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靠“喝啤酒”省下600万!污水厂补充碳源的路子原来这么野?

2021/12/17 16:35:32 来源:环保水圈 作者: 阅读数:2265次

“经过一系列生产性实验,我们终于从啤酒生产废水中把适合作为碳源的热凝固物分离出来,拉到污水处理厂进行精准投放。”青岛水务集团工作人员介绍说。

11月2日一大早,两辆满载啤酒生产废水的货罐车一前一后从青岛啤酒二厂驶出,径直开向青岛市李村河污水处理厂。

“把啤酒废水中的有用物质提炼出来后拉到污水处理厂使用,既降低成本也不违背政策。”

“同时,有机物充分提取后,啤酒生产废水的有机物浓度大大下降,只需简单处理就基本满足了直排入管网的标准。”

 

1、为什么要向污水厂里“倒啤酒”

啤酒废水作为外加碳源,降本增效

啤酒生产废水作为可生化性极好的高浓度有机废水,不含有毒有害物质,可以作为城市污水处理厂碳源的补充。

2005出台的《啤酒工业污染物排放标准》(GB 19821-2005)规定,啤酒生产废水必须经过预处理,满足标准后才能排入城市处理厂。

这不免让人陷入矛盾。

一方面,上游的啤酒生产企业为了保证啤酒生产废水符合排放标准,每年需投入大量资金进行预处理,白白浪费优质碳源;(注:乙酸类碳源长期使用对设备和构筑物会产生一定腐蚀,而啤酒生产废水富含有机物,相对污水厂来说属于优质碳源)

另一方面,污水处理厂却因碳源不足而外购乙酸钠,运行成本大大增加。

那么,如何才能既不浪费资源又不违反政策呢?

2020年12月21日,生态环境部与国家市场监督管理总局联合发布了《啤酒工业污染物排放标准》修改单,标志着啤酒生产废水作为污水处理厂碳源的障碍消除——

“允许啤酒制造企业与下游污水处理厂通过签订具有法律效力的书面合同,共同约定水污染物排放浓度限值,不再受纳管排污标准的限制。”

正因如此,2021年5月份青岛啤酒的3家工厂,分别与邻近的3家污水处理厂签订了合作协议。今后,工厂生产的啤酒生产废水只需进行简单地预处理,便可按照协议约定主要污染物浓度限值排入污水管网。

据青岛市生态环境局水生态环境处一名干部透露,“协议签订后预计可为3家啤酒厂每年节约污水处理相关费用近300万元,为下游3家污水处理企业节约碳源购买成本约600万元,每年减少碳排放量达5000吨。”

 

2、啤酒废水作为外加碳源的可行性

与传统外加碳源效果相当,且成本很低

啤酒生产耗水量大,同时会排放出大量的废水。一般来说,每生产1t啤酒的耗水量为10t~15t,而在我国每生产1t的啤酒的废水排放量是10t~30t。

啤酒废水CODcr—般为1000mg/L~2500mg/L,BOD5为700mg/L~1500mg/L,pH值为6.0~8.0,不含有毒有害成分,具有良好的可生化性能等特点。并且由于其具有较高的含碳量,这使得利用啤酒废水作为污水处理的补充碳源具有了一定的可行性。

市政污水多采用活性污泥法进行处理,主要工艺形式有厌氧-缺氧-好氧法(AAO)、序批式活性污泥法(SBR)等。这些工艺处理效果较好,但由于市政污水的C/N低,因此常存在碳源不足的问题。

传统解决方法为投加乙酸、甲醇或者葡萄糖作为外加碳源,保证系统高效的脱氮除磷效果。但是,这种方法大大增加了污水处理厂的运营成本。

而啤酒废水中含有大量的有机物,氮磷浓度低且不含有毒有害物质。将啤酒废水作为外加碳源,既处理了啤酒废水,又可以省去污水处理厂购置碳源的成本。

有研究者通过向低C/N城市生活污水中投加啤酒废水,提高可利用碳源的数量,该方法可显著提高AAO系统的脱氮除磷效率,且利用率高、无副产物产生。

研究结果显示,啤酒废水较佳投量(以COD计)为70mg/L,此时COD、总氮、氨氮和磷的去除率均较高,依次为94.95%、82.39%、98.25%、72.25%。

值得一提的是,若啤酒废水投加量过大,将不利于系统的正常运行。因此,在实际运行中,需合理地控制啤酒废水的投加量,以满足不同的脱氮除磷要求。

也有研究者以啤酒废水、甲醇和乙酸钠作为外加碳源,分别比较了其在SBR法处理污水的过程中的硝化和反硝化特性。结果表明,碳源量越充足,反硝化效果越好。3种外加碳源中,反硝化速率从高到低依次为乙酸钠、啤酒废水、甲醇。

还有研究者以生活污水为研究对象,探究了啤酒废水、葡萄糖和甲醇3种外加碳源对SBR法处理效果的影响。研究结果表明,在投加0.125g葡萄糖时,TN的去除率最高为65%,其次是0.1mL 的甲醇,TN去除率为56%,啤酒废水效果较差,TN去除率仅为54.8%。

       但TP的去除率从高到低依次为啤酒废水、甲醇和葡萄糖。

不难看出,啤酒废水作为外加碳源与传统外加碳源效果相当,且啤酒废水成本很低,完全可以替代传统的外加碳源。

当然,将啤酒废水作为外加碳源,不仅有利于企业减排、污水厂降本,还能明显改善水生态环境。

以青岛啤酒二厂为例,在废水浓液运送至污水处理厂作为碳源后,剩余废水处理完毕的出水水质可稳定达到准Ⅳ类标准,每天可为周边李村河和张村河实施生态补水5000立方米。

而李村河污水处理厂在实施大规模扩容提标改造后,出水水质也由原来的一级A标准提升至准Ⅳ类标准,每天为李村河和张村河实施生态补水30万立方米。

正是有了持续稳定的补充水源,河道的生态涵养和净化功能得到很大提升,李村河和张村河从2018年的劣Ⅴ类跃升到2020年的Ⅲ类。

 

3、啤酒废水产量>所需外加碳源量

啤酒废水资源化的4个方向

啤酒废水中不含有毒有害物质,且有机物含量高,是一种理想的可进行资源回收的废水。

虽然啤酒废水作为外加碳源已具有可行性和可操作性,但啤酒废水的产量远大于污水处理厂所需要的外加碳源量,仍然有大量的啤酒废水得不到利用。

因此,要找到多种高效的啤酒废水资源化方法。

1利用啤酒废水发酵产氢和甲烷

根据厌氧发酵的三阶段理论可知,第二阶段和第三阶段分别为产氢产乙酸段和产甲烷段,因此控制反应条件使厌氧发酵维持在特定阶段,就可以获得大量的氢气或者甲烷。氢气和甲烷可以用来燃烧发电,实现热电联产。

目前,已有污水处理厂采用这种方式实现能源的自给自足并且有能量富余。但要注意的是,厌氧发酵产甲烷或氢气需要严格控制pH和温度,后续气体的收集和储存对相关设备的要求也较为严格。

2利用啤酒废水培养光合细菌

在污水处理中,光合细菌可以利用废水中的有机物、氮和磷进行生长与繁殖。其含有大量具有高附加值的产品,如单细胞蛋白、类胡萝卜素、辅酶Q等,这些产品都可以被应用于农业、化妆品行业以及医疗行业中。

需要说明的是,利用光合细菌对啤酒废水处理的同时进行光合细菌的培养繁殖,成功实现了啤酒废水的资源化利用。

但光合细菌处理啤酒废水的水力停留时间长,即实际应用时构筑物占地面积较大,基建费用高。同时,光合细菌处理啤酒废水对环境条件的要求较为严格,工艺操作较为烦琐。

3啤酒废水培养微藻

微藻对环境的适应能力强,繁殖速度快,同时其具有较高的含油率。藻类油脂可以用来加工成生物柴油。

目前使用啤酒废水培养的微藻种类主要有螺旋藻和小球藻。虽然微藻处理系统能够在净化啤酒废水的同时实现资源的回收利用,但是废水处理效率较低。

4利用啤酒废水生产可降解生物塑料

聚羟基脂肪酸酯是由微生物在外界营养条件不均衡时作为细胞内储能物质而产生的一种聚酯,其物理化学性质和传统的石化塑料相似,被称为可降解生物塑料。

研究表明,与石化塑料相比,每生产1kg聚羟基脂肪酸酯,平均可减少2kg二氧化碳排放量并节约30 MJ石化资源。

传统聚羟基脂肪酸酯生产采用纯菌和单一底物进行发酵,成本高昂,因此采用混合菌,以废水为底物发酵生产聚羟基脂肪酸酯。啤酒废水COD含量高,可生化性良好,是生产聚羟基脂肪酸酯的良好底物。




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