工程案例   |  工程案例

美國(guó)哈希公司COD測(cè)試方法-在處理釀酒廠過(guò)程用水中的應(yīng)用

2015-11-23，星期一

節(jié)約、處理以及循環(huán)利用過(guò)程用水可以有效降低水的消耗

      目前，新比利時(shí)釀酒公司對(duì)其大部分過(guò)程用水進(jìn)行了重復(fù)利用，主要用在蒸汽冷凝、清掃以及園藝灌溉上。通過(guò)厭氧和好氧生物工藝對(duì)過(guò)程水進(jìn)行處理，降解了水中大部分有機(jī)組分，同時(shí)對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè)，以便判斷釀酒廠的高有機(jī)負(fù)荷的重要來(lái)源，這些都已經(jīng)成為過(guò)程水處理和再利用項(xiàng)目成功的關(guān)鍵因素。 

       就一個(gè)典型的釀酒廠而言，生產(chǎn)每一桶啤酒需要消耗 8～10 桶水。位于美國(guó)科羅拉多柯林斯堡的新比利時(shí)釀酒公司每生產(chǎn)一桶啤酒只需要消耗約 4 桶水，主要是由于在整個(gè)公司范圍內(nèi)號(hào)召資源再利用，其中包括在線過(guò)程水處理以及水的重復(fù)利用項(xiàng)目。

       新比利時(shí)釀酒公司是國(guó)內(nèi)第五大釀酒公司，在 2004 年該廠生產(chǎn)了 320000 多桶啤酒，其中包括其王牌品牌――Fat Tire Amber Ale。公司致力于處在能夠滿足高標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境要求的技術(shù)前沿，將資源和能源的消耗最小化，循環(huán)利用化。

      除了水的重復(fù)利用項(xiàng)目，該公司還利用釀酒廠的過(guò)程水處理工藝中產(chǎn)生的甲烷為燃料進(jìn)行發(fā)電。目前該發(fā)電機(jī)組的供電每天能夠滿足該釀酒廠主樓 7 小時(shí)的用電。這有效的抵消了當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)高峰用電的費(fèi)用，同時(shí)也有效地減少了釀酒廠向當(dāng)?shù)毓╇娤到y(tǒng)購(gòu)電的費(fèi)用。1999 年，其二氧化碳的排放量削減了約1800噸。

       污水處理工藝

       新比利時(shí)釀酒公司在2002年開始對(duì)使用后的過(guò)程水進(jìn)行處理，目的是減少排放到市政廢水收集系統(tǒng)的廢水量，同時(shí)通過(guò)水的回用，從而進(jìn)一步減少生產(chǎn)每桶啤酒的用水量。當(dāng)前的處理設(shè)施（現(xiàn)在正在擴(kuò)建）的處理能力是 80000 加侖/天。2004年其日平均流量為 58274加侖，年總出水量約為20000000加侖。

      該污水處理工藝使用的是德國(guó)系統(tǒng)供貨商提供的處理裝置，包括一個(gè)三級(jí)厭氧消解池，一個(gè)好氧池，一個(gè)生物濾池和一個(gè)曝氣池。污水首先經(jīng)過(guò)厭氧處理然后進(jìn)入好氧處理工藝，經(jīng)過(guò)厭氧過(guò)程能去除約80％的COD，剩余的COD去除由好氧過(guò)程來(lái)完成。

       高有機(jī)負(fù)荷

      在所有的釀酒廠中，出水中大部分的有機(jī)物質(zhì)來(lái)自于麥芽汁的提取過(guò)程、副產(chǎn)品中麥芽汁的殘留物以及后續(xù)處理中損失的麥芽汁和啤酒。發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的自溶酵母也是造成過(guò)程水出水中有機(jī)負(fù)荷較高的重要因素。經(jīng)過(guò)厭氧分解過(guò)程，麥芽汁和酵母中的細(xì)菌被降解成單糖和淀粉，并最終轉(zhuǎn)換成甲烷氣體。
      過(guò)程水的出水有機(jī)負(fù)荷較高，主要是由于釀酒廠在生產(chǎn)過(guò)程中水的消耗量較低。典型的釀酒廠過(guò)程水出水的平均 BOD 值低于 3000mg/L，而新比利時(shí)釀酒公司的過(guò)程水出水BOD平均值達(dá)到7500mg/L。 

       COD監(jiān)測(cè)的重要性

      盡管高有機(jī)負(fù)荷對(duì)于厭氧處理過(guò)程以及后續(xù)的沼氣的產(chǎn)生非常有利，但仍然需要進(jìn)行連續(xù)的水質(zhì)分析，從而對(duì)整個(gè)處理過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)處理過(guò)程加以控制。在線監(jiān)測(cè)的主要目的是以固定的間隔測(cè)量化學(xué)需氧量和其它參數(shù)，為量化污水濃度的變化提供了一種方式，有助于積極控制過(guò)程水處理以及將污染物降到最少。

       進(jìn)入污水處理工藝的過(guò)程水的水質(zhì)和水量都會(huì)有顯著的波動(dòng)，主要取決于釀酒廠內(nèi)不同的工藝過(guò)程。由于五天生化需氧量的測(cè)定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不能為過(guò)程控制提供及時(shí)的信息，污水廠內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室就采用對(duì)整個(gè)釀酒廠的出水定期進(jìn)行COD分析。由于COD測(cè)試結(jié)果只需兩個(gè)小時(shí)即可獲得，可以對(duì)釀酒廠進(jìn)水和出水的負(fù)荷提供更及時(shí)的分析結(jié)果，能及時(shí)的了解水廠的處理效率，從而實(shí)現(xiàn)理想化的過(guò)程控制。 

      兩小時(shí)的COD測(cè)試

      對(duì)于定期進(jìn)行的COD測(cè)試，釀酒廠采用微回流法，利用美國(guó)哈希公司提供的COD 消解裝置。預(yù)制的試劑裝在一個(gè) 16mm 的玻璃管中，可以直接放入COD反應(yīng)器和分光光度計(jì)中。在釀酒廠中，COD的測(cè)試是一種非常直接的測(cè)試過(guò)程。當(dāng)2毫升的樣品加入樣品瓶后，樣品瓶蓋好蓋子后放置到反應(yīng)器中，在150℃下消解2個(gè)小時(shí)。當(dāng)樣品瓶冷卻后將樣品瓶放入分光光度計(jì)，讀數(shù)可以直接從分光光度計(jì)讀取。該實(shí)驗(yàn)室使用HACH的DR2500分光光度計(jì)，該分光光度計(jì)可以存儲(chǔ) COD 和其它常用的測(cè)試程序。

      收集到一段時(shí)間的 COD 和 BOD 數(shù)據(jù)之后，用BOD的平均值除以COD的平均值得到一個(gè)比值，或換算因子。用 COD 的結(jié)果乘以這個(gè)換算因子就可以估算出 BOD 的濃度值。對(duì)于同一個(gè)樣品而言，COD值通常都會(huì)高于BOD的值，因此換算因子通常都小于1。

      除了對(duì)過(guò)程水的出水定期進(jìn)行 COD 監(jiān)測(cè)，釀酒廠也會(huì)在其啤酒廠內(nèi)定期用 COD 微回流法進(jìn)行工藝過(guò)程控制。例如，釀酒廠近期做了一個(gè)麥芽汁回收測(cè)試以確定提取的容積和倒掉的谷物中實(shí)際損失的糖份。啤酒釀造者想確認(rèn)他們是否倒掉了多余的糖份，或者回收麥芽汁是否值得。對(duì)于麥芽汁進(jìn)行的一系列 COD 測(cè)試確定了殘留食品的真實(shí)濃度。基于這項(xiàng)測(cè)試，現(xiàn)在釀酒廠開始在釀酒過(guò)程中回收這類物質(zhì)。 

      當(dāng)前的擴(kuò)建工程

      新比利時(shí)釀酒公司目前正在擴(kuò)建其過(guò)程水處理廠，包括擴(kuò)大好氧處理和厭氧處理的能力。同時(shí)在厭氧反應(yīng)池前面增加了儲(chǔ)水池。產(chǎn)生的甲烷氣體量由于進(jìn)入反應(yīng)池的出水體積不同而有所變化，以前甲烷氣體量主要取決于啤酒的產(chǎn)量。新的儲(chǔ)水池主要用于平衡進(jìn)入消解器的流量，從而使得沼氣的產(chǎn)量更高、更穩(wěn)定。相應(yīng)地，這又使得在線發(fā)電廠能夠運(yùn)行更長(zhǎng)的時(shí)間，從而進(jìn)一步降低了釀酒廠的能耗。此外，該廠還安裝了一個(gè)反滲透裝置，進(jìn)一步凈化最終出水。

      進(jìn)入過(guò)程水處理廠的 BOD 平均值為7500mg/L, 出水的BOD值則不到25mg/L，該污水廠出水可用做非飲用水，如蒸汽冷凝、清掃用水或園藝用水等。2004年，整個(gè)水廠的COD和BOD去除率分別達(dá)到98％和99.8％。 

      節(jié)約、處理和循環(huán)利用

      將節(jié)約用水、進(jìn)行水處理和水的循環(huán)利用結(jié)合起來(lái)，使得新比利時(shí)釀酒公司的用水量大大降低。同時(shí)也削減了排放到當(dāng)?shù)厥姓幚硐到y(tǒng)的高有機(jī)負(fù)荷，這一點(diǎn)已經(jīng)通過(guò)準(zhǔn)確的COD分析得到了證實(shí)。此外，通過(guò)使用甲烷氣體做燃料進(jìn)行發(fā)電也大大降低了釀酒廠運(yùn)行所需購(gòu)買的電量。