啤酒工业废水的来源与水质特点

!!!!! !!!!! " "" " 污水处理 啤酒工业废水的来源与水质特点 沈淞涛 杨顺生 方发龙 陈亚平 （西南交通大学环境科学与学院 成都 !"##$"） 摘 要 啤酒工业迅猛发展的同时，排出了大量的啤酒废水，给环境造成了极大的威胁。通过啤酒生产的工艺详细分 析了啤酒废水的来源与特点。为研究开发高效、经济的啤酒废水处理新技术提供参考。 关键词 啤酒 废水 生产工艺 !"# $%&’(# )*+ ,")’)(-#’ %. /’#0#’1 2)3-#0)-#’ %&’( %)(*+,) -,(* %&.(/&’(* 0,(* 0,1)(* 2&’( -,34(* （!"##$%$ "& ’()*+"(,$(- ./*$(/$ 0 ’(%*($$+*(%，."1-23$4- 5*6" 7"(% 8(*)$+4*-9 !2$(%:1 !"##$"） 453-’)(- 54+& +&’ 6,347 7’8’1)39’(+ ): ;6’<’6= 4(7./+6=，9)6’ ;6’<’6= <,/+’<,+’6 4/ 74/>&,6*’7，<&4>& ’(7,(*’6/ ’(846)(9’(+ ? @( +&4/ 3,3’6，;= +&’ +’>&()1)*= ): 9,A4(* ;’’6，<’ ,(,1=B’ +&’ /).6>’ ,(7 >&,6,>+’6 ): ;6’<’6= <,/+’<,+’6 4( 7’+,41 ? C)3’ +&,+ +&’/’ >,( 36)847’ , *.47,(>’ +) 7’8’1)3 +&’ (’<，&4*&1= ’::’>+48’ ,(7 ’>)()94> +’>&()1)*= ,3314’7 +) ;6’<’6= <,/+’<,+’6 ? 6#10%’+3 ;6’<’6= <,/+’<,+’6 36)7.>4(* +’>&()1)*= 啤酒生产在我国虽有百年的历史，但是迅猛发展还是近 D#年的事。D#世纪 E# 年代以来，我国啤酒工业发展迅速， 全国啤酒厂约 E##多家，啤酒年产量达 " !F#多万 +，与此同 时每年约产生 D?G亿 +的啤酒废水［"］。 啤酒是以大麦和水为主要原料，大米或谷物、酒花为辅 料，经过制麦芽、糖化、发酵等工序制成的富含营养物质和 2HD的饮料酒，酒精含量为 $I J !I，每年需大麦约 D## 多 万 +［D］。应指出的是，啤酒生产中主要利用粮食中的淀粉，大 部分蛋白质等其他物质则残留在麦糟及凝固物中，同时还排 出酵母等副产物。啤酒行业是耗水量较大的行业，虽然各企 业间有较大差别，一般说来每生产 " +啤酒的耗水量为 "# J F# +［D］。与此同时，我国多数啤酒厂尚没进行综合利用和废 水治理，因而给水环境造成了极大的污染，特别是高浓度的 有机污染。啤酒废水的污染已成为突出的环境问题，引起了 社会和有关部门的高度重视［$］。 7 啤酒生产工艺及废水来源 啤酒的酿造方法随啤酒的种类不同而异，但是其工艺一 般都可分为：制麦芽、糖化、发酵、洗瓶及灌装等 G 大工序。 其生产的工艺如图 "所示。 7 ?7 制麦芽 制麦芽也叫做麦芽制造，由原料大麦制成麦芽，它是啤 酒生产的开始。制麦芽工序分为筛选、浸麦、发芽、干燥、除 根和大麦贮存等 !个工序（如图 D）。 该工艺过程的用水主要包括浸麦洗麦用水和冷却用水 D部分。冷却用水的水质较好，可以循环使用，主要污染来 自浸麦用水。用水浸渍大麦，俗称浸麦，浸麦的目的在于使 麦粒吸收水和吸氧、洗涤除尘、除杂以及除微生物，并将麦皮 内的部分有害成分浸出，为发芽提供条件。在浸麦时，浸麦 用水中常加化学药品，如饱和澄清 2,（HC）D、2CDH水溶液、 KL(HG、M,HC或 KHC溶液。因此，浸麦废水是一种颜色很 深、极易腐败的有机废水，该废水采用间歇的排放方式。 图 7 啤酒生产工艺与主要污染源 图 8 制麦芽工艺流程 整个浸渍周期长达 GE J ND &，根据国内现行制麦工艺， 每投产 " +大麦大约耗水 "E J !# 9$［D］，浸渍废水中含有大麦 粒、瘪大麦、麦芒、麦皮和泥砂等悬浮固体，以及谷皮内的浸 出物，如单宁物质、矿物质、蛋白质、苦味质等。悬浮固体含 量约占原大麦投加量的 DI左右。每浸渍 " +大麦产生 2HO 污染物约 "# J "D A*，或 PHOF污染物 F J ! A*［D］，废水中挟带 的浮麦量约 D# A*。在麦芽制备段，每制成品酒 " +，产生 2HO污染物 D A*，PHOF污染物约 " A*［D］。 7 ?8 麦汁制备工序 麦汁制备过程俗称糖化。将麦芽粉碎和温水混合，借助 ·$· D##$年第 DQ卷第 "D期 O’>’9;’6 D##$ 工业安全与环保 @(7./+64,1 %,:’+= ,(7 R(846)(9’(+,1 S6)+’>+4)( 万方数据 麦芽自身的多种水解酶，将淀粉和蛋白质等高分子物质进一 步分解成可溶性低分子糖类、糊精、氨基酸、胨、肽等，麦芽内 容物的浸出率可达 !"#［$］，这就是糖化过程。此工序将产 生麦汁冷却水、装置洗涤水、麦糟、热凝固物、冷凝固物和酒 花糟等废水。装置洗涤水主要是糖化锅洗涤水、过滤槽洗涤 水和沉淀槽洗涤水；麦槽是麦汁制备过滤后产生的副产品， 组分主要有蛋白质、脂肪、淀粉、还原糖、粗纤维以及灰分；热 凝固物是麦汁煮沸过程中，由于蛋白质变性和多酚物质氧 化、聚合而产生的，组分为蛋白质、酒花树脂、多酚物质和灰 分；冷凝固物是在麦汁冷却过程中析出的，主要组分为蛋白 质、碳水化合物、多酚物质和灰分；除此之外，糖化过程还要 排出酒花糟、热凝固物、冷凝固物等大量悬浮固体。在麦汁 制备工序，产生的废水中有机物比较多，每制成品酒 % &，产 生 ’()污染物 *+ ,$ -.，/()0 污染物 1+ ** -.［,］，其废水排 放量约占废水总量的 0# 2 %"#［1］，废水排放为间歇排放。 ! +" 发酵工序 加酒花后的澄清麦汁冷却 3+ 0 2 !+ "4，接种酵母，发酵 正式开始。酵母是在啤酒发酵过程中沉淀下来的，一般为生 产需要，沉淀下来的酵母经洗涤后重复使用，但多余和失去 活力的酵母如不综合利用则随废水排出。酵母除含 !"# 2 !0#的水外，其他组分是蛋白质、脂肪、纤维、灰分和无机氮 浸出物；酵母对以麦芽糖为主的麦汁进行发酵，产生乙醇和 ’(,。发酵工序中除产生大量的冷却水外，还可以产生发酵 洗涤水、废消毒液、酵母漂洗水、冷却水和冷凝固物。在发酵 工序，每制成品酒 % &产生 ’()污染物 !+ 1 -.或 /()0 污染 物 0 -.［,］。废水排放量约占废水总量的 %0# 2 ,"#，采取 间歇排放的方式。 ! +# 包装工序 经过发酵的成熟酒，俗称嫩啤酒，呻罐贮存。残余酵母 和蛋白质等沉积于贮存罐底部，少量悬浮于酒中，须经分离 后才能罐装，在滤酒工艺中，经滤器截留的酒渣、部分过滤材 料及残酒随水排入下水道。经过滤后的成品酒可直接桶装 或罐装，装酒用的桶或罐，在装酒前需要进行清洗和消毒，因 此清洗水中含有残酒和酒泥。在成品酒工段，每制啤酒 % &， 产生废水约 3+ " 51，含 ’()污染物 *+ 0 -. 或 /()0 污染物 $ -.［,］。这部分排放较大，约占废水重量的 1"# 2 $"# ，为 连续排放方式。 $ 啤酒废水来源及污染程度 由啤酒生产的工艺流程图可以看出，啤酒生产工艺中的 每道工序都有废弃物（废弃的麦根、冷凝凝固蛋白、酵母泥、 废硅藻土、废麦糟等）、废水（洗罐、洗糟水、浸麦水、酒桶与酒 瓶洗涤水等）。啤酒厂废水主要来源有麦芽生产过程的洗麦 水、浸麦水、发芽降温喷雾水、麦糟水、洗涤水、凝固物洗涤 水；糖化过程的糖化、过滤洗涤水；发酵过程的发酵罐洗涤 、 过滤洗涤水 ；包装过程洗瓶 、灭菌 、破瓶啤酒及冷却水和成 品车间洗涤水 ；生活污水主要来自办公楼 、食堂、宿舍和浴 室；每制成品酒 % &，产生生活污水约 %+ * 51，含 ’()污染物 "+!0 -.或 /()0污染物 "+0 -.［$］。 排放的啤酒废水超标项目主要是 ’()、/()0、66、78 $ 项，其废水从各车间排放的废水水质水量波动较大，以拉萨 啤酒厂为例，其生产废水的水质水量见表 %。由表 %可见，啤 酒生产的废水主要来自 ,个方面；一是大量的冷却水（糖化、 麦汁冷却、发酵等）；二是大量的洗涤水、冲洗水（各种罐洗涤 水、瓶洗涤水等）。因此，啤酒废水的特点是水量大，无毒有 害，属于高浓度有机废水。 表 ! 拉萨啤酒厂生产废水的污染程度［"］ 废水种类 每 &产品产生废水量 9 51 ’():; 9（5.·<= %） /()0 9（5.·<= %） 66 9（5.·<= %） 78 浸麦水 1+"1 $"" 2 3"" ,"" 2 1"" ,0" 2 $"" 3 +0 2 * +0 糖化发酵废水 1+30 , 0"" 2 0 """ % *"" 2 1 *"" 3*" 2 , *"" 0 +" 2 * +" 灌装废水 $+!0 %"" 2 0"" 3" 2 1!" !" 2 %3" * +" 2 > +" 其它废水 "+3" %*" 2 0"" !" 2 $"" *" 2 %0" 3 +" 2 * +" 全厂混合废水 %, +, *"" 2 % *"" 0"" 2 % 1"" 1"" 2 % """ 3 +" 2 ! +" 总排放 9（51·?=%） , """ % %3" 2 , 3"" >$0 2 % $>" 0,0 2 !1" 3 +! 2 * +0 " 啤酒废水水质特点 啤酒厂生产啤酒过程用水量大，特别是酿造、灌装工艺 过程，由于大量使用新鲜水，相应产生大量的废水。由于啤 酒的生产工序较多，不同啤酒厂生产过程中 &酒耗量和水质 相差很大。管理和技术水平较高的啤酒厂每 &酒耗水量为 ! 2 %, &，我国啤酒厂的 &酒耗水量一般大于该参数。我国啤酒 从糖化到灌装总耗水为 %" 2 ," 51 9 &［1］。酿造啤酒要消耗大 量的水，除一部分水转入产品外，其余绝大部分将作为工业 废水排入环境。如上所述，啤酒工业废水具有以下几类特 点： （%）冷却水。冷冻机冷却水、麦汁和发酵冷却水等，这类 废水基本上没受污染，可以循环利用。 （,）清洗废水。如大麦浸渍废水、大麦发芽降温喷雾水、 清洗生产装置废水、漂洗酵母水、洗瓶机初期洗涤水、酒罐消 毒废液、巴斯德杀菌喷淋水和地面冲洗水等，这类废水受到 不同程度的有机污染。 （1）冲渣废水。如麦糟液、冷热凝固物、酒花糟、剩余酵 母、酒泥、滤酒渣和残碱性洗涤液等，这类废水中含有大量的 悬浮性固体有机物。 （$）灌装废水。在灌装酒时，机器的跑冒滴漏问题时有 发生，还经常出现冒酒，废水中掺入大量残酒。另外喷淋时 由于用热水喷淋，啤酒升温引起瓶内压力上升，有“炸瓶”现 象，有大量的啤酒洒散在喷淋水中，为了循环使用喷淋水，防 止生物污染而加入防腐剂，因此被更换下来的喷淋水含防腐 剂成分。 （0）洗瓶废水。清洗瓶子时先用碱性洗涤剂浸泡，然后 用压力水初洗和终洗。瓶子清洗水中含有残余碱性洗涤剂、 纸浆、染料、浆糊、残酒和泥砂等。碱性洗涤剂定期更换，因 ·$· 万方数据 变频器在恒压供水系统中的应用 黄春旭 林春蓉 （韶钢院 广东曲江 !"#"#$） （武汉凯迪水务股份有限公司 武汉 %$&##$） 摘 要 介绍采用自带 ’()（比例积分微分控制器）功能的变频器恒压供水系统的工作原理、控制系统设计及功能。 关键词 变频器 恒压供水 控制系统 !""#$%&’$() (* +,&)-./%0, $) 1()-’&)’ 2,0--/,0 3&’0, 4/""#5 45-’06 *+,-. /0+-1+ （!"#$%&#’ ()$’ * !+,,- .,/0%’ (’/+0+&+, 1&20#’%，3&#’%4$’% !"#"#$ ） 23- /0+-45-. （5&"#’ 6#0 .0 5#+,) !,)708, 9$ :，;+4 : 5&"#’ %$&##$） !7-’,&%’ 607 8790,-3:8，95-;3.+4,<35- ,-= ;+-9<35- 5; 95-:<,-< >47::+47 ?,<74 :+>>@A :A:<78，?0390 +<3@3B7: <4,-:=+974 <790-5@5.A 3: 3-<45C =+97= 3- <03: >,>74 D 8059(,.- <4,-:=+974 95-:<,-< >47::+47 ?,<74 :+>>@A 95-<45@ :A:<78 变频调速器已经发展成为成熟的、功能越来越丰富的电 气元件，如何充分合理地利用变频器所具备的功能，节省工 程投资是工程技术人员应该重视的问题。本文通过设计变 频器恒压供水系统来探讨这个问题。 : 恒压供水系统原理 恒压供水的基本思路：采用电机调速装置控制电机的输 出功率，完成供水管道内的压力控制，在管网流量变化时达 到稳定供水压力和节能的目的。 系统的控制目标为泵站出水总管的压力。根据设定的 供水压力值与实际的压力反馈值通过 ’()或其他算法调节 控制调速装置，以调节水泵电机的输出功率，从而调节供水 压力。 ; 控制系统设计 ; D: 用户需求 在某热电厂软水站改造工程中，设置了出口水泵把软水 箱中的软水输送到各软水用户。出口水泵设置 #台，工作方 式为 "用 "备。要求系统设计为恒压供水系统。 ; D; 控制系统设计 因为设计时需要节省工程投资，选用 "台自带 ’()控制 功能的变频器完成对 #台水泵电机进行控制；考虑到当压力 反馈信号故障及变频器发生故障时需要保证软水供应，另设 手动调节控制和旁路运行回路。控制原理见图 "。 图 "中的压力反馈由仪表送来。 从图 "可以看到控制原理图完成了系统所需正常控制 功能并完成了以下功能： （" !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ）当变频器出现故障时，可以转入电网直接供电运行， 此废碱性洗涤剂应先进行单独处理。所以可以考虑将洗瓶 废水的排出液经处理后储存起来，用来调节废水的 >*值， 这可以节省污水处理的药剂用量。 < 结语 虽然我国啤酒行业发展形势喜人，但所引起的环境污染 却不容忽视，我国大多数啤酒企业规模小，管理较差，酒损 高，排污较重，污水处理措施远没跟上，造成了对环境的严重 污染。通过以上对啤酒工业废水的来源与特点的详细分析， 我们能够充分利用每个环节，通过改进技术和提高管理水平 来控制污染物的排放；由于啤酒废水属于高浓度有机废水， 可生化性较好，研究开发高效、经济的啤酒废水处理新技术 成为环保工作者关心的热点；与此同时由于啤酒废水含有大 量的淀粉、糖类、脂肪、蛋白质、醇类、纤维素等有机物，通过 工艺的处理可以回收一些资源，广泛用于食品、饲料、生物制 药等行业，具有可观的经济、社会和环境效益。 参考文献 " 邹启贤，等 D唐山欧联豪门啤酒废水处理站设计 D环境工程，#&&#， "E（"）："F G "ED # 王凯军，等 D HIJK工艺的理论与工程实践 D北京：中国环境科学出 版社，#&&& $ 张华，等 D略论啤酒清洁生产 D重庆环境科学，#&&"，#$（$）：LL G LED % 唐受印，等 D食品工业废水处理 D北京：化学工业出版社，#&&" 作者简介 沈淞涛，男，"EMF年 "&月出生，武汉大学环境科学与工程 学院本科毕业，现为西南交通大学环境科学与工程学院硕士研究生。 主要研究方向为水污染控制。 （收稿日期：#&&$ &L "&） ·!· #&&$年第 #E卷第 "#期 )7978N74 #&&$ 工业安全与环保 (-=+:<43,@ J,;7