1. 研究目的与意义
（1）研究背景
啤酒作为最古老的酒精饮料，是目前世界上继水和茶之后，消耗量排名第三的饮料。对于中国来说，啤酒属于外来酒种，于19世纪末20世纪初传入中国。啤酒由于具有酒花的清香与爽口的苦味，备受消费者喜爱，是世界产量与消费量最大的酒种。随着人民生活水平的日益提高，我国的啤酒工业发展迅速，啤酒产量较过去有了大幅温度提高，已成为世界五大啤酒生产国之一，并且从2002年开始，我国已经跃居世界头号啤酒生产大国。2006年我国啤酒产量达3543.58万千升，2015年达4715.6万千升，10年间平均年涨幅达3.3%，发展势头良好。
啤酒行业属于耗水量较大的行业，不同企业之间由于生产工艺及原料的差异，耗水量相差较大，目前我国大型啤酒企业生产1m3啤酒的耗水量为6～8m3，普通企业耗水量要更加多一些，最高消耗超过15m3。以生产1t啤酒产生10m3废水计算，则啤酒工业排放的废水量每年达4.7×108m3以上，且废水排放量还在随着啤酒工业的发展逐年增加。
2. 研究内容和预期目标
（1）啤酒废水主要来源及特征
①主要来源
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；发酵过程的发酵罐洗涤、过滤洗涤水；罐装过程洗瓶、灭菌及破瓶啤酒；冷却水和成品车间洗涤水；以及来自办公楼、食堂、宿舍和浴室的生活污水 [3]。
②水质特征
从麦芽制备开始，直到成品酒出厂，每一道工序都有酒损产生。酒损率与生产厂的设备先进性、完好性和管理水平有关。酒损率越高，造成的环境污染越严重。先进厂的酒损率约在6%～8%，一般啤酒厂的酒损率在10%～12%。与废水排放量一样，废水的水质在不同季节也有一定差别，尤其是处于高峰流量时的啤酒废水，其有机物含量也处于高峰。按全国平均水平，每制成品酒1t，排出CODCr（化学需氧量：以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量）污染物约25kg，或BOD5污染物15kg，悬浮性固体约15kg。
主要污染指标是COD、BOD、SS和pH值；污染浓度中等，CODCr为1500～2500mg/L；碳源丰富，氮、磷浓度相对较低，有机物中溶解性的碳水化合物所占比例较大；可生化性较好，通常BOD5/CODCr≥0.3 [3]。
（2）常用啤酒废水处理工艺
1）好氧处理工艺
随着污水处理技术的提高，国内外啤酒废水处理技术有了迅速的发展。目前，常采用以生化为主，生化和物化相结合的处理工艺。主要采用的生化处理方法有三种，包括：直接采用好氧处理工艺；水解酸化再加上后续处理工艺；采用UASB反应器（UpflowAnaerobic Sludge Blanket，升流式厌氧污泥床反应器）进行厌氧处理再进行后续好氧处理。
①接触氧化工艺 [16]
20世纪80年代初接触氧化法比活性污泥法有一定优势，所以在啤酒废水的处理上得到了广泛的应用，由于啤酒废水进水CODCr浓度较高，所以一般采用二级接触氧化工艺。下图为北京市环科院在北京某啤酒厂的典型两级接触氧化工艺流程图。
该工艺日处理废水2000m3/d，高峰流量200m3/d，进水水质CODCr为1000mg/L，BOD5为600mg/L，SS为600mg/L；处理后出水水质CODCr≤60mg/L，BOD5≤10mg/L，SS≤30mg/L。
采用接触氧化工艺代替传统的活性污泥法，可以有效防止高糖含量废水易引起污泥膨胀的现象，并且不用投配氮、磷营养。用生物接触氧化法，可以选择的复核范围是1.0～1.5kgBOD5/(m3d)；用鼓风曝气，每去除1kg BOD5约需空气80m3。
②CASS工艺（Cyclic Activated SludgeSystem，周期循环活性污泥法）
安徽某啤酒厂采用CASS工艺处理工程实例 [6]，该厂处理流量3500m3/d。进水通过机械格栅，能有效地分离3mm以上的固体颗粒。然后进入调节池，由于采用好氧处理不需添加任何化学药剂。CASS法反应池的容积一般包括选择区、预反应区和主反应区。水由污水提升泵直接提升到CASS的选择区与回流污泥混合，选择区不曝气相当于活性污泥工艺中的厌氧选择器。在该区内回流污泥中的微生物菌胶团大量吸附废水中的有机物，能迅速降低废水中有机物浓度，并防止污泥膨胀。预反应区采用限制曝气，控制溶解氧在0.5mg/L，使反硝化过程得以进行。主反应区的作用是完成有机物的降解或氨氮的硝化。选择区、预反应区和主反应区的体积比为1:5:20，反应池污泥回流比一般为30%～50%。工艺曝气方式采用鼓风曝气，曝气器选用可变微孔曝气器。
2）水解—好氧工艺 [14]
由于采用水解处理啤酒废水出水水质一般不能满足排放标准，所以一般将水解处理作为预处理工序，用以去除部分有机物和提高废水的可生化性，后续处理可以采用不同的好氧工艺，例如活性污泥法、接触氧化和SBR工艺（SequencingBatch Reactor，序批式间歇活性污泥法）等。
水解酸化池能长期稳定有效地运行，污水经水解酸化后的COD由1100～1200mg/L，降至350mg/L，处理效果如下表所示。
| 项 目 | COD(mg/L) | BOD(mg/L) | SS(mg/L) | pH |
| 原水水质 | 1200 | 1000 | 460 | 7.5 |
| 废水处理后水质 | ≤80 | ≤30 | ≤50 | 7.5 |
| 污水排放一级标准 | 100 | 30 | 60 | 6.9 |
此工艺流程的特点是将好氧工艺中的两级接触氧化工艺简化为一级接触氧化，使能耗大幅度下降。水解反应器利用厌氧反应中的水解酸化阶段，而放弃了停留时间长的甲烷发酵阶段，致使对有机物的去除率，特别是对悬浮物的去除率显著高于相同停留时间的初沉池；由于啤酒废水中大分子、难降解有机物转化为小分子、易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善，使得好氧处理单元的停留时间少于传统工艺；与此同时，悬浮固体物质（包括进水悬浮物和后续好氧处理中的剩余污泥）被水解为可溶性物质，使污泥得到处理。
3）厌氧-好氧联合处理技术
单纯地使用好氧法处理啤酒废水，运行管理费用较高，占地面积大，产生噪声大，除此之外还有设备庞大，冬季保温困难等一系列缺点。因此，将厌氧处理与好氧处理相结合才是合理的选择。
厌氧处理技术是一种有效去除有机污染物并使其矿化的技术，它将有机污染物转变为甲烷和二氧化碳。厌氧技术发展到今天，其早期的一些缺点已经不存在。目前在啤酒废水处理中，应用最广泛的厌氧反应器是UASB、EGSB（Expanded Granular Sludge Bed，膨胀颗粒污泥床厌氧反应器）和IC（Internal Circulation，内循环厌氧反应器）反应器，其中UASB应用最为广泛 [7]。
①UASB CASS工艺 [12]
太原某啤酒厂采用UASB CASS方法处理啤酒废水，该厂处理规模约每天2000多吨，执行地方标准《水污染排放标准》。
处理流程为：啤酒废水通过排水管网到达粗格栅，去除较大的悬浮物质，再用微滤机去除较小的悬浮物质，然后到达调节池对水量和水质进行一个调节，处理后的水到达泵房对污水进行提升，提升后的水到达厌氧反应池，最后再到好氧反应池，最后出水到沉淀池，经过沉淀池的水要经过加氯消毒，才能达到地方排放标准。在厌氧反应过程中要排出沼气，同时在好氧阶段需要鼓风机对生物接触氧化池进行鼓气。UASB 反应池和沉淀池排出的污泥进入集泥井，然后经过污泥浓缩、污泥脱水将污泥处理。
处理效果如下表所示：
| 项 目 | CODCr(mg/L) | BOD5(mg/L) | SS(mg/L) | pH |
| 原水水质 | 1800 | 900 | 460 | 8-10 |
| 废水处理后水质 | ≤100 | ≤30 | ≤70 | 6.5-9.5 |
此工程投资 500 万元，水处理成本0.8元/t。该工艺设备简单、工程造价低、运行成本低、可操作性强、实施简单、废水处理后可达到排放标准，适合啤酒厂废水的处理。
其特点有：①在UASB反应器中大部分有机物被去除，且COD去除率在70％以上，BOD去除率在80％以上，降低了直接进行好氧处理的能耗；其特点有：①在UASB反应器中大部分有机物被去除，且COD去除率在70％以上，BOD去除率在80％以上，降低了直接进行好氧处理的能耗；③好氧池进一步降解UASB反应器出水中残余的有机物；④UASB反应器占地面积小，可节省投资，整套工艺处理效率高，操作简单，运行稳定。
②EGSB 接触氧化工艺 [13]
某啤酒公司废水量随着啤酒的产量上下波动，啤酒旺季时废水量可达4000m3/d以上，淡季时仅有2000m3/d左右。且每日的废水量也有波动，表现为白天打晚间小，一般白天水量为晚间水量的1.5～2.0倍。除此之外，进水水质也有较大波动，其原因是多数车间的废水为间歇性排放，而各车间废水水质差别大。总体上说，该废水属于中等浓度有机废水，其温度高、可生化性好、氨氮和磷偏高、pH值较高且容易酸化。
处理流程如下图：
废水处理后出水水质要求达到《啤酒工业污染物排放标准》（GB19821-2005）的排放标准，其处理进、出水水质见下表。
| 项 目 | CODCr(mg/L) | BOD5(mg/L) | SS(mg/L) | NH4 -N(mg/L) | TP(mg/L) | pH |
| 进水 | 2000～3500 | 1000～1700 | 800～1000 | 25～45 | 10～20 | 8-10 |
| 出水 | 50～70 | 10～15 | 30～50 | 6～9 | 1.5～2.5 | 7.5～8.5 |
| 排放标准 | 80 | 20 | 70 | 15 | 3 | 6～9 |
该系统经过三个月的调试，运行稳定，COD去除率逐步提高，处理后出水水质明显优于《啤酒工业污染物排放标准》（GB19821-2005）的排放标准。
该工艺特点：①采用的厌氧技术是EGSB工艺，EGSB与UASB相比，EGSB具有布水容易、均匀、传质效果好、有机物去除率高、能够在更高的进水浓度和更高的容积负荷下运行的优点；②EGSB装置的高度可以为UASB装置的2倍以上，其占地面积更小；③在EGSB装置中，污泥浓度可提高到20~40kg/m3。有机物主要是在这样的颗粒层中被分解，产生大量的沼气，可回收利用，具有良好的经济效益。
（3）结论
依据设计任务书所给定的数据及出水要求，并结合技术可行性及社会经济性，本设计决定采取厌氧 好氧的处理方式，核心处理方式采用UASB A2/O工艺联合处理。3. 研究的方法与步骤
根据要求可知，所选工艺具有脱氮除磷、去除有机物和悬浮物的功能。首先，对各种工艺进行比较，挑选出最适合处理的处理工艺；其次，对该工艺单体构筑进行设计计算；再次，计算各处理构筑物单体的高程；对总平面的布置绘制总平面图，及高程布置图，绘制各种处理构筑物的单体图和部分部件结构图。
（1）设计步骤：
①收集资料并整理分析；
4. 参考文献
[1] geoffrey s. simate, johncluett, sunny e. iyuke, evans t. musapatika, sehliselo ndlovu, lubinda f.walubita, allex e. alvarez. the treatment of brewery wastewater for reuse:state of the art[j]. desalination, 2011, 273(2-3): 235-247.
[2] han chen, sheng chang, qingbinguo, youngseck hong, ping wu. brewery wastewater treatment using an anaerobicmembrane bioreactor[j]. biochemical engineering journal, 2016, 105: 321-331.
[3] 沈淞涛, 杨顺生, 方发龙, 陈亚平. 啤酒工业废水的来源与水质特点 [j]. 工业安全与环保, 2003(12):3-5.
5. 计划与进度安排
序号起迄日期 工作内容
（1）3月5日-3月16日 完成文献综述和英文翻译；
（2）3月17日-3月30日 完成两套工艺的经济技术比选；
