探讨效益资源型处理技术提供借鉴.
1 啤酒废水的产生与特点
啤酒生产工艺流程包括制麦和酿造两部分. 二者均有冷却水产生，约占啤酒厂总排水量的65% ，水质较好，可循环用于浸洗麦工序［7］. 中、高污染负荷的废水主要来自制麦 中的浸麦工序和酿造中的糖化、发酵、过滤、包装工序，其化学需氧量在500～40000 mg.L-1之间，除了包装工序的废水
连续排放以外，其它废水均以间歇方式排放［8］（见表1）.
表1 啤酒工业中、高污染负荷废水的来源与浓度
工序
废水中CODcr 浓度
/（mg.L-1） 排放方式
浸麦工序 500～800 间歇排放 糖化工序 20000～40000 间歇排放 发酵工序 2000～3000 间歇排放 包装工序 500～800 连续排放
啤酒厂总排水属于中、高浓度的有机废水，呈酸性，pH 值为4.5～6.5［7］, 其中 的主要污染因子是化学需氧量（CODcr ）、生化需氧量（BOD5）和悬浮物（SS ），浓 度分别为1000～1500，500～1000和220～440 mg.L-1［3］. 啤酒废水的可生化性（BOD5/CODcr）较大，为0.4～0.6［7］，
因此很多治理技术的主体部分是生 化处理.
2 啤酒废水处理技术
目前，国内外普遍采用生化法处理啤酒废水. 根据处理过程中是否需要曝气，可把生物处理 法分
为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类.
2.1 好氧生物处理
好氧生物处理是在氧气充足的条件下，利用好氧微生物的生命活动氧化啤酒废水中的有 机物，其产物是二氧化碳、水及能量（释放于水中）. 这类方法没有考虑到废水中有机物的 利用问题，因此处
理成本较高. 活性污泥法、生物膜法、深井曝气法是较有代表性的好氧生 物处理方法.
2.1.1 活性污泥法 活性污泥法是中、低浓度有机废水处理中使用最多 、运行最可靠的方 法，具有投资省、处理效果好等优点. 该处理工艺的主要部分是曝气池和沉淀池. 废水进入 曝气池后，与活性污泥（含大量的好氧微生物）混合，在人工充氧的条件下，活性污泥吸附 并氧化分解废水中的有机物，而污泥和水的分离则由沉淀池来完成. 我国的珠江啤酒厂、烟 台啤酒厂、上海益民啤酒厂、武汉西湖啤酒厂、广州啤酒厂和长春啤酒厂等厂家均采用此法 处理啤酒废水［6,7］. 据报道，进水CODcr 为1200～1500 mg.L-1时，出水 CODcr 可降至50～100 mg.L-1，去除率为92%～96% .活性污泥法处
理啤酒废水的缺 点是动力消耗大，处理中常出现污泥膨胀.
污泥膨胀的原因是啤酒废水中碳水化合物含量过高，而N ，P ，Fe 等营养物质缺乏，各营 养成分比例失调，导致微生物不能正常生长而死亡. 解决的办法是投加含N ，P 的化学药剂， 但这将使处
理成本提高. 而较为经济的方法是把生活污水（其中N ，P 浓度较大）和啤酒废水混合.
间歇式活性污泥法（SBR ）通过间歇曝气可以使动力耗费显著降低，同时，废水处理时 间也短于普通活性污泥法. 例如，珠江啤酒厂引进比利时SBR 专利技术，废水处理时间仅需19～20 h , 比普通活性污泥法缩短10～11 h ，CODcr 的去除率也在96%以上［9］. 扬州 啤酒厂和三明市大田啤酒厂采用SBR 技术处理啤酒废水，也收到了同样的效果［10,11］ .刘永淞等认为［9］，SBR 法对废水的稀释程度低，反应基质浓度高，吸附和反应 速率都较大，因而能在较短时间内使污泥获得再生.
2.1.2 深井曝气法 为了提高曝气过程中氧的利用率，节省能耗，加 拿大安大略省的巴利啤酒厂［12］、我国的上海啤酒厂和北京五星啤酒厂［7］ 均采用深井曝气法(超深水曝气) 处理 啤酒废水. 深井曝气实际上是以地下深井作为曝气池的活性污泥法，曝气池由下降管以及上 升管组成. 将废水和污泥引入下降管，在井内循环，空气注入下降管或同时注入两管中，混 合液则由上升管排至固液分离装置，即废水循环是靠上升管和下降管的静水压力差进行的. 其优点是：占地面积少，效能高，对氧的利用率大，无恶臭产生等. 据测定［12］， 当进水BOD5浓度为2400 mg.L-1时，出水浓度可降为50 m g.L-1，去除率高达97.92% .当然，深井曝气也有不足之处，如施工难度大，造价高，防渗漏技术不
过关等.
2.1.3 生物膜法 与活性污泥法不同，生物膜法是在处理池内加入软性 填料，利用固着生长于填料表面的微生物对废水进行处理，不会出现污泥膨胀的问题. 生物 接触氧化池和生物转盘是这类方法的
代表，在啤酒废水治理中均被采用，主要是降低啤酒废 水中的BOD5.
生物接触氧化池是在微生物固着生长的同时，加以人工曝气. 这种方法可以得到很高的 生物固体浓度和较高的有机负荷，因此处理效率高，占地面积也小于活性污泥法. 国内的淄 博啤酒厂、青岛啤酒厂、渤海啤酒厂和徐州酿酒总厂等厂家的废水治理中采用了这种技术 ［7］. 青岛啤酒厂在二段生物接触氧化之后辅以混凝气浮处理，啤酒废水中CODcr 和B OD5的去除率分别在80% 和90%以上［13］. 在此基础上，山东省环科所改常压曝气 为加压曝气（P=0.25～0.30 MPa ），目的在于强化氧的
传质，有效提高废水中的溶解氧 浓度，以满足中、高浓度废水中微生物和有机物氧化分解的需要. 结果表明，当容积负荷≤1 3.33 kg.m -3.d-1COD, 停留时间为3～4 h 时，COD 和BOD 平均去除率分别
达到 93.5 2%和99.03% .由于停留时间缩短为原来的1/3～1/4，运转费用也较低［14］.
生物转盘是较早用以处理啤酒废水的方法. 它主要由盘片、氧化槽、转动轴和驱动装置 等部分组成，依靠盘片的转动来实现废水与盘上生物膜的接触和充氧. 该法运转稳定、动力 消耗少，但低温对运行影响大，在处理高浓度废水时需增加转盘组数. 该方法在美国应用较 为普及，国内的杭州啤酒厂、上海华光啤酒厂和浙江慈溪啤酒厂也在使用［7］. 据 报道，废水中BOD5的去除率在80%以上［13］.
2.2 厌氧生物处理
厌氧生物处理适用于高浓度有机废水（CODcr ＞2000 mg.L-1, BOD5＞1000 mg.L-1）. 它是在无氧条件下，靠厌气细菌的作用分解有机物. 在这一过程中，参加生物降解的有机基质有50%～90%转化为沼气（甲烷），而发酵后的剩余物又可作为优质肥料和饲料［15］. 因此，啤酒废水的厌氧生物
处理受到了越来越多的关注.
厌氧生物处理包括多种方法，但以升流式厌氧污泥床（UASB ）技术在啤酒废水的治理方 面应用最为成熟.UASB 的主要组成部分是反应器，其底部为絮凝和沉淀性能良好的厌氧污泥 构成的污泥床，上部设置了一个专用的气-液-固分离系统（三相分离室）［16］. 废 水从反应器底部加入，在上向流、穿过生物颗粒组成的污泥床时得到降解，同时生成沼气（气泡）. 气、液、固（悬浮污泥颗粒）一同升入三相分离室，气体被收集在气罩里，而污泥 颗粒受重力作用下沉至反应器底部，水则经出流堰排出. 截止1990年9月，全世界已建成30座生产性UASB 反应器用于处理啤酒废水，总容积达60 600 m3［17］. 国内已有北京啤酒厂［4,7,18］、沈阳啤酒厂［7,15］ 等厂家利用UASB 来处理啤酒 废水. 荷兰、美国的某些公司所设计的UASB 反应器对啤酒废水CODcr 的去除率为80%～86% ［13, 19,20］, 北京啤酒厂UASB 处理装置的中试结果也保持在这一水平，而且其沼气 产率为0.3～0.5 m
3.kg-1(COD)［8］. 清华大学在常温条件下利用UASB 厌氧 处理啤酒废水的研究结果表明，进水CO Dcr 浓度为2000 mg.L-1时，去除率为85% ～90%［21］. 沈阳啤酒厂采用回收固形物及厌氧消化综合治理工艺，实行清污分流，集中收集CODcr 大于5000 mg.L-1的高浓度有机废水送入UASB 进行
厌氧处理，废水 中CODcr 的质能利用率可达91.93%［15］.
实践证明，UASB 成功处理高浓度啤酒废水的关键是培养出沉降性能良好的厌氧颗粒污泥 .颗粒污泥的形成是厌氧细菌群不断繁殖、积累的结果，较多的污泥负荷有利于细菌获得充 足的营养基质，故对颗粒污泥的形成和发展具有决定性的促进作用；适当高的水力负荷将产 生污泥的水力筛选，淘汰沉降性能差的絮体污泥而留下沉降性能好的污泥，同时产生剪切力 ，使污泥不断旋转，有利于丝状菌互相缠绕成球. 此外，一定的进水碱度也是颗粒污泥形成 的必要条件，因为厌氧生物的生长要求适当高的碱度，例如：产甲烷细菌生长的最适宜pH 值 为6.8～7.2. 一定的碱度既能维持细菌生长所需的p H 值，又能保证足够的平衡缓冲能力 ［22,23］. 由于啤酒废水的碱度一般为500～800 mg.L-1(以Ca CO3计) ［24］，碱度不足，所以需投加工业碳酸钠或氧化钙加以补充. 研究表明［4,21］，在 UASB 启动阶段，保持进水碱度不低于1000 mg.L-1对于颗粒污泥的培养和反应器在 高 负荷下的良好运行十分必要. 应该指出，啤酒废水中的乙醇是一种有效的颗粒化促进剂 ［25］，它为UASB 的成功运行
提供了十分有利的条件.
总之，UASB 具有效能高，处理费用低，电耗省，投资少，占地面积小等一系列优点，完全适用于高浓度啤酒废水的治理. 其不足之处是出水CODcr 的浓度仍达500 mg.L-1左右，需进行再处理或
与好氧处理串联才能达标排放.
3 啤酒废水的利用技术
利用自然生态良性循环的方法净化和利用啤酒废水，也是目前啤酒废水综合治理的一个 方向，有
利于实现废物的资源化.
3.1 啤酒废水土地利用
废水的土地利用在国内外都有悠久的历史. 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［5］. 废水的土地利用一般有快速渗滤和地表漫流两种 方法［19］. 前者的特点是加入的废水大部分都经过土壤渗透到下层，因而仅限于在 砂及砂质粘土之类的快渗土壤上使用，植物对废水的净化作用较小，主要是由土壤中发生的 物理、化学和生物学过程使废水得到处理. 后者是一种固定膜生物处理法，废水从生长植物 的坡地上游沿沟渠流下，流经植被表面后排入径流集水渠. 废水净化主要是通过坡地上的生 物膜完成的. 这种方法对于渗透较慢的土壤最为适用. 根据谢家恕［26］、萧月芳等 ［27］的研究，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（GB 5084-85）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.
当然，啤酒废水的土地利用也存在一定的问题：①处理过程中会产生臭味，必须将处理 场地设在远离居住区的地方，这样需要较长的输水干管；②废水的含盐量过高时，将危害植 物生长，并造成土
壤排水、通气不良. 如何避免这些问题发生，需要进一步研究.
3.2 啤酒废水的植物净化
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（Luffa cyclindrica ）［28 ］、多花黑麦草（Lolium mul tiflorum ）［29］、水雍菜（Ipomoea aquatica ） ［30］、金针菜（Hemerocallis fulva ）［31］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，既创造了经济效益，同时又显著降低了废水中多种污 染物（COD 除外）的浓度（见表2）. 这为啤酒废水的资源化处理开拓了一条新思路.
据报道 ，目前，无锡市酿酒总厂已在氧化塘中种植丝瓜以强化处理系统的净化效果［27］.
1）处理时间为24～120 h ；2) 处理时间为24～48 h ；3) 处理时间为72 h
水培植物对废水中COD 的去除率不高，主要是因为废水中C 的含量大大高于N ，P ，而植物 是按照一定的C ，N ，P 比例来摄取营养物质的. 从这一点来看，水培植物用于生物处理后出 水（含C
量已大为降低）的深度净化更为合理.
4 结 语
（1）啤酒废水是一种中、高浓度的有机废水，随着啤酒工业的不断发展，其产生量也将 持续上升. 为了避免纳污水体的水质恶化，除了实行清、污分流，提高冷却水的循环利用率 以降低排放量外，
还必须对其进行有效处理.
（2）好氧生物处理、厌氧生物处理、土地利用和植物净化等方法是常见的啤酒废水治理 方法. 好氧生物处理对于低浓度废水有较高的COD 去除率（＞90%），但是需要大量的投资 和场地，能耗较高，受外界环境（温度等）影响较大；厌氧生物处理对于高浓度废水有较高 的CODcr 去除率，它克服了好氧生物处理的大多数缺点，还能进行生物质能转化，大幅度降 低处理成本，因而为越来越多的厂家所采用，其最大缺陷是出水CODcr 的浓度仍然很高，难 以达到《污水综合排放标准》的要求. 土地利用系统虽然能够改善废水的水质，节约水源， 增加土壤有机质含量，但是占地面积大，易产生臭味，还可能引起土壤盐碱化. 用植物净化 啤酒废水，可以有效去除其中的N ，P 和浊度，并可获得
一定的经济效益，但是对CODcr 的去 除率却不高.
（3）要得到理想的处理结果，实现啤酒废水治理的环境效益和经济效益的统一，必须将 两种或三种技术结合使用，这是解决啤酒废水污染问题的根本出路. 例如，把厌氧和好氧处 理池串联使用，依靠前者把废水的高负荷降低，再以后者把低浓度废水处理达标，其动力消 耗则可由前一过程的质能转化予以补偿. 又如，把生物处理与土地利用结合起来，既能有效 净化废水，还能起到互补作用，产
生更高的经济效益.
另外，在如下几个方面还须作进一步研究：(1)啤酒工业实施清洁生产工艺的可行性及其综 合效益分析；（2）多种处理技术串联使用时，其结合点上啤酒废水的最适浓度；（3）厌氧和好氧微生物种类在一个处理单元内共同作用于啤酒废水的可能性及相关的处理技术；（4）啤酒废水的土地利用
技术对土壤理化性质的各种可能影响
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一、前言：
啤酒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/CODcr0.3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：
（一）、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，这样较之全过程的厌氧反应具有以下优点：
（1）由于反应控制在水解、酸化阶段反应迅速，故水解池体积小；
（2）不需要收集产生的沼气，简化了构造，降低了造价，便于维护，易于放大；
（3）对于污泥的降解功能完全和消化池一样，产生的剩余污泥量少。同时，经水解反应后溶解性CO D 比例大幅度增加，有利于微生物对基质的摄取，在微生物的代谢过程中减少了一个重要环节，这将
加速有机物的降解，为后续生物处理创造更为有利的条件。
（4）酸化—SBR 法处理高浓度啤酒废水效果比较理想，去除率均在94%以上，最高达99%以上。
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。
（二）、UASB —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。
（三）、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。
（四）、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C
OD 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。
（五）、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。
（六）、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UAS B 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7 500 kg/d，以沼气产率为0.5m3/kgCOD计算，UASB 产气量为3 500m3/d(甲烷含量为55%～65%)。沼气的热值约为22 680kJ/m3，煤的热值为21 000 kJ/t计算，则1m3沼气的热值相当于1 kg 原煤，这样可节煤约4 t/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12 h ，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1 500～2 500 m3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UA SB 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17 t/d(产泥率为0.3 kg 污泥/kgCOD，污泥含水率为80%)，UASB+SBR法处理工艺产泥量只有5 t/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、结论：
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。
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Q ：267151802），我们将会尽快处理。
四、
长春工业大学化学与生命科学学院生物工程专业
《发酵工程》课程设计说明书
一、总论 1.1概论
传统啤酒发酵工艺
（1）主发酵 又称前发酵，是发酵的主要阶段，也是酵母活性期，麦汁中的可发酵性糖绝大部分在此期间发酵，酵母的一些主要代谢产物也是在此期内产生的。发酵方法分两类，即上面发酵法和下面发酵法。我国主要采用后种方法。下面重点介绍下面啤酒发酵法。
加酒花后的澄清汁冷却至6.5～8.0℃，接种酵母，主发酵正式开始。酵母对以麦芽糖为主的麦汁进行发酵，产生乙醇和CO 2，这是发酵的主要生化反应。主要步骤如下：
①用直接添加法添加酵母 在密闭酵母添加器内将回收的酵母按需要量与麦汁混匀（约1:1），用压缩空气或泵送入添加槽内，适当通风数分钟。
②酵母添加量 添加量常按泥状酵母对麦汁体积百分率计算，一般为0.5％～0.65％，通常接种后细胞浓度为800万～1200万个/ml。接种量应根据酵母新鲜度，稀稠度，酵母使用代数、发酵温度、麦汁浓度以及添加方法等适当调节。若麦汁浓度高，酵母使用代数多，接种温度及酵母浓度低，则接种量应稍大，反之则少。
③发酵第一阶段 又称低泡期。接种后15～20小时，池的四周出现白沫，并向中间扩展，直至全液面，这是发酵的开始。而后泡沫逐渐培厚，此阶段维持2.5～3天，每天温度上升0.9～1℃，糖度平均每24小时降1°Bx。
④发酵第二阶段 又称高泡期。为发酵的最旺盛期，泡沫特别丰厚，可高达25～30cm 。由于麦汁中酒花树脂等被氧化，泡沫逐渐变为棕黄色。此阶段2～3天，每天降糖1～1.5％。
⑤发酵第三阶段 又称落泡期。高泡期过后，酵母增殖停止、温度开始下降，降糖速度变慢，泡沫颜色加深并逐步形成由泡沫、蛋白质及多酚类氧化物等物质组成的泡盖，厚度2～5cm 。此阶段2天，每天降糖0.5％～0.8％。当
12度酒糖度降至3.8～4°Bx时，即可下酒进入后发酵。
（2）后发酵
后发酵又称贮酒，其目的是完成残糖的最后发酵，增加啤酒的稳定性，饱充CO 2，充分沉淀蛋白质，澄清酒液；清除双乙酰、醛类及H 2S 等嫩酒味，促进成熟；尽可能使酒液处于还原状态，降低氧含量。下面介绍下面啤酒发酵法的后发酵。
①下酒 将主酵嫩酒送至后酵罐称为下酒。下酒时，应避免吸氧过多，为此先将贮酒罐充满无菌水，在用CO 2将无菌水顶出，当CO 2充满时再由贮酒桶底部进酒液。此外，要求尽量一次满罐，留空隙10～15cm ，以防止空气进入酒液。如果酒液被CO 2饱和，由于有CO 2溢出，氧则难溶于酒液中。否则啤酒中存在过多的溶解氧易引起氧化混浊，并产生氧化味。
②管理 下酒后，先开口发酵，以防CO 2过多，酒沫涌出，2～3天后封罐。下酒初期室温2.8～3.2℃，若是外销酒，一个月后逐渐降至0～1℃。温度前高后低目的在于先使残糖发酵，随后澄清。注意不能将不同酒龄的酒液共存一室，否则温度要求互相矛盾，无法控制室温。
一般老工艺12°Bx外销酒贮酒时间为60～90天，内销酒为35～40天。 贮酒期间，用烧杯取样观察，通常7～14天罐内酵母下沉。若长期酒液不清，应镜检。若是酵母悬浮，则是酵母凝聚性差；若是细菌混浊，则属细菌污染，通常无法挽救，只能排放；若是胶体混浊，原因是麦芽溶解度差，糖化蛋白分解不良，煮沸强度不够，冷凝固物分离不良等因素造成。 圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐 ），已广泛用于上面或下面发酵啤酒后生产。锥形罐, 可单独用于前发酵或后发酵，还可以将前，后发酵合并在该罐 进行（一罐法）。这种设备的优点在于能缩短发酵时间, 而且具有生产上的灵活性，帮能适合于生产各种类型啤酒的要求。目前，国内外啤酒工厂使用较多的是锥形发酵罐这种设备一般置于室外。冷媒多采用乙二醇或酒精溶液。也可使用氨作冷媒，优点心能耗低。采用的管径小，生产费用可以降低。最终沉积在锥底的酵母，可打开锥底阀门，把酵母排出罐外，部分酵母留作下次待用，安全阀和玻璃视镜。 影响发酵设备造价的因素
主要包括发酵 设备大小，形式，操作压力及所需的新华通讯社却工作负荷，容光焕发器的形式主要指其单位容光焕发积所需的表面积，这是影响造价的主要因素。罐的高度与直径的比例为1.5-6:1.常用3:1或4:1.罐内真空主要是系列的发酵罐在密闭条件下转罐 可进行内部清洗时造成成的, 由于型发酵罐
在工作完毕后放料的速度很快. 有可能造成成一定期负压, 另外即便函罐内留学生存一部分二氧化碳. 在进行清洗时, 二氧化碳有被子除去的可能所以也可能造成真空。由于清洗液中含有碱性物质能与二氧化碳起反应而除去罐内气体。 结构及特点
啤酒发酵罐是啤酒厂的主要设备之一，其发酵温度控制是依靠调节冷却系统的冷却流量来实现。目前国内外较多采用罐体外壁的夹套通入低温酒精水冷却罐内发酵液，而酒精水的降温是通过液氨蒸发来冷却的，其缺点是需要酒精水的中间换热循环。而本产品对目前现有的啤酒发酵罐，作了进一步发展和改进，其主要特点如下：
⑴把大罐的夹层当作蒸发器，液氨直接在夹套内蒸发，利用其气化潜热冷却罐内的啤酒液，从而省却了酒精水的中间换热循环，节省能耗12%以上。 ⑵把夹套当作蒸发器，由于夹套内的压力比酒精水系统的要高，为此，设置了安全可靠、合理、结构新颖的蜂窝结构夹套，夹套与筒体组成的蜂窝状结构，其强度和刚度相互得到了提高。夹套焊缝可减少30%。
⑶夹套做成分片式，与筒体的焊接完全避开筒体的纵、环向焊缝，避免了氨通过焊缝往罐内啤酒液泄漏的可能性。克服了其它夹套的缺点。 ⑷可选用碳钢或不锈钢材料，便于现场制造，降低制造成本，节省投资费用。
⑸本产品占地面积小，并可避免使用酒精水冷却系统带来的酒精挥发对大气带来的污染，符合环保产品要求.
⑹该设备底座可采用钢架结构和混凝土结构，定货时可根据用户确定。
1.2设计依据
1.2.1长春工业大学生物工程课程设计指导书。 1.2.2长春工业大学生物工程课程设计任务书。
1.2.3《发酵工程与设备》、《发酵工艺原理》、《发酵工厂工艺设计概论》、《化工工艺设计手册》及生物工程专业基础理论课本等参考资料。 1.3设计指导思想
1.3.1尽量采用先进的生产技术与设备，认真吸取和借鉴国内外各种产品生产的成熟新工艺、新技术、新设备。
1.3.2合理利用资源，节约能量，消耗指标。 1.4设计范围
1.4.1确定工艺流程及生产操作条件
1.4.2工艺及主要设备计算（物料衡算、设备计算） 1.4.3绘制生产工艺流程图 1.4.4编制课程设计说明书 二、 生产工艺 2.1产品产量及方案 产量：年产啤酒41000吨 产品品种：12°淡色啤酒 2.2生产方法的选择
工艺方法：利用麦芽、大米、啤酒花为原料，采用国内外比较先进的、成熟的二次煮出糖化法，添加啤酒酵母，采用锥形罐一罐法发酵，是目前最成熟、最典型的啤酒生产工艺。
啤酒生产全厂工艺流程简图：
大米→湿粉碎→糊化 粉碎酒花 ↓↑ ↓
麦芽→湿粉碎→糖化→过滤→煮沸→旋涡沉淀 ↓ 酵母→培养→扩大培养→锥形罐发酵←充氧←麦汗冷却 ↓ ↑ ↓
酵母→贮存 硅藻土过滤→纸板过滤 ↓ 灌装←过冷←清酒罐 ↓
杀菌→贴标→装箱→入库→出厂 2.3主要工艺参数 年生产天数：300天 原料利用率：98.5% 麦芽水分：6% 大米水分：13% 无水麦芽浸出率：75% 无水大米浸出率：92% 麦芽、大米配比：65%：35% 啤酒总损失率：11.3% 其中：冷却损失：5.1% 发酵损失：2.0% 过滤损失：1.2% 包装损失：3.0% 糖化温度：65-68℃ 每批糖化醪操作时间：3-4h 酵母添加量：0.5-0.8% 锥形罐装料系数：85% 发酵温度：9℃ 主发酵时间：3-5d 双乙酰还原温度：12℃ 贮酒温度：-1~0℃ 发酵操作周期：25d 灌装班次 2班（每班8h ） 2.4物料衡算
表1 主要物料及动力衡算表（12°淡色啤酒）
三、设备选择
3.1主要工艺设备选型计算 （1）发酵罐容积计算
根据啤酒生产工艺，二次煮出糖化法为间歇生产，因锥形罐容量较大，糖化冷麦汁需分批在24小时内满罐。年生产天数300天，旺季每天糖化6次，而淡季每天糖化4次，考虑到生产的灵活性，选取每天4批次糖化冷麦汁量为发酵罐的有效容积：
V 有效=1.057×41000/300=144.5m3
发酵罐的填充系数为Ф=0.85，则全容积为： V 全=V有效/Ф=170 m3
发酵罐采用椭圆封头、圆形筒体和圆锥形底，则
V 全=（π/6）D 2h a +（π/4)D2h b +（π/4)D2H+(1/3）（π/4)D2h 1 取筒体H=2D，封头高h a =（1/4)D，封头折边高h b =50mm，圆锥形底角60°，圆锥形底高h 1 （D/2)/tan30°=0.866D，代入上式得 V 全=1.929D3+0.0393D2=170
为方便计算，封头折边可忽略不计，则有 V 全=1.929D3=170
解得D=4.45m,取D=4.5m,筒体H=2D=9m，封头高h a =（1/4)D=1m， 验算全容积：
V' 全=0.524×4.52×1+0.785×4.52×0.05+0.785×4.52×9+0.262×4.53×0.866
=110.61+0.795+143.06+14.52 =174.28m3
设发酵周期为25天，每天加料1罐（糖化4次），发酵罐个数为： N=1×25+1=26个（其中1个备用），年产量为41000t 。 若每天加料1.5罐（糖化6次），发酵罐个数为： N=1.5×25+1=38.5个（其中1个备用）
取整数N=39个，故本设计年最大产量可达61500t 。 （3）发酵罐冷却夹套换热面积计算 F=Q总/K∆t m
Q 总=Q生－Q 蒸发－Q 罐壁
根据啤酒产品一罐法工艺特性，发酵罐宜采用罐外壁盘绕半圆管冷带换热，传热系数K=120~163W/m2·K 。发酵罐冷麦汁量144.5m 3，12°麦汁的比重为1.0484，麦汁浓度由12%→5%，放热量最大，麦芽糖发酵放热613.6kJ/kg。主酵时间为3－5天，计算取3天，取发酵不平衡系数为1.5，则 Q
生
=144.5×1000×1.0484（12%－5%）×613.6×1.5/（3×24）
=139538kJ/h
Q 蒸发=5%Q生=6976kJ/h；罐壁外有保温层，Q 罐壁可忽略不计。 Q 总=139538-6976=132562kJ/h
根据工艺要求，1天内啤酒从双乙酰还原温度12降至5，降温时间选取12小时，啤酒比热C 啤=4.0kJ/kg·K ，此阶段传热系数K=140W/m2·K ，则 Q 降=144.5×1000×1.0484×4.0（12－5）/12=353485kJ/h Q 降>Q总，所以应用Q 降计算换热面积，则 平均温度差∆t m =（∆t 1－∆t 2）/ln(∆t 1－∆t 2) 12 → 5 啤酒发酵液
∆t 1=17 ∆t 2=7 代入∆t m =（17+273.15－7－273.15）/ln（17/7）=11.3K F=Q降/K∆t m =353438/[(140×3600/1000)×11.3]=62.1m2 冷媒比热C 冷=4.186kJ/kg·K ，发酵罐冷带冷媒最大流量： W=Q降/C冷(t2－t 1)=353485/4.186[-2－(-5)]=28089kg/h=20.19t/h 3.2发酵工段设备一览表
表2 主要生产设备一览表
三、 发酵工段工艺流程图（附）
啤酒工业废水处理与利用技术研究进展* 李科林 孟范平 王平 吴晓芙 胡曰利
摘 要 啤酒废水中有机物的含量较高，如直接排放，既污染 环境，又降低啤酒工业的原料利用率. 为此，许多学者和厂家对啤酒废水的处理与利用技术 进行了研究. 本文在阐述啤酒废水的来源及特点的基础上，对几种常见的处理利用技术进行 了比较，结论是：单一的处理和利用技术不能从根本上解决啤酒废水的污染问题，只有将多 种技术结合使用，才能达到经济效益和环境效益的统一. 最后，对
未来的研究方向提出了几 点建议. 关键词 啤酒工业；废水处理；废水综
随着人民生活水平的提高，我国啤酒工业得到了长足发展，其产量逐年上升.1988年全国有 啤酒厂800多家，年产啤酒663万t ［1］，位居世界第三；经过近十年的发展，目前已 达到1000多家，年产啤酒1000多万t ，成为世界第二大啤酒生产国［2］. 但是在啤酒 产量大幅度提高的同时，也向环
境中排放了大量的有机废水. 据统计，每生产1 t 啤酒需要10 ～30 t 新鲜水，相应地产生10～20 t 废水［3］. 我国现在每年排放的啤酒废水已达1. 5亿t ［4］. 由于这种废水含有较高浓度的蛋白质、脂肪、纤维、碳水化合物、废酵母 .酒花残渣等有机无毒成分，排入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［5］. 另外，上述成分多来 自啤酒生产原料，弃之不用不仅造成资源的巨大浪费，也降低了啤酒生产的原料利用率. 因 此，在粮食缺乏，水和资源供应紧张的今天，如何既有效地处理啤酒废水又充分利用其中的 有用资源，已成为环境保护的一项重要研究内容. 本文根据前人的研究结果综述了啤酒废水 的处理和利用现状，以
便为进一步探讨效益资源型处理技术提供借鉴.
1 啤酒废水的产生与特点
啤酒生产工艺流程包括制麦和酿造两部分. 二者均有冷却水产生，约占啤酒厂总排水量的65% ，水质较好，可循环用于浸洗麦工序［7］. 中、高污染负荷的废水主要来自制麦 中的浸麦工序和酿造中的糖化、发酵、过滤、包装工序，其化学需氧量在500～40000 mg.L-1之间，除了包装工序的废水
连续排放以外，其它废水均以间歇方式排放［8］（见表1）.
表1 啤酒工业中、高污染负荷废水的来源与浓度
工序
废水中CODcr 浓度
/（mg.L-1） 排放方式
浸麦工序 500～800 间歇排放 糖化工序 20000～40000 间歇排放 发酵工序 2000～3000 间歇排放 包装工序 500～800 连续排放
啤酒厂总排水属于中、高浓度的有机废水，呈酸性，pH 值为4.5～6.5［7］, 其中 的主要污染因子是化学需氧量（CODcr ）、生化需氧量（BOD5）和悬浮物（SS ），浓 度分别为1000～1500，500～1000和220～440 mg.L-1［3］. 啤酒废水的可生化性（BOD5/CODcr）较大，为0.4～0.6［7］，
因此很多治理技术的主体部分是生 化处理.
2 啤酒废水处理技术
目前，国内外普遍采用生化法处理啤酒废水. 根据处理过程中是否需要曝气，可把生物处理 法分
为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类.
2.1 好氧生物处理
好氧生物处理是在氧气充足的条件下，利用好氧微生物的生命活动氧化啤酒废水中的有 机物，其产物是二氧化碳、水及能量（释放于水中）. 这类方法没有考虑到废水中有机物的 利用问题，因此处
理成本较高. 活性污泥法、生物膜法、深井曝气法是较有代表性的好氧生 物处理方法.
2.1.1 活性污泥法 活性污泥法是中、低浓度有机废水处理中使用最多 、运行最可靠的方 法，具有投资省、处理效果好等优点. 该处理工艺的主要部分是曝气池和沉淀池. 废水进入 曝气池后，与活性污泥（含大量的好氧微生物）混合，在人工充氧的条件下，活性污泥吸附 并氧化分解废水中的有机物，而污泥和水的分离则由沉淀池来完成. 我国的珠江啤酒厂、烟 台啤酒厂、上海益民啤酒厂、武汉西湖啤酒厂、广州啤酒厂和长春啤酒厂等厂家均采用此法 处理啤酒废水［6,7］. 据报道，进水CODcr 为1200～1500 mg.L-1时，出水 CODcr 可降至50～100 mg.L-1，去除率为92%～96% .活性污泥法处
理啤酒废水的缺 点是动力消耗大，处理中常出现污泥膨胀.
污泥膨胀的原因是啤酒废水中碳水化合物含量过高，而N ，P ，Fe 等营养物质缺乏，各营 养成分比例失调，导致微生物不能正常生长而死亡. 解决的办法是投加含N ，P 的化学药剂， 但这将使处
理成本提高. 而较为经济的方法是把生活污水（其中N ，P 浓度较大）和啤酒废水混合.
间歇式活性污泥法（SBR ）通过间歇曝气可以使动力耗费显著降低，同时，废水处理时 间也短于普通活性污泥法. 例如，珠江啤酒厂引进比利时SBR 专利技术，废水处理时间仅需19～20 h , 比普通活性污泥法缩短10～11 h ，CODcr 的去除率也在96%以上［9］. 扬州 啤酒厂和三明市大田啤酒厂采用SBR 技术处理啤酒废水，也收到了同样的效果［10,11］ .刘永淞等认为［9］，SBR 法对废水的稀释程度低，反应基质浓度高，吸附和反应 速率都较大，因而能在较短时间内使污泥获得再生.
2.1.2 深井曝气法 为了提高曝气过程中氧的利用率，节省能耗，加 拿大安大略省的巴利啤酒厂［12］、我国的上海啤酒厂和北京五星啤酒厂［7］ 均采用深井曝气法(超深水曝气) 处理 啤酒废水. 深井曝气实际上是以地下深井作为曝气池的活性污泥法，曝气池由下降管以及上 升管组成. 将废水和污泥引入下降管，在井内循环，空气注入下降管或同时注入两管中，混 合液则由上升管排至固液分离装置，即废水循环是靠上升管和下降管的静水压力差进行的. 其优点是：占地面积少，效能高，对氧的利用率大，无恶臭产生等. 据测定［12］， 当进水BOD5浓度为2400 mg.L-1时，出水浓度可降为50 m g.L-1，去除率高达97.92% .当然，深井曝气也有不足之处，如施工难度大，造价高，防渗漏技术不
过关等.
2.1.3 生物膜法 与活性污泥法不同，生物膜法是在处理池内加入软性 填料，利用固着生长于填料表面的微生物对废水进行处理，不会出现污泥膨胀的问题. 生物 接触氧化池和生物转盘是这类方法的
代表，在啤酒废水治理中均被采用，主要是降低啤酒废 水中的BOD5.
生物接触氧化池是在微生物固着生长的同时，加以人工曝气. 这种方法可以得到很高的 生物固体浓度和较高的有机负荷，因此处理效率高，占地面积也小于活性污泥法. 国内的淄 博啤酒厂、青岛啤酒厂、渤海啤酒厂和徐州酿酒总厂等厂家的废水治理中采用了这种技术 ［7］. 青岛啤酒厂在二段生物接触氧化之后辅以混凝气浮处理，啤酒废水中CODcr 和B OD5的去除率分别在80% 和90%以上［13］. 在此基础上，山东省环科所改常压曝气 为加压曝气（P=0.25～0.30 MPa ），目的在于强化氧的
传质，有效提高废水中的溶解氧 浓度，以满足中、高浓度废水中微生物和有机物氧化分解的需要. 结果表明，当容积负荷≤1 3.33 kg.m -3.d-1COD, 停留时间为3～4 h 时，COD 和BOD 平均去除率分别
达到 93.5 2%和99.03% .由于停留时间缩短为原来的1/3～1/4，运转费用也较低［14］.
生物转盘是较早用以处理啤酒废水的方法. 它主要由盘片、氧化槽、转动轴和驱动装置 等部分组成，依靠盘片的转动来实现废水与盘上生物膜的接触和充氧. 该法运转稳定、动力 消耗少，但低温对运行影响大，在处理高浓度废水时需增加转盘组数. 该方法在美国应用较 为普及，国内的杭州啤酒厂、上海华光啤酒厂和浙江慈溪啤酒厂也在使用［7］. 据 报道，废水中BOD5的去除率在80%以上［13］.
2.2 厌氧生物处理
厌氧生物处理适用于高浓度有机废水（CODcr ＞2000 mg.L-1, BOD5＞1000 mg.L-1）. 它是在无氧条件下，靠厌气细菌的作用分解有机物. 在这一过程中，参加生物降解的有机基质有50%～90%转化为沼气（甲烷），而发酵后的剩余物又可作为优质肥料和饲料［15］. 因此，啤酒废水的厌氧生物
处理受到了越来越多的关注.
厌氧生物处理包括多种方法，但以升流式厌氧污泥床（UASB ）技术在啤酒废水的治理方 面应用最为成熟.UASB 的主要组成部分是反应器，其底部为絮凝和沉淀性能良好的厌氧污泥 构成的污泥床，上部设置了一个专用的气-液-固分离系统（三相分离室）［16］. 废 水从反应器底部加入，在上向流、穿过生物颗粒组成的污泥床时得到降解，同时生成沼气（气泡）. 气、液、固（悬浮污泥颗粒）一同升入三相分离室，气体被收集在气罩里，而污泥 颗粒受重力作用下沉至反应器底部，水则经出流堰排出. 截止1990年9月，全世界已建成30座生产性UASB 反应器用于处理啤酒废水，总容积达60 600 m3［17］. 国内已有北京啤酒厂［4,7,18］、沈阳啤酒厂［7,15］ 等厂家利用UASB 来处理啤酒 废水. 荷兰、美国的某些公司所设计的UASB 反应器对啤酒废水CODcr 的去除率为80%～86% ［13, 19,20］, 北京啤酒厂UASB 处理装置的中试结果也保持在这一水平，而且其沼气 产率为0.3～0.5 m
3.kg-1(COD)［8］. 清华大学在常温条件下利用UASB 厌氧 处理啤酒废水的研究结果表明，进水CO Dcr 浓度为2000 mg.L-1时，去除率为85% ～90%［21］. 沈阳啤酒厂采用回收固形物及厌氧消化综合治理工艺，实行清污分流，集中收集CODcr 大于5000 mg.L-1的高浓度有机废水送入UASB 进行
厌氧处理，废水 中CODcr 的质能利用率可达91.93%［15］.
实践证明，UASB 成功处理高浓度啤酒废水的关键是培养出沉降性能良好的厌氧颗粒污泥 .颗粒污泥的形成是厌氧细菌群不断繁殖、积累的结果，较多的污泥负荷有利于细菌获得充 足的营养基质，故对颗粒污泥的形成和发展具有决定性的促进作用；适当高的水力负荷将产 生污泥的水力筛选，淘汰沉降性能差的絮体污泥而留下沉降性能好的污泥，同时产生剪切力 ，使污泥不断旋转，有利于丝状菌互相缠绕成球. 此外，一定的进水碱度也是颗粒污泥形成 的必要条件，因为厌氧生物的生长要求适当高的碱度，例如：产甲烷细菌生长的最适宜pH 值 为6.8～7.2. 一定的碱度既能维持细菌生长所需的p H 值，又能保证足够的平衡缓冲能力 ［22,23］. 由于啤酒废水的碱度一般为500～800 mg.L-1(以Ca CO3计) ［24］，碱度不足，所以需投加工业碳酸钠或氧化钙加以补充. 研究表明［4,21］，在 UASB 启动阶段，保持进水碱度不低于1000 mg.L-1对于颗粒污泥的培养和反应器在 高 负荷下的良好运行十分必要. 应该指出，啤酒废水中的乙醇是一种有效的颗粒化促进剂 ［25］，它为UASB 的成功运行
提供了十分有利的条件.
总之，UASB 具有效能高，处理费用低，电耗省，投资少，占地面积小等一系列优点，完全适用于高浓度啤酒废水的治理. 其不足之处是出水CODcr 的浓度仍达500 mg.L-1左右，需进行再处理或
与好氧处理串联才能达标排放.
3 啤酒废水的利用技术
利用自然生态良性循环的方法净化和利用啤酒废水，也是目前啤酒废水综合治理的一个 方向，有
利于实现废物的资源化.
3.1 啤酒废水土地利用
废水的土地利用在国内外都有悠久的历史. 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［5］. 废水的土地利用一般有快速渗滤和地表漫流两种 方法［19］. 前者的特点是加入的废水大部分都经过土壤渗透到下层，因而仅限于在 砂及砂质粘土之类的快渗土壤上使用，植物对废水的净化作用较小，主要是由土壤中发生的 物理、化学和生物学过程使废水得到处理. 后者是一种固定膜生物处理法，废水从生长植物 的坡地上游沿沟渠流下，流经植被表面后排入径流集水渠. 废水净化主要是通过坡地上的生 物膜完成的. 这种方法对于渗透较慢的土壤最为适用. 根据谢家恕［26］、萧月芳等 ［27］的研究，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（GB 5084-85）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.
当然，啤酒废水的土地利用也存在一定的问题：①处理过程中会产生臭味，必须将处理 场地设在远离居住区的地方，这样需要较长的输水干管；②废水的含盐量过高时，将危害植 物生长，并造成土
壤排水、通气不良. 如何避免这些问题发生，需要进一步研究.
3.2 啤酒废水的植物净化
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（Luffa cyclindrica ）［28 ］、多花黑麦草（Lolium mul tiflorum ）［29］、水雍菜（Ipomoea aquatica ） ［30］、金针菜（Hemerocallis fulva ）［31］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，既创造了经济效益，同时又显著降低了废水中多种污 染物（COD 除外）的浓度（见表2）. 这为啤酒废水的资源化处理开拓了一条新思路.
据报道 ，目前，无锡市酿酒总厂已在氧化塘中种植丝瓜以强化处理系统的净化效果［27］.
1）处理时间为24～120 h ；2) 处理时间为24～48 h ；3) 处理时间为72 h
水培植物对废水中COD 的去除率不高，主要是因为废水中C 的含量大大高于N ，P ，而植物 是按照一定的C ，N ，P 比例来摄取营养物质的. 从这一点来看，水培植物用于生物处理后出 水（含C
量已大为降低）的深度净化更为合理.
4 结 语
（1）啤酒废水是一种中、高浓度的有机废水，随着啤酒工业的不断发展，其产生量也将 持续上升. 为了避免纳污水体的水质恶化，除了实行清、污分流，提高冷却水的循环利用率 以降低排放量外，
还必须对其进行有效处理.
（2）好氧生物处理、厌氧生物处理、土地利用和植物净化等方法是常见的啤酒废水治理 方法. 好氧生物处理对于低浓度废水有较高的COD 去除率（＞90%），但是需要大量的投资 和场地，能耗较高，受外界环境（温度等）影响较大；厌氧生物处理对于高浓度废水有较高 的CODcr 去除率，它克服了好氧生物处理的大多数缺点，还能进行生物质能转化，大幅度降 低处理成本，因而为越来越多的厂家所采用，其最大缺陷是出水CODcr 的浓度仍然很高，难 以达到《污水综合排放标准》的要求. 土地利用系统虽然能够改善废水的水质，节约水源， 增加土壤有机质含量，但是占地面积大，易产生臭味，还可能引起土壤盐碱化. 用植物净化 啤酒废水，可以有效去除其中的N ，P 和浊度，并可获得
一定的经济效益，但是对CODcr 的去 除率却不高.
（3）要得到理想的处理结果，实现啤酒废水治理的环境效益和经济效益的统一，必须将 两种或三种技术结合使用，这是解决啤酒废水污染问题的根本出路. 例如，把厌氧和好氧处 理池串联使用，依靠前者把废水的高负荷降低，再以后者把低浓度废水处理达标，其动力消 耗则可由前一过程的质能转化予以补偿. 又如，把生物处理与土地利用结合起来，既能有效 净化废水，还能起到互补作用，产
生更高的经济效益.
另外，在如下几个方面还须作进一步研究：(1)啤酒工业实施清洁生产工艺的可行性及其综 合效益分析；（2）多种处理技术串联使用时，其结合点上啤酒废水的最适浓度；（3）厌氧和好氧微生物种类在一个处理单元内共同作用于啤酒废水的可能性及相关的处理技术；（4）啤酒废水的土地利用
技术对土壤理化性质的各种可能影响
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一、前言：
啤酒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/CODcr0.3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：
（一）、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，这样较之全过程的厌氧反应具有以下优点：
（1）由于反应控制在水解、酸化阶段反应迅速，故水解池体积小；
（2）不需要收集产生的沼气，简化了构造，降低了造价，便于维护，易于放大；
（3）对于污泥的降解功能完全和消化池一样，产生的剩余污泥量少。同时，经水解反应后溶解性CO D 比例大幅度增加，有利于微生物对基质的摄取，在微生物的代谢过程中减少了一个重要环节，这将
加速有机物的降解，为后续生物处理创造更为有利的条件。
（4）酸化—SBR 法处理高浓度啤酒废水效果比较理想，去除率均在94%以上，最高达99%以上。
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。
（二）、UASB —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。
（三）、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。
（四）、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C
OD 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。
（五）、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。
（六）、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UAS B 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7 500 kg/d，以沼气产率为0.5m3/kgCOD计算，UASB 产气量为3 500m3/d(甲烷含量为55%～65%)。沼气的热值约为22 680kJ/m3，煤的热值为21 000 kJ/t计算，则1m3沼气的热值相当于1 kg 原煤，这样可节煤约4 t/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12 h ，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1 500～2 500 m3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UA SB 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17 t/d(产泥率为0.3 kg 污泥/kgCOD，污泥含水率为80%)，UASB+SBR法处理工艺产泥量只有5 t/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、结论：
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。
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