1、 某啤酒廢水處理工藝設計摘要啤酒生產過程中常常會產生大量的固體廢棄物和廢水，為了達到政府規定的排放標準，這些固體廢棄物和廢水要經過處理后才能排放。初步估計，每生產1L啤酒需要310L水，這些水主要用于浸泡、釀造、水洗和冷卻過程。啤酒廢水富含有機物和固體懸浮物，若直接排入自然水體會對自然環境造成潛在且嚴峻的環境危害。在環境問題越來越重視的今天，治理好啤酒廢水使其達標排放對啤酒行業健康、可持續發展至關重要。啤酒廢水BOD/CODcr約為0.5，可生化性較好。國內外對中高濃度啤酒廢水處理工藝做了大量研究和實踐應用，每種工藝都有可取之處。本設計是對一個水量為3800m3/d的啤酒廢水進行處理。通過對某

2、啤酒廠產生的廢水水質、水量和場地研究分析以及從技術角度和經濟角度分析比較，本論文采用上流式厭氧污泥（UASB)和循環式活性污泥系統（CASS）聯合工藝來處理該啤酒廠廢水。此外，本論文對該工程項目概預算進行了分析討論。關鍵詞：啤酒廢水，上流式厭氧污泥床，循環式活性污泥系統，概預算 啤酒廠廢水的再利用技術發展現狀摘要啤酒釀造過程常常會產生大量的廢水和固體廢棄物，為了達到政府規定的排放標準，這些廢水和固體廢料需要用最經濟和最安全的法處理后才能排放。初步估計，釀造1升啤酒需用10升水，這些水主要用于釀造、水洗和冷卻過程。如此大量的水須安全處理后進行循環利用，但循環利用廢水對于大多數啤酒企業來說費用昂貴

3、，大多數啤酒廠都面臨問題。因此，許多啤酒現在在尋找：(1)可以減少水在啤酒釀造過程中使用的法，(2)意味著成本效益和安全處置的啤酒廢水回用。基于可用的文獻，本文提供了一個檢視及評估當前啤酒廢水處理流程包括潛在的可回用的程序。啤酒廠污水處理和回用的主要挑戰也會在本文討論，包括對未來發展的建議。 2011 Elsevier B.V. 版權所有.1. 背景介紹 釀造工業每年要排放大量高污染廢水1、2，但它是每個國家經濟部門的重要組成部分3、4。啤酒是繼茶、碳酸飲料、牛奶、咖啡之后世界上第五大消費飲料3。啤酒釀造包括兩個主要步驟即釀造和產品包裝5。這些步驟產生的副產品(混合谷物，剩余酵母等)與廢水混合

4、后造成了污染5。此外，清潔大容器、瓶子、機器和地板也會產生大量的污水5。據估計，每生產1升啤酒，生成3 - 10 L廢水，根據生產和具體用水量而不同1、3、6。換句話說，啤酒釀造過程中會消耗大量的水。 因為大量的用水，啤酒行業每年排放大量高污染廢水1，2。廢水在單個流程步驟中是可變的，例如，洗瓶會產生大量廢水，但在釀酒過程中它只包含有機物排放總量的一小部分。發酵和過濾廢水富含有機物/生化需氧量(BOD)，但產量普遍偏低，約占廢水總量的3%，生化需氧量（BOD）占總量的97%7。 啤酒污水會通過以下幾種方式排放8、9 ：(1)直接排入水道(海洋、河流、溪流或者湖泊)，(2)直接排入市政污水管道系

5、統，(3)經過一些預處理排入水道或市政污水管道系統，(4)排入啤酒廠的廢水處理廠。未經處理(或部分治理)的啤酒廢水進入水體會對水體造成潛在且嚴峻的污染問題，因為這些廢水含有好氧降解的有機化合物10。如果有機物含量高的水流入河流，就會使河里的細菌氧化有機物消耗氧的速度超過空氣中氧溶解在水里的速度。隨著法規越來越嚴格和水成本增加，目前循環用水的呼聲獲得了越來越多的支持。 關于啤酒廢水處理有很多論文做過研究，如Fillaudeau 等3。查閱文獻表明，只有在最近幾年里的文獻研究可用在水處理方面。必須指出的是，由于公眾的認知不深和可能使啤酒質量惡化，廢水回用并不是常見選擇11。然而，水資源短缺已經成為

6、一個嚴重的全球問題和環境問題，未來不可避免要回用啤酒廢水，在大多數永久干旱的非洲撒哈拉沙漠以南地區水資源尤其珍貴，因此必須認真地保護每一滴水。 在這篇論文中，對可以用于處理啤酒廢水回用的兩個潛在應用進行了綜述：(a)原生水用于生產啤酒，(b)不接觸啤酒的二級水，如公用冷卻水、包裝過程中使用的水和一般的清潔水。一旦技術提高和關于使用再生水的觀念改變，啤酒與水的比率可能會減少到1/2的比例。與啤酒廢水回用(或循環)相關的難題在論文中也進行了討論。 其他文獻中已研究很多處理、恢復各種啤酒副產品(如谷物，啤酒花，盈余酵母，硅藻土污泥，殘渣和廢標簽)的應用3、6、8、12 - 14，因此本文不予以討論。

7、本文的組織結構如下：首先提出了立法的背景和環境管理系統，之后連續的提出了啤酒廢水預處理和處理法。然后討論難題和未來前景，最后提供一個概要總結全文。2. 立法和環境管理系統 釀酒行業同其他行業一樣，要遵守許多政府法規。在生產、分配、標簽、廣告、交易和定價行為、信貸、容器特點、酒精含量等方面有相關規章制度9。政府征收法定費用和其他類似的費用等各種稅，可能需要債券以確保企業遵守法律和法規。現在民眾對管理環境問題越來越感興趣。民眾有了解社會上重要環境影響的需要，然后將各級環境管理聯系起來考慮相關的優點和缺點15。這意味著釀酒行業也必須遵守許多環境保護法律。對釀酒行業高要求顯示了環境保護意識的提高和可持

8、續生產流程的需要16。大多數國家政府簽署并批準了京都議定書，旨在減少溫室氣體排放17。通過環境管理體系(EMS)，比如：（1）ISO 14001，(2)生態管理和審計計劃(復合)，(3)國際安全評級系統(ISRS)，啤酒廠應該積極主動的治理它們對環境的影響。環境管理體系(EMS)應該幫助啤酒廠有效且高效的管理當前和未來的環境影響。國際金融公司(IFC)也有啤酒廠環境、健康和安全(EHS)指南18。3. 傳統的啤酒廢水預處理方法 啤酒廢水中含有很多高化學需氧量（COD）的有機組分（糖、可溶性淀粉、乙醇、揮發性脂肪酸等）9。由于清洗和消毒過程中使用的化學品數量和類型（氫氧化鈉、磷酸、硝酸等等）的影

9、響，廢水中的ph一般在2129、16、19。氯化物具有消毒的化學性質，保證釀造行業和公共消費啤酒表層不受到有害微生物的侵害。氮、磷含量主要取決于原料的處理和廢水中酵母的數量9、16、19。表1是印度聯合啤酒廠啤酒廢水的物理化學特征20。表1 是印度聯合啤酒廠啤酒廢水的物理化學特征啤酒廢水的特點取決于以表1中提及的數值大的參數21。大多數大型啤酒廠需要某種程度的廢水預處理。在啤酒廢水不排放到市政下水道的情況下，需要對污水進行初級和二級處理。如果污水經過預處理后滿足市政排放規定或降低了市政污水處理廠的負荷，啤酒廢水則允許排入市政下水道。污水排放費用由廢水體積、懸浮物和有機負荷等決定，由此政府鼓勵啤

10、酒廠安裝自己的污水處理設備。預處理是為了改變給水的物理、化學以及生物的性質22，從而提高上游操作的性能。預處理有物理、化學、生物法或這些方法的組合。表2列出每個類別包括的單元操作，在斯佩爾曼標準指南（為廢水運營商設置）查詢到的傳統廢水處理過程的詳細概要23。表3概括了各種廢水處理流程一般的優缺點24。這些特征(表3)通常與建筑成本和簡化操作有關。一般廢水越多污水處理技術就越復雜，成本越高。水資源管理和廢水處置在啤酒行業被認為是重要的成本因素和啤酒工廠操作的重要方面25、26。3.1. 物理法 表2 污水處理各單元工藝過程預處理法中常用的是物理法去除污染物。物理法能去除難溶的固體物質，而不能去除

11、溶解性污染物。它可能是一個被動的過程，如沉淀可以讓懸浮污染物自然沉淀或浮在水面上。這些物理法都取得了一定的效果，但常常導致污染物去除或分離不徹底，即使加入混凝劑或其他添加劑沉降效果也不好27。3.2 化學法不同化合物加入到廢水中以改變啤酒廢水的性質22。化學預處理包括調節ph、混凝、絮凝。廢水的酸堿度會對污水處理和環境造成影響。為了確保生物量，廢水ph需要保持在6到9之間。廢二氧化碳可用于中和來自CIP系統和洗瓶器的堿性廢水28。廢二氧化碳也可以作為一種廉價的酸化劑降低厭氧反應器內堿性廢水pH值，從而取代傳統使用酸20。不推薦用硫酸和鹽酸來進行中和反應，因為它們有腐蝕作用，硫酸鹽和氯化物也有排

12、放限制29，這會增加廢水處理的運行成本20。混凝和絮凝常用于去除廢水中膠體物質和顏色。在廢水處理中，混凝是通過絮結劑使顆粒不穩定，因布朗運動使顆粒形成了小團聚體。在隨后的絮凝過程中，小的團聚體形成了更大的聚集體30。在小顆粒形成大的聚集體后，膠體物質通過物理分離的法（沉降、浮選、過濾）便可更輕易的去除。3.3. 生物法在廢水處理過程中，生物處理過程發揮了重要作用。生物處理是基于活性微生物把廢水中可生物降解的有機污染物進行轉換。啤酒廠常常使用生物處理法來處理含有高有機物廢水的化學污染物和微生物污染物。啤酒廢水需要經過物理和化學預處理后才能再進行生物處理。相比于物理和化學法，生物法有三個優點32：

13、(1)處理技術成熟，(2)COD和BOD去除效率高，去除率在80%到90%，(3)投資成本低。盡管生物處理是一種有效的處理技術，但它具有高能耗的缺點33。廢水的生物處理可以是好氧(有空氣、氧氣供應)或厭氧(沒有氧氣)9。好氧和厭氧過程如圖1所示34。這些過程會在后續章節中討論更多細節。一般處理啤酒廢水選擇好氧處理，但厭氧處理也越來越受到關注9。表4給出了厭氧與好氧生物處理系統的一般比較，如活性污泥。 3.3.1. 好氧處理廢水中降解有機物質的好氧微生物（主要是細菌）在氧氣的參與下完成好氧生物處理過程，從而生產更多的微生物和無機產物(主要是二氧化碳、氨和水)。好氧處理利用微生物將非沉降性固體顆粒

14、轉化為沉降性固體的生物處理過程。沉降包含沉降性固體沉淀和分離。包括三種選擇：表3 各種廢水處理流程的優缺點（1）活性污泥法：在活性污泥法中污水流入一個有曝氣和攪拌功能的污水池，池內有準備好的活性污泥。復雜的混合物中含有細菌、真菌、原生動物和其他微生物統稱為生物質能。在這個過程中， 曝氣池內的懸浮好氧微生物被曝氣設備充分攪拌混合，同時為生物懸浮物提供氧氣。（2）附著生長(生物膜)法：第二種類型的好氧生物處理系統稱為“附著生長(生物膜)法”，微生物固定在固體表面上。這種“附著生長”好氧生物處理過程創造了一個支持微生物的生長環境，微生物通常附著在固體材料上。（3）滴濾池：在滴濾池中，廢水噴灑在鋪滿粗

15、糙固體（如沙礫、碎石或者塑料）的滴濾床上，并以“滲透”的方式通過布滿了微生物的填料。圖1 好氧和厭氧過程表4 厭氧與好氧生物處理系統的比較（4）生物過濾塔：生物過濾塔是滴濾過程的一種改進工藝，也稱為稱為生物塔。生物塔內充滿了塑料或紅木填料，微生物在填料上增長繁殖。 （5）生物轉盤：生物轉盤是由一連串的塑料圓盤連接到一個共同的軸上構成的。 （6）氧化塘：這些都是緩慢、便宜、相對效率低，但可處理各種類型的廢水。這些塘依靠陽光、藻類、微生物和氧(有時充氣)的相互作用來處理廢水。 （7）污泥處理和處置：好氧處理系統如活性污泥系統產生相對大量的需要處理的污泥。污泥可以通過離心分離、真空過濾、或壓力過濾器

16、等法進行脫水處理。 3.3.2 厭氧處理厭氧廢水處理是廢水在沒有空氣或氧元素的情況下進行生物處理。厭氧處理的特點是厭氧微生物將有機物轉化為沼氣，它可以用作燃料，其主要成分是55% - 75%的甲烷，25%-40% 的二氧化碳還有微量的硫化氫35。在啤酒廠，鍋爐直接利用沼氣是首選的解決方案。其原因是沼氣處理的綜合供電供熱單位（CHP）需要更高的投資成本36。在化石燃料儲備減少的背景下，厭氧廢水處理使得啤酒更加獨立于外部燃料供應。此外，它還會有助于釀酒工藝可持續發展。（1）上流式厭氧污泥床（UASB）：上流式厭氧污泥床是最受歡迎的厭氧工藝之一。在UASB反應器中，廢水從底部進入垂直罐。廢水向上通過

17、密集的厭氧污泥床，污泥中的微生物與廢水底物接觸34。污泥是顆粒狀(1 - 4毫米)擁有良好的沉降性(沉降速度超過50 m/h)。溶液中的有機物質被微生物吸收，釋放沼氣。隨著沼氣的上升，它會帶走微生物層的一些顆粒。UASB反應器的頂部是三相分離器，在這里沼氣和廢水中生物量分離16。三相分離器是也被稱為氣-液-固分離器34。Fig. 2顯示了UASB過程的圖解說明34。圖2 UASB反應過程圖解（2）流化床反應器(FBR)：在流化床反應器中，廢水反應器的底部流入，并留經填料（通常是沙子或活性炭)，填料表面繁殖了大量活躍的細菌。填料提供了生物膜的增長空間。向上流動的廢水流進容器使得這些填料呈“流體狀

18、”，密度最低的粒子(含生物量最高)移動到頂部。4.啤酒廢水的回用處理生物預處理后排放的廢水可以進一步處理。本節中研究了多種可以用于啤酒廢水回用處理的方法。回收再生釀造水被認為是不合適的，回用水必須符合飲用水標準1。表5顯示了沖洗，冷卻和飲用水最高標準1。在表5的參數中，回收水最重要、最需要測量的參數是化學需氧量（COD）1、37。COD是被測樣品中被強氧化劑氧化的有機物的氧當量的測量值38。COD是指示水中有機物含量參數39。廢水COD值 表示了廢水中可生物降解和不可降解的有機成分(圖3)，雖然在某些情況下無機化合物可能會產生干擾37。其BOD / COD比值在0.6-0.7范圍的啤酒廢水易于

19、生物降解19、20、36。啤酒廢水中的有機成分(用COD表示)由糖、可溶性淀粉、乙醇、揮發性脂肪酸等組成1，36。表5 沖洗水，冷卻水和飲用水標準 圖3 廢水中可生物降解和不可降解的有機成分4.1膜過濾滲透膜的分離作用在環境和化工工藝中引起了廣泛的關注40，42。過濾技術被認為是飲用水和廢水處理應用中不可分割的一部分43。，根據膜的有效孔隙大小即去除雜質的大小膜過濾可分為四類。按照孔徑由大到小，它們是：微濾、超濾、納濾、反滲透。表6總結了這些過程的基本特性，如孔徑大小和操作壓力30。表6中列出的特征并不詳盡，不同的范圍可能是在別的地方引用過來。表6 各種膜工藝的基本特性圖4展示了膜過濾兩種形式

20、，即終端過濾和錯流過濾。在終端過濾過程中，所有的水流經膜(滲透作用)，太大的雜質不能通過膜孔積聚在過濾模塊。錯流過濾，水平行于膜表面流動，只有一部分能通過膜，殘留的雜質留在正常循環的滯留物中。圖4膜過濾兩種形式：終端過濾和錯流過濾膜也可根據它們的構造材料分類34。用于制造薄膜過濾器的材料有很多種，例如，陶瓷和聚合物30，44。很多高分子材料可用于制造膜，如醋酸纖維素、聚酰胺、聚丙烯、聚砜34。陶瓷膜通常是由金屬氧化物制造的，如氧化鋁使用某種形式的溶膠-凝膠過程。在廢水處理中，使用納濾、反滲透工藝去除有機物、鹽的技術已經成熟45。納濾(NF)是一個相對較新的膜過濾工藝，通常處理總溶解固體含量低的

21、水如地表水和淡水，目的是軟化(除多價陽離子)和去除消毒副產物，如天然有機物質和合成有機物質46，膜的孔隙大小約1納米。納米過濾膜(就像其他膜)由截留分子量(MWCO)來規定的，而不是一般意義上的孔隙大小。MWCO是膜對已知微粒大小的截留特性的表達44。膜的MWCO可以定義為阻止90%以上的物質的相對分子質量47。換句話說，MWCO是孔隙大小的一種屬性，并與攔截一定質量的球形溶解物有關(48)。“名義上”這個詞使用的原因是微粒的形狀和電荷將影響其通過膜的遷移率44。MWCO通常少于1000單位原子質量(道爾頓)。納濾（NF）是一種錯流過濾技術，是介于超濾(UF)和反滲透(RO)之間(表6)。這些

22、膜能夠去除粒徑低于100納米的粒子。此外，橫跨膜的壓力(穿過膜的壓力)要求(3 MPa)遠遠低于反滲透，大大降低了運行成本。Braeken1嘗試使用納濾處理啤酒廢水。這項研究表明，用納濾去除COD、Na+和Cl平均去除率分別為100%、55% 和70%。廢水處理在生物學意義上是可行的，而其他三種廢水(洗瓶水，洗庫水，和沖洗釀造室的水)是不適合使用納濾工藝進行回收。這些結果清楚地表明預處理過程的重要性。納濾對污水處理至關重要，但污染物是其主要的限制。混凝、絮凝可以用來提高納濾性能朝著有助于廢水的回用和污染最小化的方向進行49。因為混凝、絮凝降低了雜質的濃度，從而提高沉降后的滲透量。如前面提到的，

23、反滲透（RO）通常用于去除廢水中有機物、鹽45。RO是液液分離最有效的膜工藝，與任何其他形式壓力驅動的膜工藝相比RO產水的水質最高34。通過NaCl的攔截率對反滲透膜進行分類，范圍從95%到99.5% 34。RO在大型海水淡化及市政污水處理上的成功使用使許多行業將這個技術視為可以降低污染和節約成本的一種手段50。使用RO工藝處理廢水已用于化工，紡織，石化，電化學，紙漿和造紙，食品等行業以及市政污水51。Madaeni和Mansourpanah 39評估了反滲透一些應用，發現RO工藝可以去除90%以上甚至完全去除出水中的COD。檢測廢水化學需氧量（COD)表明， RO是從水中去除有機物的最佳工藝

24、。反滲透通常還結合其他物理分離技術以及生物和物理化學處理方法，以生產適合于再利用的廢水。超濾（UF）和反滲透的組合可以生產高品質的水52，53。在Madaeni和Mansourpanah39的研究中，生物法處理過的酒精廠廢水COD（900至1200mg/L）在用不同聚合物RO和NF膜處理。聚對苯二甲酸乙二酯RO膜通量大（33kg m2h1）和COD去除率高（100），效果顯著。在另一項研究中，使用一個內部有好氧膜生物反應器處理啤酒廢水54。在這項研究中，啤酒廢水COD在1500到3500mg/L之間變化，但不管進水的COD如何波動，廢水在流過內部好氧膜生物反應器后COD大約為30mg/L。懸浮

25、固體完全被平板膜截留。通過反滲透工藝處理的流出物完全適合作為回用水，省略了昂貴的預處理工段。綜上所述，通過對幾個文獻的回顧顯示，RO因為它的環保應用、簡單的自動化、容易操作以及占地空間小等原因成為釀造工業優先選擇的方法。此外，它不再生化學物質，這意味著不需要為中和廢水而添加額外的鹽。4.2非熱淬火等離子體等離子體是高溫下高度離子化的氣體。通過離子吸引和排斥作用產生的分子間作用力給予這些組合物不同的特性，為此，等離子體被描述成物質的第四種狀態55。等離子像氣體不具有一定的形狀或一定的體積，除非封閉在一個容器內。不同于氣體，在磁場的影響下，它可能形成不同的結構，例如單絲，橫梁和雙層。星星和霓虹燈是

26、一些常見的等離子體。等離子體產生于氣體能量增加，這些能量來源有電、磁、機械（沖擊波和超聲波）、熱、甚至光（激光）等56。氣態物質的一部分從起始分子或原子變成離子（陰離子和陽離子）和電子的電中性的混合物，包括其他重形態和光子56。Doubla等5報道了在潮濕空氣中釋放滑動電弧產生等離子體，以降低啤酒廢水中的有機物。在潮濕空氣中釋放滑動電弧產生·NO和·OH自由基，它們具有強氧化性。·OH自由基是一種強氧化劑E0（·OH/H2O）=2.85 V/ NHE，負責氧化目標有機物，既由于其自身的特性也由于其衍生物或母體分子過氧化氫，如式（1）5：一氧化氮導致中性介

27、質中亞硝酸鹽的形成，亞硝酸鹽又進一步氧化為穩定的硝酸根離子。HNO2/NO（1.00 V）和NO3-/HNO2（1.04 V）系統的高氧化還原電位反映了硝酸根離子的氧化能力5。換句話說，在硝酸根離子參與了潮濕空氣等離子體的氧化特性。在Doubla等人的這項研究中5，啤酒工業廢水BOD值是385和1018mg/L時對應的BOD去除率分別為74%和98%。由于生產硝酸根離子所傳出的等離子體使廢水pH降低，堿性廢水迅速被中和56。這個過程可以與生物法處理結合，以便更容易和快速地降低污染物的濃度達到可回用的水平5。4.3 膜生物反應器水資源的消耗、水價格的提高、以及嚴格的規章導致了膜與其它常規的處理工

28、藝相組合的發展45。膜生物反應器（MBR）正成為純水和廢水處理等領域蓬勃發展的技術45。 膜生物反應器（MBR）結合了膜過濾和活性污泥生物處理法兩種成熟技術。膜過濾示意圖如Fig.557。圖5 膜過濾示意圖依據膜是如何與生物反應器整合到一起，可以分為2種 MBR工藝結構：側流和淹沒（圖6）。在側流式膜生物反應器工藝中，膜組件被放置在反應器外，混合液在反應器中循環，其中包含膜的再循環回路。在淹沒式膜生物反應器中，膜置于反應器內，淹沒在混合液中。由于較高的跨膜壓力（TMP）和達到預期交叉流速度所需的體積流量58，側流式膜生物反應器相對于浸沒式膜生物反應器消耗更多能量34，58。然而，淹沒式膜生物反

29、應器膜面積較大，并在低通量水平下運行34。 圖6 MBR工藝結構研究膜生物反應器可以處理廢水也為了處理飲用水59，60，也完全可以應用到市政污水處理中61。Li和Chu研究發現59，MBR可以去除進水中約60的總有機碳（TOC），減少75以上三鹵甲烷生成（THMFP）。膜生物反應器技術也應用到了啤酒廢水的回用中32。根據Dai等人的記錄，MBR中進水（即UASB反應器出水，從500到1000mg O2 L-1）COD的降低至平均值96%32。其他研究人員也分析啤酒廢水62-64。在大部分研究中，COD去除率（>90%）作為一個重要參數被記錄。有了這些可喜的成果，可以得出結論，在工業和市政

30、廢水的處理和回用方面，MBR工藝是一種有吸引力的選擇。表7顯示了操作參數和某些厭氧消化超濾過程的結果45。表7 操作參數和某些厭氧消化超濾過程的結果 就像其它膜分離過程，膜污染是影響膜生物反應器系統性能最嚴重的問題，因此需要經常清潔34。膜污染可分為可逆的和不可逆的65。這是由膜材料和活性污泥液相互作用的結果，活性污泥液是由大量活的或死的微生物和可溶性或膠體性的化合物組成的生物絮凝體。結垢導致的液壓阻力顯著增加，表現為當分別在恒定的TMP或恒定的流量下運行時，滲透通量下降或TMP增加。膜的有機污染主要是由于以下幾個因素65：（1）有機物質部分，如膠體部分和溶解部分，（2）有機特性，例如疏水性和

31、分子大小和構型，（3）溶液的化學方面，如pH值，二價離子的濃度和離子強度，（4）膜的性質，如孔隙尺寸和表面粗糙度。在實踐中，膜污染可以通過兩種類型的法進行控制：（1）定期空氣沖刷，反沖洗和化學清洗67，（2）加入吸附劑以及在預處理中進行絮凝操作68，69。最近研究已表明，直接加入生物反應器中的凝結劑能夠減輕膜污染66。將混凝工藝加入到MBR工藝中稱為膜混凝反應器（MCBR）。在膜過濾水處理的發展中最重要的趨勢是將不同的預處理策略整合，以提高低壓膜的性能22。4.4 好氧厭氧聯合處理啤酒廢水處理常是厭氧和好氧聯合處理16，70，71。如Fig.7所示，有四種類型的綜合性厭氧好氧生物反應器72。綜

32、合性厭氧好氧生物反應器有以下幾種屬性36：在厭氧反應器內70%85%的COD被轉化成沼氣，聚集在一個小的表面區域；其次，在需氧、厭氧后處理工序中，高達98的COD和營養物質被除去。聯合好氧、厭氧處理啤酒廢水比完全好氧有很大優勢，包括積極的能量平衡，減少（生物）污泥產量和顯著低空間需求16。修長的厭氧（如內部循環反應器）和好氧（如氣升反應器）反應器的最新發展使得設計極端緊湊的污水處理廠出水仍然滿足地表水環境質量的嚴格要求16。 圖7 四種綜合性厭氧好氧生物反應器4.5 碳納米管的應用1991年飯島對碳納米管（CNT）的“重新發現”74，為了能利用這些納米材料的無數獨特性能，世界范圍內許多不同專業

33、的研究者著手于這項令人興奮的研究。碳納米管由石墨烯片的蜂窩結構體卷成直徑為幾納米的圓筒，但是許多達到微米甚至厘米的厚度75，76。在過去的幾年中已積極進行很多碳納米管的形成方式和碳源的探討，并且這些已經在幾個綜述文章中概述77-82。根據管中卷起的石墨烯層數，碳納米管通常有兩種，即單壁碳納米管（SWCNT）和多壁碳納米管（MWCNT）。多壁碳納米管和單壁碳納米管的模型如Fig.8所示83，84。碳納米管的獨特性能來自其特殊的原子結構和電子結構85。由于其獨特的結構，機械和電子特性，碳納米管在種類繁多的應用中有巨大潛力如化學傳感器、場發射材料、催化劑載體75，78，81，86。一些碳納米管相對于

34、水處理的重要應用將在下面討論。圖8 多壁碳納米管和單壁碳納米管模型4.5.1納米吸附劑 碳納米管對有機污染物87-91和無極污染物例如氟化物92吸附效果好、吸附效率高。研究發現碳納米管對重金屬也有非常好的吸附作用89，93，94。碳納米管作為吸附劑有很大優勢，因為在相同質量下，它們比散裝顆粒有較大的比表面積，并且可以與各種化學基團進行官能化，以增加其對靶化合物的親和力95。碳納米管還具有小尺寸、空心和層狀結構，這些是吸附能力的重要屬性96。官能化的碳納米管從廢水中吸附各種雜質的能力可以擴展到去除啤酒廢水的COD。查閱文獻，碳納米管具有良好的作為吸附劑潛力，以最好的作者所知，沒有一篇發表的作品說

35、納米管可以像混凝劑或絮凝劑那樣使用。可以推測的是如果碳納米管可以吸附單獨的膠體顆粒，然后將顆粒湊到一起（這種現象稱為架橋絮凝），碳納米管表面可以使附著在其上的顆粒物所帶的電荷中和，從而產生一個接近零的凈電荷。一旦表面電荷被中和，離子云消散靜電勢消失，使膠體粒子間的接觸自由地發生。利用電動電勢，電荷很容易監測和控制97。從以上兩個現象（吸附和凝固）可確定，對于同時含有溶解和懸浮有機物廢水（包括啤酒廢水），碳納米管可同時應用于通過吸附去除水中溶解的有機物和通過異構凝固（架橋和中和）去除懸浮固體。在現在的情況下嘗試使用納米管作為混凝劑或絮凝劑出現了很多困難。碳納米管缺乏散布性和溶解性。通過各種技術制

36、備水溶性碳納米管，有過幾次成功的嘗試98-100，并通過官能化改善它們的分散性101。碳納米管是非常昂貴的，因此，它們需要在使用后再生。如果碳納米管應用在懸浮液中，需要在下游進行有效的分離如膜過濾，用來保留和回收碳納米管。納米材料的保留至關重要，因為納米材料成本高，更重要的是納米材料對人類健康和生態系統有潛在影響102-104。 4.5.2 納米過濾器據報道，已成功制造出碳納米管過濾器105。這些過濾膜由中空圓筒與徑向定向碳納米管墻壁組成。 Srivastava等人105進行較重的烴物（CmHn（m、n>12）的過濾，效果很好，例如石油CmHn（N= 2m+2，m =1到12）；在飲用水

37、中去除大腸桿菌和納米級的脊髓灰質炎病毒。啤酒廠污水的有機物含量就COD而言被歸類為高強度廢水，COD為1000mg/L到4000mg/L，BOD高達1500mg/L6。這使得啤酒廢水很適合用碳納米管過濾器處理。碳納米管膜的孔隙可以在海水淡化和脫鹽中使用。膜上有數十億的孔。這種膜過濾器同時具有超疏水和超親油性，在不銹鋼網結合垂直排列的多壁碳納米管為油和水的分離提供可能106。由于雙尺度結構，微米級網狀微孔的針狀納米管的幾何形狀，可同時獲得超疏水性和超親油性106。納米管過濾器可以分離柴油和水層，即使表面活性穩定的乳液也可以分離。并且成功進行了高粘度潤滑油和水乳狀液的成功相分離。該分離原理可以容易

38、地擴展到各種疏水性和親油性不同的液體，如啤酒廢水。4.6 電化學法當電化學法被首次用于處理船舶污水時，電化學法處理廢水技術也應運而生107。電化學法廣泛應用在富含難降解有機物和氯化物的工業廢水處理108，109。電化學法非常適合用于減少難降解有機污染物，因為它可以實現有機物質的部分或完全分解。電化學法處理廢水效果非常好，它們既不受限于廢水強度的變化，也不受限于有毒物質的存在，水力停留時間短。 Vijayaraghavan等人108以生成次氯酸為基礎開發了一種新型啤酒廢水處理法。生成的次氯酸擔任氧化劑，破壞存在于啤酒廢水的有機物。進水COD為2470mg/L的廢水經處理降低到64mg/L（減少超

39、過97）。使用石墨陽極和不銹鋼片作為陰極的電解反應器中生成次氯酸。在電解過程中，陽極產生氯和陰極產生氫氣。由于陽極和陰極被保持在一個電解反應器內，生成的氯發生歧化反應，從而產生次氯酸108，如等式（2）表示：OCL- 到CLO3-在高溫下（75）和堿性條件下進一步反應（公式（3）。4.7 生物染料電池在處理啤酒廢水的同時也可以利用廢水中的有機物發電 33，110-112 ，能同時處理廢水和發電的這個裝置稱為微生物燃料電池（MFC）113-114。MFC是一個具有厭氧和好氧特性組合系統。溶液中的細菌在陽極附近做厭氧處理，以暴露的氧氣（或另一種化學電子受體）做陰極。細菌氧化有機物釋放的電子通過外電

40、路轉移到陰極，在陰極電子與氧結合形成水33。因此，厭氧-好氧過程的組合可以當做一個雙室微生物燃料電池使用 ，陽極室的流出物可直接用作陰極室的進水，從而可以在有氧條件下進一步處理，以提高污水處理效率112 。Feng等人33研究發現，啤酒廢水進水的COD為 2250±418mg/L時，COD去除率在20和30時分別為85和87。連續的陽極-陰極微生物燃料電池COD的去除率達到90以上（例如，COD從1250±100mg/L降低到60 mg/L）112。據報道其他研究人員用這種技術處理，COD去除率也高達94111。高COD去除率在這些研究中得以實現，可以斷定，微生物燃料電池，

41、特別是連續的陽極-陰極的類型，可以成為啤酒廢水處理的新法，同時提供一個有價值的替代能源。4.8 活性碳水處理裝置的特性對最終產品的性能有很大的影響。即使處理的水是從市政飲用水源引入，水中也含有殘留的味道、臭氣、消毒副產物以及游離和化合氯。含碳-硫鍵的分子往往氣味和味道不好，但這些往往是優先吸附在碳上。上述情況也適用于含芳香環的分子。活性炭脫氯能力源自于它可以作為還原劑與強氧化劑（如次氯酸、二氧化氯）反應。在釀酒過程中，可以使用活性炭吸附單寧酸散發的氣味。活性炭也是用于去除啤酒和其他用麥芽做填料的飲料中的麥芽色。幾種粒狀和粉狀產品也可用這種類型的應用。活性炭是一種有效的處理法，以保證水是無污染物

42、，無異味。5. 結果的討論和綜合本部分提供一些對本論文回顧結果的討論與綜合。這些討論包括對工藝和技術的比較和整合在一起的可能。簡而言之，討論主要解決了以下兩個基本問題：（一）如何在工藝和技術相互比較（二）它們是否可以相互整合，即便可以，有什么潛在的挑戰和益處？5.1 工藝流程和技術的比較此意見強調啤酒廢水需要處理，著眼于可以安全、經濟的回用啤酒廢水。也對與這些法方相關的一些困難進行了討論。應當指出并強調的是啤酒廢水出水的處理成本高且相當復雜，特別是需要滿足政府法規和環境協調性6，115。傳統的分離法如混凝、絮凝，離心分離和重力分離有COD去除率不高等缺點。這些方法分離效率低，操作成本高，設備占

43、地面積大且有二次污染物的產生。有人注意到，生物處理可作為一種預處理方法廣泛應用。好氧處理已用于啤酒廢水的處理，最近厭氧系統成為一個有吸引力的選擇，除其他優點外，COD去除率也高。雖然這些生物法已經廣泛應用于有機物含量高的啤酒廢水處理上，但仍需要進一步處理才可回用。這些審查已顯示出一些可喜的成果，比如淬火等離子，膜生物反應器，電化學法和微生物燃料電池。這些方法都有很大的潛力用于處理啤酒廢水回用，需要對不同的挑戰和機會進一步調查。例如，啤酒廢水可能是一個很好的微生物燃料電池的發電來源，由于高碳水化合物和低氨氮濃度的特征。作者還指出，最近的進展表明可以利用碳納米管做吸附劑解決或大大改善許多涉及水質的問題。可以預計啤酒業也將從這些發現中受益。在本文中討論的大型設計和工藝應用所需要的知識也許仍然缺乏，建議開展一些研究，以確定這些有前景工藝的估計成本。在過去十年，膜過濾（例如，NF和RO）在飲用水處理和廢水回用上的應用經歷了快速發展，體現為膜質量的提高和膜成本下降。膜過濾發展中一個非常重要的趨勢是將不同的預處理策略整合，以提高它們的性能。特