啤酒工业废水处理（Beer Industrial wastewater treatment ）n n啤酒是世界通用性饮料，它以优质大麦芽为主要原 料，啤酒花为香料，经过制麦芽、糖化、发酵等工 序制成的富含营养物质和二氧化碳的酿造酒。酒精 含量为3一6(体积分数)。有酒花香和爽口的苦 味，深受消费者欢迎，消费量大，是世界产量最大 的酒种。n 我国的啤酒行业是国民经济的重要产业，发展迅速，啤酒产量较过去有了大幅度提高，我国已成为世界五大啤酒生产国之一。随着改革开放和人民生活水乎的不断提高， 1990年、1996年、1998年全国啤酒产量分别达到690万t、1682万t、1987万t。n截止2006年12月底，全行业规模以上企业数量为580家，遍布各省、市、自治区，以山东、浙江两省产量最大，浙江省企业数最多。n 啤酒生产的主要原料大麦，每年约稍耗 200多万t。还应指出的是，啤酒生产主要利 用粮食(大麦、大米)中的淀粉，大部分蛋白 质等留在麦糟及凝固物中，同时排出酵母副 产物，合理利用这些副产物是节粮、减少污 染物排放的重要措施。n 该行业还是耗水量较大的行业，各企业 间相差较大，每生产1t啤酒耗水量从10t到50t 。以生产每吨啤酒产生20m3废水计算，我国 啤酒工业排放的废水量每年达4.0亿m3，而我 国多数啤酒厂综合利用和废水治理情况不理 想，给环境造成严重污染。第一节 啤酒生产工艺n一、啤酒生产的原辅料和生产用水n二、啤酒生产工艺一、啤酒生产的原辅料和生产用水n 酿造啤酒的主要原料是大麦、水和酒花。为降低生产成本，提高出酒率，改善啤酒风味和色泽，增强啤酒的保存性，在糖化操作时，常用大米、大麦、玉米和蔗糖等中的一种来代替部分麦芽。在我国一般都用大米作辅料，而欧美国家较普遍使用玉米。n1大麦n 选择大麦作为生产啤酒的主要原科，其原因是大麦在世界上的种植面积极广，而且发芽能力强，价格较便宜；大麦经发芽、干燥后制成的干大麦芽，内含各种水解酶酶源和丰富的可浸出物，因此，能较容易制备到符合啤酒发酵用的麦芽汁。大麦的谷皮是很好的麦芽汁过滤介质。n 麦芒很长，和麦穗的长度差不多，小麦的芒相对来说要短，大麦的外壳很难剥下来，小麦的外壳在脱粒时已经掉了，大麦粒两头较尖、较细长。小麦粒两头较园、较短、较园润。n2大米n 大米作为辅料，主要是为啤酒酿造提供淀粉来源一般大米用量为大麦质量的25一45。大米淀粉含量比大麦、玉米高出10一20，而蛋白质含量低于两者3左右，为6一9。因此，用大米代替部分麦芽，既可提高出酒率，又对改善啤酒风味有利。n n3玉米n 欧美国家较普遍用玉米作为辅助原料。玉米所含的蛋白质、纤维素比大米多，特别是脂肪含量高出大米好几倍，而淀粉的含量比大米少10左右，但比大麦略多。n 4酒花n 酒花又称蛇麻花、啤酒花等，它是雌雄异株，用于啤酒发酵的是成熟的雌花。酒花在啤酒中的作用是：赋予啤酒香味和爽口苦味；提高啤酒泡沫的持久性；使蛋白质沉淀，有利于啤酒澄清；酒花有抑菌作用，将它加入麦芽汁中能增强麦芽汁和啤酒的防腐能力。n1079年,德国人首先在酿制啤酒时添加了酒花,从 而使啤酒具有了清爽的苦味和芬芳的香味.从此 后,酒花被誉为“啤酒的灵魂”,成为啤酒酿造不可缺少的原料之一 n5水n 啤酒生产中，水的作用非常大，名牌啤酒往 往与名泉等相联系，以糖化操作对水的要求最高 ，它直接关系到啤酒质量的好坏。不同用途的水 ，有不同的质量要求。n以我国名酒青岛啤酒为例，其对水的碳酸盐硬度 、非碳酸盐硬度和总硬度的要求分别是 0.749mmol/L(2.1。d)、0.570mmol/L(1.6 。d)和 1.319mmol/L (3.7。d)，水中存在碳酸氢钙会使 麦芽汁酸度降低。在用温水和麦芽汁调制糖化醪 （lao二声）时，如因水质而造成酸度不够高， 往往需要使用乳酸来调整pH值，或用加硫酸钙 、离子交换法等方法提高酸度。对含溶解盐类较 多，总硬度在3.2087.842mmol/L(9。22 。 d)的硬水可用电渗析法除盐。二、啤酒生产工艺n 成品啤酒按杀菌形式可分成三类：n鲜啤酒（生啤） ：成品酒未经巴氏杀菌即出售 ，因啤酒中保存了一部分营养丰富的酵母菌,所以 口味鲜美。但稳定性差,不能长时间存放,常温下保 鲜期仅一天左右,低温下可保存3天左右。其产品 就地销售,多数桶装鲜啤酒具有爽口美味的优点； （扎啤，即重加二氧化碳鲜啤酒。由于这种啤酒 多数以广口瓶(Jar)为计量单位进行零售,故依其英 语jar一词的发音称为 “扎啤“。 ）n纯生啤酒：成品酒不用巴氏杀菌，而经超滤等 方法进行无菌过滤处理；n熟啤酒：成品酒经巴氏杀菌处理。n n 啤酒生产工艺分为制麦芽、糖化、发酵及 后处理等四大工序。n 1麦芽制备工段n 由原料大麦制成麦芽，习惯称为制麦，它是 啤酒生产的开始。发芽后制得的新鲜麦芽叫绿麦 芽，经干燥后的麦芽称为干麦芽。n 麦芽制备的主要目的是：使大麦生成各种酶 ，并使大麦胚乳中的成分在酶的作用下，达到适 度的溶解；去掉绿麦芽的生腥味，产生啤酒特有 的色、香和风味成分。n 麦芽制备工段分为大麦贮存、筛选、浸麦、 发芽、干燥和除根等6个工序。大麦筛选浸麦干燥成品麦芽贮藏发芽排水图 制麦工艺过程n 麦芽制备工段用水主要包括浸麦洗麦用水和冷却用水两部分。n 用水浸渍大麦，俗称浸麦。浸麦的目的在于使麦粒吸水和吸氧、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。n 在浸麦时，浸麦用水中常投加化学药品，可以加速麦皮中有害物质（如酚类等）的浸出，缩 短发芽周期，达到清洗和卫生的要求。如饱和澄 清石灰水、甲醛水溶液、高锰酸钾、氢氧化钠成 氢氧化钾溶液。n n 整个浸渍周期长达48-72d。随着排水时间的推延 ，每一阶段产生的废水中含有机污染物浓度由高而低 。根据国内现行制麦工艺，每投产1t大麦大约耗水18- 60m3。n 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。n 悬浮固体含量约占原大麦投加质量的2左右。每 浸渍1t大麦产生CODcr污染物约1012kg，或BOD5污 染物56kg，废水中挟带的浮麦量约20kg，这与国外 资料(表)提供的数据基本相符。n 在麦芽制备段，每制1t成品酒，产生CODcr污染 物约2kg、nBOD5污染物约1kg：表 国外浸麦废水的污染度n 2麦汁制备工段n麦汁制备过程俗称糖化。将麦芽粉碎后与温水混 合，借助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80，这就是糖化过程。n此工段中将产生麦汁冷却水、装置洗涤水、麦糟 、热凝固物和酒糟。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。除此之外 ，糖化过程还要排出酒花槽、热凝固物等大量悬 浮固体。在麦汁制备工段，每制1t成品酒，产生 CODcr污染物7.24kg，或BOD5污染物3.77kg。n 3发酵工段n 加酒花后的澄清麦汁冷却至6.58.0，接种酵母，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CO2。发酵工段中除产生大量的冷却水外，还产生发酵罐洗涤水、废消毒液、酵母漂洗水和冷凝固物。在发酵工段，每制1t成品酒，产生CODcr污染物8.3kg或BOD5污染物5kg。n 4成品酒工段n 经过后发酵的成熟酒俗称嫩啤酒，入贮存罐。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，经滤器裁留的酒渣、部分过虑材料及残酒随 水排入下水道。n 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1t啤酒，产生废水约6m3，含CODcr污染物 7.5kg，或BOD5污染物4kg。第二节 啤酒生产废水主要来源n 从主要工艺流程可看出，啤酒生产工艺中的每道工序都有固体废弃物(废弃麦根、冷凝凝固蛋白、酵母泥、废硅藻土、废麦糟等)、废水（洗罐花、洗槽水、浸麦水、酒桶与酒瓶洗涤水等）。图 啤酒生产工艺与主要污染源n 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、麦槽水、洗涤水、凝固物洗涤水；糖化过程的糖化、过滤洗涤水；发酵过程的发酵随洗涤、过滤洗涤水；罐装过程洗瓶、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、单身宿舍和浴室，每制1t成品酒，产生生活污水约1.7m3，含CODcr污染物0.85kg或BOD5污染物0.5kg。n 啤酒厂排放的废水超标项目主要是CODcr 、 BOD5 、SS三项。啤酒废水的水质水量可见下表。由表可见，啤酒生产的废水主要来自两个方面，一是大量的冷却水(糟化、麦汁冷却、发酵等)，二是大量的洗涤水、冲洗水(各种罐洗涤水、并洗涤水等)。由此可见，啤酒废水的特点是水量大，无毒有害，属高浓度有机废水。表 啤酒废水水质水量第三节 啤酒生产废水水质特征n 啤酒厂生产啤酒过程用水量很大，特别是酿造、罐装工艺过程大量使用新鲜水，相应产生大量废水。啤酒的生产工序较多，不同啤酒厂生产过程中吨酒耗水量和水质相差较大。管理和技术水平较高的啤酒厂耗水量为812t/t，我国啤酒厂的吨酒耗水量一般大于该参数。n国内啤酒从糖化到罐装总耗水10一20m3/t。n 1、类型n酿造啤酒消耗的大量水除一部分转入产品外，绝大部分作为工业废水排入环境。如上所述，啤酒工业废水按其有机物含量可分为以下几类。n (1)冷却水 冷冻机、麦汁和发酵的冷却水等。这类废水基本上未受污染。n (2)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，洗瓶机初期洗涣水、酒罐消毒废液、巴氏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。n n(3)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。工段中将产生麦汁冷却水、装置洗涤水、麦糟、热凝固物和酒花糟。装置洗涤水主要是糖化锅洗涤水、过滤槽和沉淀槽洗涤水。此外，糖化过程还要排出酒花糟、热凝固物等大量悬浮固体。n(4)酒装废水 在灌装酒时，机器的跑冒滴漏时有发生，还经常出现冒酒，使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，“炸瓶”现象时有发生，致使大量啤酒洒散在喷淋水中。为防止生物污染，循环使用喷淋水时需加入防腐剂，因此被更换下来的废喷淋水含防腐剂成分。n(5)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。碱性洗涤剂要定期更换，更换时若直接排入下水道可使啤酒废水呈碱性，因此废碱性洗涤剂应先进入调节、沉淀装置进行单独处理。苦将洗瓶废水的排出液经处理后储存起来用以调节废水的pH值(啤酒废水平时呈弱酸性)，则可以节省污水处理的药剂用量。n2、单位产污量n下表是国内相关厂家的生产情况，经过统计吨酒平均耗水量为17-30m3/t。表 啤酒厂耗水量统计（1983年）n 由上表可以看出厂与厂之间啤酒生产的废水排量差距很大，这与生产工艺及生产管理水平等围康密切相关。同时对于同一个厂不同时间的排水量也有较大差别，这是由于季节不同生产量不同所造成。n下表所列热水和冷水耗用量，是指国内较先进的年产万t啤酒、每日糖化6次的生产厂日耗水量。季节废水流量可能会有波动，一般夏季生产量大于冬季，水量也