“經(jīng)過一系列生產(chǎn)性實驗，我們終于從啤酒生產(chǎn)廢水中把適合作為碳源的熱凝固物分離出來，拉到污水處理廠進(jìn)行精準(zhǔn)投放。”青島水務(wù)集團(tuán)工作人員介紹說。
11月2日一大早，兩輛滿載啤酒生產(chǎn)廢水的貨罐車一前一后從青島啤酒二廠駛出，徑直開向青島市李村河污水處理廠。
“把啤酒廢水中的有用物質(zhì)提煉出來后拉到污水處理廠使用，既降低成本也不違背政策。”
“同時，有機(jī)物充分提取后，啤酒生產(chǎn)廢水的有機(jī)物濃度大大下降，只需簡單處理就基本滿足了直排入管網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。”
為什么要向污水廠里“倒啤酒”
啤酒廢水作為外加碳源，降本增效
啤酒生產(chǎn)廢水作為可生化性極好的高濃度有機(jī)廢水，不含有毒有害物質(zhì)，可以作為城市污水處理廠碳源的補(bǔ)充。
但2005出臺的《啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 19821-2005）規(guī)定，啤酒生產(chǎn)廢水必須經(jīng)過預(yù)處理，滿足標(biāo)準(zhǔn)后才能排入城市處理廠。
這不免讓人陷入矛盾。
一方面，上游的啤酒生產(chǎn)企業(yè)為了保證啤酒生產(chǎn)廢水符合排放標(biāo)準(zhǔn)，每年需投入大量資金進(jìn)行預(yù)處理，白白浪費優(yōu)質(zhì)碳源；（注：乙酸類碳源長期使用對設(shè)備和構(gòu)筑物會產(chǎn)生一定腐蝕，而啤酒生產(chǎn)廢水富含有機(jī)物，相對污水廠來說屬于優(yōu)質(zhì)碳源）
另一方面，污水處理廠卻因碳源不足而外購乙酸鈉，運行成本大大增加。
那么，如何才能既不浪費資源又不違反政策呢？
2020年12月21日，生態(tài)環(huán)境部與國家市場監(jiān)督管理總局聯(lián)合發(fā)布了《啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》修改單，標(biāo)志著啤酒生產(chǎn)廢水作為污水處理廠碳源的障礙消除——
“允許啤酒制造企業(yè)與下游污水處理廠通過簽訂具有法律效力的書面合同，共同約定水污染物排放濃度限值，不再受納管排污標(biāo)準(zhǔn)的限制。”
正因如此，2021年5月份青島啤酒的3家工廠，分別與鄰近的3家污水處理廠簽訂了合作協(xié)議。今后，工廠生產(chǎn)的啤酒生產(chǎn)廢水只需進(jìn)行簡單地預(yù)處理，便可按照協(xié)議約定主要污染物濃度限值排入污水管網(wǎng)。
據(jù)青島市生態(tài)環(huán)境局水生態(tài)環(huán)境處一名干部透露，“協(xié)議簽訂后預(yù)計可為3家啤酒廠每年節(jié)約污水處理相關(guān)費用近300萬元，為下游3家污水處理企業(yè)節(jié)約碳源購買成本約600萬元，每年減少碳排放量達(dá)5000噸。”
啤酒廢水作為外加碳源的可行性
與傳統(tǒng)外加碳源效果相當(dāng)，且成本很低
啤酒生產(chǎn)耗水量大，同時會排放出大量的廢水。一般來說，每生產(chǎn)1t啤酒的耗水量為10t～15t，而在我國每生產(chǎn)1t的啤酒的廢水排放量是10t～30t。
啤酒廢水CODcr—般為1000mg/L～2500mg/L，BOD5為700mg/L～1500mg/L，pH值為6.0～8.0，不含有毒有害成分，具有良好的可生化性能等特點。并且由于其具有較高的含碳量，這使得利用啤酒廢水作為污水處理的補(bǔ)充碳源具有了一定的可行性。
市政污水多采用活性污泥法進(jìn)行處理，主要工藝形式有厭氧-缺氧-好氧法（AAO）、序批式活性污泥法（SBR）等。這些工藝處理效果較好，但由于市政污水的C/N低，因此常存在碳源不足的問題。
傳統(tǒng)解決方法為投加乙酸、甲醇或者葡萄糖作為外加碳源，保證系統(tǒng)高效的脫氮除磷效果。但是，這種方法大大增加了污水處理廠的運營成本。
而啤酒廢水中含有大量的有機(jī)物，氮磷濃度低且不含有毒有害物質(zhì)。將啤酒廢水作為外加碳源，既處理了啤酒廢水，又可以省去污水處理廠購置碳源的成本。
有研究者通過向低C/N城市生活污水中投加啤酒廢水，提高可利用碳源的數(shù)量，該方法可顯著提高AAO系統(tǒng)的脫氮除磷效率，且利用率高、無副產(chǎn)物產(chǎn)生。
研究結(jié)果顯示，啤酒廢水較佳投量(以COD計)為70mg/L，此時COD、總氮、氨氮和磷的去除率均較高，依次為94.95%、82.39%、98.25%、72.25%。
值得一提的是，若啤酒廢水投加量過大，將不利于系統(tǒng)的正常運行。因此，在實際運行中，需合理地控制啤酒廢水的投加量，以滿足不同的脫氮除磷要求。
也有研究者以啤酒廢水、甲醇和乙酸鈉作為外加碳源，分別比較了其在SBR法處理污水的過程中的硝化和反硝化特性。結(jié)果表明，碳源量越充足，反硝化效果越好。3種外加碳源中，反硝化速率從高到低依次為乙酸鈉、啤酒廢水、甲醇。
還有研究者以生活污水為研究對象，探究了啤酒廢水、葡萄糖和甲醇3種外加碳源對SBR法處理效果的影響。研究結(jié)果表明，在投加0.125g葡萄糖時，TN的去除率最高，為65%，其次是0.1mL 的甲醇，TN去除率為56%，啤酒廢水效果較差，TN去除率僅為54.8%。
但TP的去除率從高到低依次為啤酒廢水、甲醇和葡萄糖。
不難看出，啤酒廢水作為外加碳源與傳統(tǒng)外加碳源效果相當(dāng)，且啤酒廢水成本很低，完全可以替代傳統(tǒng)的外加碳源。
當(dāng)然，將啤酒廢水作為外加碳源，不僅有利于企業(yè)減排、污水廠降本，還能明顯改善水生態(tài)環(huán)境。
以青島啤酒二廠為例，在廢水濃液運送至污水處理廠作為碳源后，剩余廢水處理完畢的出水水質(zhì)可穩(wěn)定達(dá)到準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，每天可為周邊李村河和張村河實施生態(tài)補(bǔ)水5000立方米。
（圖源/網(wǎng)絡(luò)：李村河公園）
而李村河污水處理廠在實施大規(guī)模擴(kuò)容提標(biāo)改造后，出水水質(zhì)也由原來的一級A標(biāo)準(zhǔn)提升至準(zhǔn)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，每天為李村河和張村河實施生態(tài)補(bǔ)水30萬立方米。
正是有了持續(xù)穩(wěn)定的補(bǔ)充水源，河道的生態(tài)涵養(yǎng)和凈化功能得到很大提升，李村河和張村河從2018年的劣Ⅴ類躍升到2020年的Ⅲ類。
啤酒廢水產(chǎn)量>所需外加碳源量
啤酒廢水資源化的4個方向
啤酒廢水中不含有毒有害物質(zhì)，且有機(jī)物含量高，是一種理想的可進(jìn)行資源回收的廢水。
雖然啤酒廢水作為外加碳源已具有可行性和可操作性，但啤酒廢水的產(chǎn)量遠(yuǎn)大于污水處理廠所需要的外加碳源量，仍然有大量的啤酒廢水得不到利用。
因此，要找到多種高效的啤酒廢水資源化方法。
1、利用啤酒廢水發(fā)酵產(chǎn)氫和甲烷
根據(jù)厭氧發(fā)酵的三階段理論可知，第二階段和第三階段分別為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸段和產(chǎn)甲烷段，因此控制反應(yīng)條件使厭氧發(fā)酵維持在特定階段，就可以獲得大量的氫氣或者甲烷。氫氣和甲烷可以用來燃燒發(fā)電，實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。
目前，已有污水處理廠采用這種方式實現(xiàn)能源的自給自足并且有能量富余。但要注意的是，厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷或氫氣需要嚴(yán)格控制pH和溫度，后續(xù)氣體的收集和儲存對相關(guān)設(shè)備的要求也較為嚴(yán)格。
2、利用啤酒廢水培養(yǎng)光合細(xì)菌
在污水處理中，光合細(xì)菌可以利用廢水中的有機(jī)物、氮和磷進(jìn)行生長與繁殖。其含有大量具有高附加值的產(chǎn)品，如單細(xì)胞蛋白、類胡蘿卜素、輔酶Q等，這些產(chǎn)品都可以被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、化妝品行業(yè)以及醫(yī)療行業(yè)中。
需要說明的是，利用光合細(xì)菌對啤酒廢水處理的同時進(jìn)行光合細(xì)菌的培養(yǎng)繁殖，成功實現(xiàn)了啤酒廢水的資源化利用。
但光合細(xì)菌處理啤酒廢水的水力停留時間長，即實際應(yīng)用時構(gòu)筑物占地面積較大，基建費用高。同時，光合細(xì)菌處理啤酒廢水對環(huán)境條件的要求較為嚴(yán)格，工藝操作較為煩瑣。
3、啤酒廢水培養(yǎng)微藻
微藻對環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，繁殖速度快，同時其具有較高的含油率。藻類油脂可以用來加工成生物柴油。
目前使用啤酒廢水培養(yǎng)的微藻種類主要有螺旋藻和小球藻。雖然微藻處理系統(tǒng)能夠在凈化啤酒廢水的同時實現(xiàn)資源的回收利用，但是廢水處理效率較低。
4、利用啤酒廢水生產(chǎn)可降解生物塑料
聚羥基脂肪酸酯是由微生物在外界營養(yǎng)條件不均衡時作為細(xì)胞內(nèi)儲能物質(zhì)而產(chǎn)生的一種聚酯，其物理化學(xué)性質(zhì)和傳統(tǒng)的石化塑料相似，被稱為可降解生物塑料。
研究表明，與石化塑料相比，每生產(chǎn)1kg聚羥基脂肪酸酯，平均可減少2kg二氧化碳排放量并節(jié)約30 MJ石化資源。
傳統(tǒng)聚羥基脂肪酸酯生產(chǎn)采用純菌和單一底物進(jìn)行發(fā)酵，成本高昂，因此采用混合菌，以廢水為底物發(fā)酵生產(chǎn)聚羥基脂肪酸酯。啤酒廢水COD含量高，可生化性良好，是生產(chǎn)聚羥基脂肪酸酯的良好底物。
來源：經(jīng)濟(jì)日報
