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COD在处理酿酒厂过程用水中的应用
点击次数:730 发布时间:2015-12-30
COD在处理酿酒厂过程用水中的应用

就一个典型的酿酒厂而言,生产每一桶啤酒需要消耗 8~10 桶水。位于美国科罗拉多柯林斯堡的新比利时酿酒公司每生产一桶啤酒只需要消耗约 4 桶水,主要是由于在整个公司范围内号召资源再利用,其中包括在线过程水处理以及水的重复利用项目。

新比利时酿酒公司是国内第五大酿酒公司,在 2004 年该厂生产了 320000 多桶啤酒,其中包括其品牌――Fat Tire Amber Ale。公司致力于处在能够满足高标准环境要求的技术前沿,将资源和能源的消耗小化,循环利用化。

除了水的重复利用项目,该公司还利用酿酒厂的过程水处理工艺中产生的甲烷为燃料进行发电。目前该发电机组的供电每天能够满足该酿酒厂主楼 7 小时的用电。这有效的抵消了当地电网高峰用电的费用,同时也有效地减少了酿酒厂向当地供电系统购电的费用。1999 年,其二氧化碳的排放量削减了约1800吨。

污水处理工艺

新比利时酿酒公司在2002年开始对使用后的过程水进行处理,目的是减少排放到市政废水收集系统的废水量,同时通过水的回用,从而进一步减少生产每桶啤酒的用水量。当前的处理设施(现在正在扩建)的处理能力是 80000 加仑/天。2004年其日平均流量为 58274加仑,年总出水量约为20000000加仑。

该污水处理工艺使用的是德国系统供货商提供的处理装置,包括一个三级厌氧消解池,一个好氧池,一个生物滤池和一个曝气池。污水首先经过厌氧处理然后进入好氧处理工艺,经过厌氧过程能去除约80%的COD,剩余的COD去除由好氧过程来完成。

高有机负荷

在所有的酿酒厂中,出水中大部分的有机物质来自于麦芽汁的提取过程、副产品中麦芽汁的残留物以及后续处理中损失的麦芽汁和啤酒。发酵过程中产生的自溶酵母也是造成过程水出水中有机负荷较高的重要因素。经过厌氧分解过程,麦芽汁和酵母中的细菌被降解成单糖和淀粉,并终转换成甲烷气体。
过程水的出水有机负荷较高,主要是由于酿酒厂在生产过程中水的消耗量较低。典型的酿酒厂过程水出水的平均 BOD 值低于 3000mg/L,而新比利时酿酒公司的过程水出水BOD平均值达到7500mg/L。

COD监测的重要性

尽管高有机负荷对于厌氧处理过程以及后续的沼气的产生非常有利,但仍然需要进行连续的水质分析,从而对整个处理过程进行监测,同时对处理过程加以控制。在线监测的主要目的是以固定的间隔测量化学需氧量和其它参数,为量化污水浓度的变化提供了一种方式,有助于积极控制过程水处理以及将污染物降到少。

进入污水处理工艺的过程水的水质和水量都会有显著的波动,主要取决于酿酒厂内不同的工艺过程。由于五天生化需氧量的测定时间过长,不能为过程控制提供及时的信息,污水厂内的实验室就采用对整个酿酒厂的出水定期进行COD分析。由于COD测试结果只需两个小时即可获得,可以对酿酒厂进水和出水的负荷提供更及时的分析结果,能及时的了解水厂的处理效率,从而实现优化的过程控制。

两小时的COD测试

对于定期进行的COD测试,酿酒厂采用微回流法,利用美国哈希公司提供的COD 消解装置。预制的试剂装在一个 16mm 的玻璃管中,可以直接放入COD反应器和分光光度计中。在酿酒厂中,COD的测试是一种非常直接的测试过程。当2毫升的样品加入样品瓶后,样品瓶盖好盖子后放置到反应器中,在150℃下消解2个小时。当样品瓶冷却后将样品瓶放入分光光度计,读数可以直接从分光光度计读取。该实验室使用HACH的DR2500分光光度计,该分光光度计可以存储 COD 和其它常用的测试程序。

收集到一段时间的 COD 和 BOD 数据之后,用BOD的平均值除以COD的平均值得到一个比值,或换算因子。用 COD 的结果乘以这个换算因子就可以估算出 BOD 的浓度值。对于同一个样品而言,COD值通常都会高于BOD的值,因此换算因子通常都小于1。

除了对过程水的出水定期进行 COD 监测,酿酒厂也会在其啤酒厂内定期用 COD 微回流法进行工艺过程控制。例如,酿酒厂近期做了一个麦芽汁回收测试以确定提取的容积和倒掉的谷物中实际损失的糖份。啤酒酿造者想确认他们是否倒掉了多余的糖份,或者回收麦芽汁是否值得。对于麦芽汁进行的一系列 COD 测试确定了残留食品的真实浓度。基于这项测试,现在酿酒厂开始在酿酒过程中回收这类物质。

当前的扩建工程

新比利时酿酒公司目前正在扩建其过程水处理厂,包括扩大好氧处理和厌氧处理的能力。同时在厌氧反应池前面增加了储水池。产生的甲烷气体量由于进入反应池的出水体积不同而有所变化,以前甲烷气体量主要取决于啤酒的产量。新的储水池主要用于平衡进入消解器的流量,从而使得沼气的产量更高、更稳定。相应地,这又使得在线发电厂能够运行更长的时间,从而进一步降低了酿酒厂的能耗。此外,该厂还安装了一个反渗透装置,进一步净化终出水。

进入过程水处理厂的 BOD 平均值为7500mg/L, 出水的BOD值则不到25mg/L,该污水厂出水可用做非饮用水,如蒸汽冷凝、清扫用水或园艺用水等。2004年,整个水厂的COD和BOD去除率分别达到98%和99.8%。

节约、处理和循环利用

将节约用水、进行水处理和水的循环利用结合起来,使得新比利时酿酒公司的用水量大大降低。同时也削减了排放到当地市政水处理系统的高有机负荷,这一点已经通过准确的COD分析得到了证实。此外,通过使用甲烷气体做燃料进行发电也大大降低了酿酒厂运行所需购买的电量。
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