啤酒廢水系其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢水，水質(zhì)變化較大，污染物富含糖類、氨基酸、蛋白質(zhì)等有機(jī)物及鉀、鈣、鎂的硅酸鹽、磷酸鹽等無機(jī)物，屬較高濃度有機(jī)廢水，可生化性好，其BOD5/COD > 0.3。啤酒廢水雖無毒，但直接排放至水體易導(dǎo)致水體的重度污染；有專家建議現(xiàn)行的啤酒廢水COD 排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)由100 mg·L-1 降至50 mg·L-1。因此，開發(fā)高效啤酒廢水處理技術(shù)迫在眉睫。

厭氧處理技術(shù)具有容積負(fù)荷高、污泥量少、運(yùn)行效果穩(wěn)定，能耗低、可回收能源等特點(diǎn)；且運(yùn)行管理費(fèi)用相對(duì)較低，特別適合處理高濃度有機(jī)廢水，故在啤酒廢水的處理中得到了廣泛的應(yīng)用。由于啤酒廢水中COD 含量較高，若單純采用好氧法處理技術(shù)，不僅占地面積大、運(yùn)行費(fèi)用高，而且處理效果的穩(wěn)定性差，故一般采用厭氧技術(shù)作為預(yù)處理，后接好氧工藝的聯(lián)合處理工藝。隨著新型厭氧技術(shù)的開發(fā)，啤酒廢水的厭氧處理效率將會(huì)得到進(jìn)一步提升。

1 厭氧技術(shù)基本原理

厭氧生物處理是指在無分子氧條件下，通過厭氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，將廢水中的各種復(fù)雜有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程，也稱厭氧消化。最早是由Bryant 提出三階段理論：第一階段為水解與發(fā)酵，第二階段為產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷，第三階段產(chǎn)甲烷。認(rèn)為產(chǎn)甲烷菌不能直接利用長鏈脂肪酸和醇類等有機(jī)酸，這些有機(jī)物在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌作用下轉(zhuǎn)化為乙酸、H2、CO2等后，才能被產(chǎn)甲烷菌利用。

由于厭氧生物處理過程不需要另外提供電子受體，故運(yùn)行費(fèi)用低；但其反應(yīng)速率較慢，反應(yīng)時(shí)間較長，因而，處理構(gòu)筑物容積要大。新型厭氧反應(yīng)器主要是通過提高反應(yīng)速率和縮小反應(yīng)器容積來提高處理效率的，從增加微生物菌群與反應(yīng)的接觸幾率和培養(yǎng)優(yōu)勢菌群入手，通過對(duì)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，增加容積效率，縮小反應(yīng)器；結(jié)合微氧技術(shù)和好氧工藝，減小處理過程中廢氣排氣。在工程應(yīng)用中，一般采用厭氧- 好氧組合技術(shù)。

2 新型厭氧處理反應(yīng)器研究開發(fā)

2.1 ABR 厭氧反應(yīng)器

2.1.1新型ABR 厭氧反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

ABR 厭氧反應(yīng)器是由Mc Carty 等人提出的、源于階段式多相厭氧消化（SMPA）理論的厭氧反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置一系列垂直放置的折流擋板，污水在反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)呈上下折流運(yùn)動(dòng)，使有機(jī)物物質(zhì)與厭氧活性污泥充分接觸而被降解除去。雖然ABR 一度認(rèn)為是SMPA 完美的杰作，引起學(xué)者們的廣泛注意，但因其結(jié)構(gòu)過于簡單，使其應(yīng)用存在一定的局限性。

目前，國內(nèi)外學(xué)者正對(duì)ABR 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，使其性能得到更好的發(fā)揮。耿亞鴿等在現(xiàn)有的ABR 研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)其結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)、部件尺寸、操作條件等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的技術(shù)探討。候晨雯等 設(shè)計(jì)一種新型的雙層結(jié)構(gòu)的ABR 反應(yīng)器，實(shí)驗(yàn)表明該反應(yīng)器的水力特性與傳統(tǒng)的ABR 的水力特性相一致，總體推流程度也得到了增強(qiáng)，并且這種結(jié)構(gòu)能有效減少反應(yīng)器的死區(qū)比率，降低返混程度。不足的是，應(yīng)盡量將HRT 控制在8～10 h 范圍內(nèi)，不然受沖擊負(fù)荷和死區(qū)百分率都會(huì)受到影響。孫立柱等 研究表明，ABR 反應(yīng)器整體呈推流狀態(tài)，HRT 和進(jìn)水負(fù)荷是影響ABR 反應(yīng)器水力特性的主要因素。張壽通等利用斜式折流板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的垂直的折流板來研究ABR 反應(yīng)器的研究表明，該裝置能有效防止污泥流失，且具有耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)，處理效果良好等優(yōu)點(diǎn)。

可見，ABR 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)很大程度上依賴于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，相對(duì)而言，基礎(chǔ)理論研究落后于實(shí)踐。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模擬方法研究ABR 的水力學(xué)特性，以優(yōu)化結(jié)構(gòu)和確定操作條件，結(jié)合活性污泥和微生物生長的相關(guān)機(jī)理，建立數(shù)學(xué)模型，提高工程設(shè)計(jì)的可靠性，應(yīng)該作為ABR 反應(yīng)器研究的重要方面。

2.1.2改型ABR 反應(yīng)器接種好氧污泥

厭氧反應(yīng)器能否成功啟動(dòng)是決定該反應(yīng)器運(yùn)行成敗的先決條件。因厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間長，影響因素復(fù)雜，一般認(rèn)為，啟動(dòng)最佳種泥是處理同類廢水的厭氧顆粒污泥。有研究者研究了采用好氧活性污泥經(jīng)較長時(shí)間的馴化后來啟動(dòng)厭氧反應(yīng)器。結(jié)果表明，處理后的出水水質(zhì)優(yōu)于厭氧污泥的啟動(dòng)的效果。

范榮桂等研究了利用改型后的ABR 反應(yīng)器處理屠宰廢水。該反應(yīng)器折流板為傾斜式，傾角為45°，種泥取某廠SBR 池的好氧污泥。培養(yǎng)馴化后，投加污泥體積約為反應(yīng)器有效容積的1/3。研究表明，反應(yīng)器在室溫低負(fù)荷下運(yùn)行約兩月能完成啟動(dòng)，COD 去除率達(dá)82%，且穩(wěn)定運(yùn)行；不足之處在于啟動(dòng)時(shí)間還是太長。

2.1.3 ABR 反應(yīng)器處理啤酒廢水研究實(shí)例

利用ABR 處理啤酒廢水大多處于實(shí)驗(yàn)研究階段，在操作參數(shù)及反應(yīng)器結(jié)構(gòu)上作了相應(yīng)的優(yōu)化；王哲曉等采用有4 隔室的ABR 小試裝置結(jié)構(gòu)處理某啤酒廠廢水，裝置有效容積24 L，折流板底部轉(zhuǎn)角為40°，接種污泥取自該啤酒污水處理廠消化池厭氧污泥。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ABR 對(duì)中、低濃度工業(yè)廢水的COD 具有良好的去除效率。即使在負(fù)荷提升階段，HRT 縮短一半，進(jìn)水濃度翻倍的情況下，出水COD 去除率也保持在86%左右；但對(duì)pH 調(diào)整和防止VFA 的積累，也是保證其穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

黃繼國等[19]對(duì)填料式ABR 處理啤酒廢水進(jìn)行了研究，通過對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行性能試驗(yàn)，系統(tǒng)的二次啟動(dòng)性能及與普通ABR 的對(duì)比試驗(yàn)表明，水力停留時(shí)間可縮短，COD 去除率相應(yīng)提高；添加填料的ABR 系統(tǒng)性能明顯提高；系統(tǒng)二次啟動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的耗時(shí)更短，有彈性的立體填料具有更高的穩(wěn)定性。

2.1.4 HABR 厭氧反應(yīng)器

復(fù)合式折流板厭氧反應(yīng)器(HABR)是對(duì)ABR 反應(yīng)器的改進(jìn)，如添加填料，優(yōu)勢在于能利用原有的無效空間增加生物總量，提高污染物的去除效率，提高運(yùn)行穩(wěn)定性[20]。

張振庭等采用HABR 反應(yīng)器處理啤酒廢水，對(duì)厭氧污泥的接種馴化、反應(yīng)系統(tǒng)的啟動(dòng)運(yùn)行、在不同影響因素下的運(yùn)行研究以及和普通ABR 的對(duì)比實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。該HABR 實(shí)驗(yàn)裝置為4 隔室，容積31.5 L，有效容積25 L，高350 mm，第一隔室不加填料，后三室內(nèi)置軟性填料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，處理啤酒廢水最佳水力停留時(shí)間為18～24 h，在溫度為25℃的條件下，COD 去除率最高達(dá)到75%。當(dāng)HRT>18 h 時(shí)，50 以上的COD 在第一隔室被去除；當(dāng)HRT<12 h，后面各隔室才能有明顯的作用；不同HTR 下，第四隔室的COD 相對(duì)去除率都較低，處理啤酒廢水，不宜超過4 隔室。環(huán)境溫度對(duì)HABR 反應(yīng)器的處理效果也有一定的影響，在10 ℃左右時(shí)，處理效果明顯變差。跟普通的ABR 反應(yīng)器相比，HABR 反應(yīng)器無論在啟動(dòng)過程和穩(wěn)定運(yùn)行階段，都表現(xiàn)出比ABR 更好的效果。

李慧婷[22]等采用一種5 隔室HABR 處理模擬啤酒廢水，采用厭氧污泥接種，對(duì)其相分離特性進(jìn)行的研究表明，反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)物是逐步降解的，各種微生物菌群能很好的協(xié)同工作，COD 去除效果明顯。在快速啟動(dòng)過程中，HABR 表現(xiàn)出明顯的生物相選擇和分離現(xiàn)象。

2.2 ASBR 厭氧反應(yīng)器

厭氧序批式反應(yīng)器（ASBR）采用序批式進(jìn)水，這與啤酒廢水間歇排放的特點(diǎn)相吻合。此外，ASBR反應(yīng)器具有操作靈活、能夠生產(chǎn)顆粒污泥和克服厭氧污泥流失，且工藝具有較高的去除效率和穩(wěn)定性，在常溫下處理高中低濃度廢水等優(yōu)點(diǎn)而越來越引起人們的重視[23]。

吳速英等在20～30 ℃條件下，研究了采用恒水位操作厭氧生物膜序批式反應(yīng)器（ABSBR）處理啤酒廢水的啟動(dòng)試驗(yàn)。研究表明，采用混合菌種接種36 m3/h 速度進(jìn)泥水等措施進(jìn)行廢水處理，經(jīng)25 d的培養(yǎng)馴化，COD 容積負(fù)荷可達(dá)2.84 kg/(m3·d)，去除率達(dá)到95%。

郭永福等[24]則以中等濃度啤酒廢水為水源，在低溫下研究了ASBR 反應(yīng)器的快速啟動(dòng)過程。試驗(yàn)裝置采用內(nèi)徑400 mm、高度2.0 m、有效容積為235 L的ASBR反應(yīng)器。采用某污水廠的絮狀消化污泥接種，溫度在14～20℃。研究表明，采用ASBR 反應(yīng)器在低溫下處理啤酒廢水快速啟動(dòng)是可行的，COD 去除率也高達(dá)96%；相比UASB 處理啤酒廢水，ASBR反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間明顯要快些；出水VFA 濃度低，間歇式攪拌方式比連續(xù)攪拌效果好，污泥粒徑大。

岳秀萍等采用已形成顆粒污泥的ASBR 反應(yīng)器處理啤酒廢水，采用正交試驗(yàn)研究了進(jìn)水COD、運(yùn)行周期、進(jìn)水COD/ 堿度和攪拌頻率4 個(gè)參數(shù)對(duì)COD 去除的影響。實(shí)驗(yàn)表明，各因素對(duì)去除COD 的影響程度排序?yàn)檫M(jìn)水COD> 進(jìn)水COD/ 堿度> 運(yùn)行周期> 攪拌頻率，且ASBR 反應(yīng)器對(duì)COD 的去除率均在95%以上，出水COD 均在80 mg/L 以下。

藤朝華等采用恒壓浮動(dòng)蓋式ASBR 處理啤酒廢水的研究表明，在COD 容積負(fù)荷為1.5～7 kg(m3·d)、HRT 為1 d 的條件下，COD 去除率高于80%，平均沼氣產(chǎn)率為410 L/kg；Shao 等[27]也進(jìn)行了類比實(shí)驗(yàn)，研究表明，COD 容積負(fù)荷在1.5～5 kg(m3·d)、HRT 為1 d 的條件下，COD 去除率可達(dá)到90%；裝置大約運(yùn)行60 d 后，出現(xiàn)了顆粒污泥�？梢灶A(yù)見[28]，ASBR 反應(yīng)器在處理啤酒廢水中具有廣泛的應(yīng)用前景。

2.3 UASB 厭氧反應(yīng)器

升流式厭氧污泥床（UASB）反應(yīng)器是20 世紀(jì)70 年代由Lettinga 開發(fā)的。因反應(yīng)器具有污泥濃度高、有機(jī)負(fù)荷高、適應(yīng)性強(qiáng)，且具有厭氧過濾及厭氧活性污泥法的雙重作用，能回收能源等優(yōu)點(diǎn)，正日益受到污水處理業(yè)界的重視。

段雪梅等研究了UASB 反應(yīng)器在不同溫度、水力停留時(shí)間、取樣口位置和進(jìn)水濃度條件下運(yùn)行時(shí)對(duì)啤酒廢水COD 處理效果。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于中高濃度的啤酒廢水，反應(yīng)器具有動(dòng)力消耗低、COD 去除率高等優(yōu)點(diǎn)；對(duì)高濃度的有機(jī)廢水，UASB 適應(yīng)性更強(qiáng)。張傳兵等[34]采用UASB 反應(yīng)器以城市污水處理廠的厭氧消化污泥接種處理啤酒廢水的初次啟動(dòng)過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，啟動(dòng)時(shí)間歷時(shí)約50 d，后期運(yùn)行穩(wěn)定；當(dāng)反應(yīng)器出現(xiàn)酸化時(shí)，應(yīng)迅速降低反應(yīng)器負(fù)荷，增投厭氧污泥，快速降低VFA，使反應(yīng)器得到快速恢復(fù)。

韓洪軍等以處理啤酒廢水為水源，在UASB反應(yīng)器流態(tài)分布模型的基礎(chǔ)上，假設(shè)UASB 下部為完全混合的厭氧污泥床系統(tǒng)，中部為完全混合的污泥懸浮層系統(tǒng)和上部為推流式三相分離區(qū)系統(tǒng)，運(yùn)行中的COD 降解規(guī)律符合Monod 方程，推導(dǎo)出UASB 反應(yīng)器的動(dòng)力學(xué)方程式。彭營環(huán)等根據(jù)國內(nèi)啤酒廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，運(yùn)用UASB 法將河南某啤酒廢水COD 降低到500 mg/L 以下。

高雅玉等采用厭氧UASB 反應(yīng)器和好氧SBR反應(yīng)池組合工藝，處理中高濃度的蘭州某啤酒廢水。實(shí)驗(yàn)表明，這種組合工藝的設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，不僅工作效率高，構(gòu)筑物間可實(shí)現(xiàn)重力自流，且能能耗較低。但其操作復(fù)雜，參數(shù)控制嚴(yán)格。賈巖等[38]的實(shí)驗(yàn)表明，UASB 調(diào)試和二次啟動(dòng)中要注意負(fù)荷提高的速度，否則易出現(xiàn)酸化現(xiàn)象，必要時(shí)加堿調(diào)節(jié)pH。

2.4 其他厭氧技術(shù)

薛苗在(35±1)℃溫度條件下，研究了內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器( IC 反應(yīng)器)處理啤酒廢水的啟動(dòng)特性。結(jié)果表明，IC 反應(yīng)器經(jīng)過56 d 啟動(dòng)成功，其容積負(fù)荷達(dá)到18.3 kg/(m3·d)，水力停留時(shí)間為3.2 h，COD 去除率能穩(wěn)定在80%以上；隨著反應(yīng)器的運(yùn)行，反應(yīng)器內(nèi)形成了大量的沉降性能良好的顆粒污泥，粒徑> 0.5 mm 的污泥約占87%。

敖凱等采用水解酸化- 外循環(huán)( EC )厭氧- 接觸氧化工藝處理內(nèi)蒙古自治區(qū)某啤酒廠廢水。經(jīng)過4 個(gè)月的調(diào)試達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，出水水質(zhì)遠(yuǎn)優(yōu)于啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB19821-2005）。COD、BOD5、NH3-N、TN 和TOC 的去除率分別達(dá)97.5%、98.5%、85%、75%和98.5%。實(shí)際運(yùn)行還表明，EC 厭氧反應(yīng)器應(yīng)用于啤酒廢水處理是切實(shí)可行的。

田立江等采用改進(jìn)型CASS 工藝對(duì)啤酒廢水處理的特性和最佳性能運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)型CASS 工藝處理啤酒廢水，COD 去除率達(dá)到98%，MLSS 為3 000 mg/L 時(shí)，排水比λ=1/2，出水COD 為20～30 mg/L；λ=1/2，周期為1 h的極限容量處理工況下COD 去除率達(dá)到96%；短時(shí)曝氣時(shí)間為2 h，出口COD 為39.98 mg/L，COD 去除率為95.84%。改進(jìn)型CASS 工藝的處理效果、適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢非常明顯。

方春玉等用自制的厭氧流化床反應(yīng)器對(duì)活性污泥的培養(yǎng)與馴化條件進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)表明，采用一次培養(yǎng)法接種，接種量為30%的活性污泥和100 mL 活性炭，將溫度控制在（37±2）℃，進(jìn)水的pH 控制在7.3～8.0，進(jìn)水流速控制在使活性炭處于流化狀態(tài)，不需額外添加營養(yǎng)物質(zhì)，可在25～30 d 左右成功地完成馴化。在此控制條件下培養(yǎng)出的活性污泥，對(duì)廢水COD 的去除率可達(dá)到85%左右，對(duì)減輕生物反應(yīng)器后續(xù)處理單元的負(fù)荷具有重要意義。具體參見http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 厭氧技術(shù)研究動(dòng)向

(1) 厭氧顆粒污泥的培養(yǎng)與馴化。顆粒態(tài)污泥因其具有極好的沉降性能和去污能力而備受人們的青睞，但污泥的顆�；�形成較難，條件控制嚴(yán)格。厭氧反應(yīng)中引入顆粒態(tài)污染；對(duì)提升反應(yīng)速率和反應(yīng)器的容積效率，以及污染成份的去除十分重要，對(duì)于高效厭氧反應(yīng)器工程應(yīng)用意義重大。

(2) 關(guān)鍵設(shè)備的改進(jìn)和研制。厭氧反應(yīng)器是厭氧條件下的無動(dòng)力反應(yīng)裝置，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)對(duì)于反應(yīng)的效果影響很大，設(shè)計(jì)的反應(yīng)器應(yīng)更加適用水力學(xué)特性、適合微生物的生長、適合生物反應(yīng)的需要。

(3) 污泥結(jié)構(gòu)和菌種的動(dòng)力學(xué)形成機(jī)理。學(xué)者對(duì)此研究的不多，很多活性污泥形成和菌種產(chǎn)生機(jī)理不是很透切，弄清這些機(jī)理，不僅可以更好的發(fā)揮其特性，而且可以借助計(jì)算機(jī)輔助模擬，更好的指導(dǎo)實(shí)際工作。

(4) 新型填料的引用。填料不僅能給微生物提供很好的生長環(huán)境，而且可以阻止部分污泥的流失，提高污泥濃度，延長污泥停留時(shí)間，對(duì)反應(yīng)器效率的提高有著非常重要的意義。然而，在這一領(lǐng)域，應(yīng)用新填料去研究反應(yīng)器的處理效率并不多見。

4 結(jié)語

厭氧技術(shù)特別是新型厭氧反應(yīng)器的構(gòu)建應(yīng)用于啤酒廢水的處理具有高效、低耗的特點(diǎn)，通過優(yōu)化的工藝參數(shù)，縮短停留時(shí)間，提高反應(yīng)負(fù)荷，完全可以推廣應(yīng)用。依靠單一厭氧處理難以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，厭氧與好氧的協(xié)同作用是十分必要的。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)決定著水力特性及微生物的生境，通過對(duì)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和完善，使之更加有利厭氧作用的發(fā)揮，提高容積效率，改善出水水質(zhì)。