啤酒是世界通用性飲料，為產(chǎn)量?jī)H次于茶、碳酸飲料、牛奶和咖啡的世界第五大消費(fèi)飲料。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，我國(guó)的啤酒產(chǎn)量也步步攀升，自2003年以254億L成為世界第一大啤酒生產(chǎn)國(guó)之后，已連續(xù)10 a居世界第一，2012年我國(guó)境內(nèi)啤酒總產(chǎn)量已達(dá)到490.2億L。啤酒的生產(chǎn)過(guò)程需要投入大量的水，多數(shù)用于釀造、清洗和冷卻環(huán)節(jié)，勢(shì)必產(chǎn)生大量廢水。據(jù)報(bào)道，每生產(chǎn)1 L啤酒將會(huì)產(chǎn)生3~10 L廢水，這類廢水主要含有糖類、可溶性淀粉以及醇類等有機(jī)物，BOD5和COD都很高，必須經(jīng)過(guò)處理達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后才能排放或者經(jīng)過(guò)有效處理以循環(huán)利用，這是一項(xiàng)耗資且令人頭疼的問(wèn)題。

目前大多數(shù)啤酒廠采用不同的廢水處理工藝達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)于用水量巨大的啤酒行業(yè)，單純將廢水進(jìn)行處理排放并不能滿足人們的要求，且對(duì)環(huán)境造成很大壓力。筆者針對(duì)近幾年國(guó)內(nèi)外新興的啤酒廢水回用技術(shù)進(jìn)行綜述，必須指出的是，廢水回用技術(shù)在食品企業(yè)中并不常見(jiàn)，最主要的原因在于消費(fèi)者不能接受由此可能造成的產(chǎn)品品質(zhì)下降。然而，在地球環(huán)境污染以及水資源緊張問(wèn)題日益突出的今天，啤酒工業(yè)廢水的循環(huán)利用已經(jīng)成為一個(gè)不可避免的趨勢(shì)。

1 啤酒工藝及廢水特點(diǎn)
 
啤酒的釀造方法因啤酒種類不同而異，但其大致工藝一般分為制麥芽、糖化、發(fā)酵、洗瓶及灌裝4大工序。在啤酒生產(chǎn)過(guò)程中幾乎每道工序都有以廢水為主的廢棄物產(chǎn)生，廢水主要來(lái)源有原料浸泡水、降溫水、裝置清洗水以及滅菌用水。不同來(lái)源的廢水水質(zhì)及水量都不相同，以拉薩啤酒廠為例，表1為其不同工序排放廢水的水量及水質(zhì)情況。

表 1 拉薩啤酒廠生產(chǎn)廢水的污染程度

拉薩啤酒廠每生產(chǎn)1 t產(chǎn)品產(chǎn)生廢水量約 12.2 m3，COD為700~1 700 mg/L。從廢水來(lái)源來(lái)看， 啤酒生產(chǎn)過(guò)程廢水主要可以分為以下幾大方面：大量的冷卻水，包括糖化、麥汁冷卻、發(fā)酵等，水質(zhì)污染程度不高，水量約占廢水總體積的70%；洗滌、沖洗水，包括各種罐、瓶的沖洗水，其中麥芽制作、糖化、發(fā)酵罐的涮洗廢水屬于高濃度有機(jī)廢水，約占總量的5%~6%，洗瓶、沖洗、殺菌水中有機(jī)物濃度較低，約占廢水總量的20%。

2 啤酒廢水回用技術(shù)
 
以前，啤酒廠都是將各個(gè)工序的廢水排放到同一個(gè)蓄水池中混合后再進(jìn)行綜合處理，處理后根據(jù)水質(zhì)特性考慮排放或再利用水處理工藝進(jìn)行循環(huán)利用。目前已有將不同來(lái)源的廢水根據(jù)水質(zhì)不同分別處理或回用的報(bào)道，主要包括以下幾種水源：（1）應(yīng)用于啤酒產(chǎn)品的初級(jí)水；（2）用于降溫的冷卻水；（3）用于清洗酒瓶及灌裝過(guò)程產(chǎn)生的低有機(jī)濃度清洗廢水；（4）經(jīng)過(guò)生化處理后達(dá)標(biāo)排放的廢水。這些廢水經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理能夠回用作為冷卻水、清洗水、制麥芽用水及其他不直接加入啤酒中的次級(jí)水。由于啤酒工藝排放廢水的復(fù)雜性，現(xiàn)階段全面實(shí)行水封閉循環(huán)還有很大難度，因此筆者主要針對(duì)以上幾種水源情況綜述啤酒廢水回用新技術(shù)。

2.1 啤酒廢水的預(yù)處理技術(shù)
 
啤酒廢水的預(yù)處理主要是針對(duì)一些高度污染的啤酒工藝廢水，這些工藝廢水必須經(jīng)過(guò)一定的預(yù)處理，降低原有廢水的各項(xiàng)污染指標(biāo)，通常情況下是達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行回用。啤酒廢水的預(yù)處理技術(shù)主要包括物理方法、化學(xué)方法、生物方法以及以上幾種方法的聯(lián)用，最近幾年還興起了微生物燃料電池技術(shù)。

（1）物理和化學(xué)方法。啤酒廢水一般會(huì)含有一些肉眼可見(jiàn)物，包括懸浮物（SS）及可沉降的固體物質(zhì)。廢水回用處理第一階段一般采用物理方法。物理方法主要根據(jù)懸浮物密度的不同使低密度物質(zhì)上浮、高密度物質(zhì)沉降，包括篩濾、氣浮、重力沉降、均衡調(diào)節(jié)、離心分離以及機(jī)械絮凝法。但是多數(shù)情況下，物理方法并不能完全清除這些污染物或?qū)⑵渫耆�分離，需要進(jìn)一步采用化學(xué)方法。

化學(xué)方法主要包括加入pH調(diào)節(jié)劑使廢水得到中和、加入絮凝劑使膠體物質(zhì)混凝沉淀以及加入氧化劑（如O3、Cl2、空氣）對(duì)廢水中的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行氧化分解。A. Gangagni Rao等將厭氧生物反應(yīng)器中產(chǎn)生的CO2作為酸化劑調(diào)節(jié)廢水pH，既減少了向環(huán)境排放的廢氣量又節(jié)約了購(gòu)買酸化劑的費(fèi)用。T. Pavón-Silva等發(fā)現(xiàn)聚合氯化鋁為預(yù)處理階段最佳絮凝劑，廢水經(jīng)過(guò)絮凝沉淀后再進(jìn)行生物處理能夠達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。郭浩等采用臭氧活性炭—超濾—紫外臭氧聯(lián)合消毒處理工藝對(duì)釀酒行業(yè)洗瓶廢水進(jìn)行處理，處理后水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)要求，回用率達(dá)到100%。化學(xué)處理方法能夠有效去除一些大分子污染物質(zhì)，但是仍需要進(jìn)一步處理可溶性有機(jī)物。

（2）生物方法。目前國(guó)內(nèi)外啤酒廠工業(yè)廢水處理都是采用以生化法為中心的處理系統(tǒng)，根據(jù)生物處理過(guò)程中是否需要曝氣，將生化處理法分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩大類。好氧生物處理是在氧氣存在條件下通過(guò)好氧微生物（通常為細(xì)菌）消耗水中的有機(jī)物產(chǎn)生CO2、H2O和NH3，從而將可溶性固形物轉(zhuǎn)化成可沉降固形物，隨后進(jìn)行沉淀�，F(xiàn)階段應(yīng)用的好氧生物處理法主要有3種形式：活性污泥法、生物膜法及氧化塘。厭氧生物處理法是在沒(méi)有空氣（或氧氣）存在的條件下，通過(guò)厭氧微生物將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成沼氣（CH4 55%~75%、CO2 25%~40%）的過(guò)程。根據(jù)裝置設(shè)計(jì)不同，現(xiàn)階段厭氧處理方法主要有升流式厭氧污泥反應(yīng)床（UASB）、厭氧流化床反應(yīng)器（FBR）以及厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器（IC）等幾種形式。厭氧生物處理較好氧生物處理動(dòng)力耗能低、產(chǎn)生污泥量少，適合處理高濃度有機(jī)廢水（COD＞2 000 mg/L、BOD5＞1 000 mg/L）并且有沼氣產(chǎn)生，但是對(duì)溫度、pH要求高，啟動(dòng)慢，出水COD高。因此，生物處理法正朝著厭氧+好氧綜合處理法發(fā)展，實(shí)踐證明，厭氧+好氧工藝處理啤酒廢水是成熟可靠的工藝，目前正成為我國(guó)啤酒廢水處理工藝的主流技術(shù)。

幸響付等用升流式厭氧污泥反應(yīng)床（UASB）+厭氧/缺氧/好氧活性污泥（A2O）+化學(xué)除磷組合工藝對(duì)啤酒廢水進(jìn)行深度處理并回用，厭氧、好氧工藝處理后的廢水經(jīng)過(guò)過(guò)濾單元、消毒單元和供水單元后達(dá)到了回用標(biāo)準(zhǔn)，回用水可用作啤酒廠的非生產(chǎn)工藝輔助用水，如釀造、包裝車間場(chǎng)地設(shè)備外表沖洗用水、冷卻循環(huán)用水等。李耀陽(yáng)等在高濃度啤酒廢水處理及回用方面做了相關(guān)探究，其采用微濾—厭氧水解—接觸氧化—?dú)飧」に嚕�使高濃度啤酒廢水經(jīng)厭氧+需氧綜合處理后達(dá)到了國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，隨后廢水經(jīng)過(guò)高效過(guò)濾—活性炭吸附—加氯殺菌工藝處理，達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。冀貞泉等采用厭氧—好氧工藝技術(shù)對(duì)啤酒廢水進(jìn)行處理，隨后進(jìn)一步去除濁度和進(jìn)行消毒處理，使白馬山啤酒廠排放廢水達(dá)到或接近飲用水標(biāo)準(zhǔn)，能回用作間接冷卻水、清洗水等�？梢钥闯�，通過(guò)厭氧+需氧對(duì)啤酒廢水進(jìn)行預(yù)處理是廢水回用的前提。

（3）微生物燃料電池。微生物燃料電池（MFC）是利用酶或微生物作為陽(yáng)極催化劑，通過(guò)代謝作用將有機(jī)物氧化產(chǎn)生電能的裝置。由于MFC能在處理有機(jī)廢水的同時(shí)獲得電能，因而受到學(xué)者的廣泛關(guān)注。其主要作用原理是在微生物細(xì)胞內(nèi)將可降解的有機(jī)質(zhì)（廢水中的有機(jī)物質(zhì)）代謝分解，并通過(guò)呼吸鏈將此過(guò)程產(chǎn)生的電子傳輸?shù)郊?xì)胞膜上，然后電子進(jìn)一步從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移到電池的陽(yáng)極上，陽(yáng)極上的電子通過(guò)外電路到達(dá)電池陰極，在陰極表面，電子最終與電子受體（氧化劑如氧氣）結(jié)合，有機(jī)物代謝分解過(guò)程中產(chǎn)生的質(zhì)子則在電池內(nèi)部從陽(yáng)極區(qū)擴(kuò)散到陰極區(qū)，從而完成整個(gè)微生物燃料電池的電子傳遞過(guò)程。MFC預(yù)處理啤酒廢水具有如下特點(diǎn)：（1）直接將底物化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，能量利用率高；（2）有機(jī)物利用率高，廢水中各種有機(jī)物都可以作為燃料發(fā)電；（3）常溫常壓下進(jìn)行操作，條件溫和；（4）不需要充電；（5）產(chǎn)生的氣體不需要處理，主要產(chǎn)生 CO2（無(wú)N2、H2S、CH4、H2等產(chǎn)生）；（6）產(chǎn)生污泥量低。Yujie Feng等應(yīng)用MFC對(duì)啤酒廢水進(jìn)行處理，在20、30 ℃下，啤酒廢水COD為（2 250±418） mg/L時(shí)，去除率分別為85%、87%。A. S. Mathuriya等〔15〕報(bào)道連續(xù)的MFC處理啤酒廢水對(duì)COD去除率能夠達(dá)到94%。可見(jiàn)，MFC連續(xù)處理后的啤酒廢水經(jīng)進(jìn)一步深處理可在回用的同時(shí)產(chǎn)生再生能源，是具有發(fā)展前景的高濃度有機(jī)廢水預(yù)處理新技術(shù)。

2.2 啤酒廢水的回用技術(shù)
 
啤酒廢水經(jīng)過(guò)預(yù)處理后進(jìn)一步處理可達(dá)到循環(huán)利用的標(biāo)準(zhǔn)，也可以將污染程度不高的啤酒廢水直接處理使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后回用。

（1）膜過(guò)濾。國(guó)內(nèi)外研究最熱門且應(yīng)用最多的廢水回用技術(shù)為膜過(guò)濾技術(shù)。它是采用天然或人工合成膜以外界能量或化學(xué)差作為推動(dòng)力，對(duì)廢水中的各組分進(jìn)行分離、分級(jí)和提純富集的方法，依據(jù)操作壓力及孔徑大小分為4類：微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）及反滲透（RO）。表2為4種不同過(guò)濾方式的各項(xiàng)指標(biāo)比較。

表 ２ 4 種膜過(guò)濾方式比較

多篇文獻(xiàn)報(bào)道了膜過(guò)濾技術(shù)在啤酒廢水回用中的應(yīng)用情況。L. Braeken等將納濾應(yīng)用于啤酒廢水的循環(huán)利用，采用4種不同的納濾膜（UTC-20、 UTC-60、Desal-HL-51、Desal-5-DK）對(duì)4種不同來(lái)源的啤酒廢水（經(jīng)過(guò)生物預(yù)處理排放的廢水、洗瓶水、清酒池清洗水和發(fā)酵室清洗水）進(jìn)行過(guò)濾，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)生物預(yù)處理后的廢水經(jīng)納濾后除電導(dǎo)率沒(méi)有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，其他各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。M. Vourch等應(yīng)用反滲透對(duì)廢水進(jìn)行處理回用，結(jié)果表明經(jīng)過(guò)反滲透的廢水與蒸餾水相似，達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，能夠應(yīng)用于煮沸、清洗及冷卻環(huán)節(jié)。沈興研究了啤酒廢水常規(guī)處理工藝并在其出水水質(zhì)基礎(chǔ)上采用超濾和反滲透進(jìn)行深度處理，處理后水質(zhì)滿足中水回用要求，可用作冷卻水和蒸汽鍋爐系統(tǒng)的補(bǔ)充水，取得了巨大經(jīng)濟(jì)效益。B. Van der Bruggen等以膜過(guò)濾為主要技術(shù)對(duì)洗瓶廢水、發(fā)酵室清洗水進(jìn)行處理回用，通過(guò)超濾膜去除顆粒性物質(zhì)、纖維和懸浮固體物質(zhì)，之后采用納濾膜去除可溶性鹽和有機(jī)物質(zhì)，出水COD、電導(dǎo)率等均達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，可用作所有非接觸啤酒用水。

（2）膜生物反應(yīng)器。膜生物反應(yīng)器（MBR）是已被證實(shí)的可高效去除廢水中有機(jī)、無(wú)機(jī)污染物以及病原菌、病毒的具有發(fā)展前景的廢水處理新技術(shù)。它綜合了傳統(tǒng)生物處理法及膜過(guò)濾法的特點(diǎn)，即通過(guò)微生物降解大分子物質(zhì)或難溶性顆粒物形成可溶性小分子物質(zhì)，然后再通過(guò)膜過(guò)濾將小分子物質(zhì)濾除，從而得到凈水。

近幾年MBR正不斷應(yīng)用到廢水處理與回用中。T. Melin報(bào)道，截止2004年德國(guó)共8家大、中規(guī)模的污水處理廠（＞2 000 m3/d）應(yīng)用MBR對(duì)廢水進(jìn)行處理，3家不同規(guī)模MBR應(yīng)用于廢水回用。表3為MBR對(duì)廢水各項(xiàng)指標(biāo)的綜合去除率。HaipingDai 等應(yīng)用升流式厭氧污泥反應(yīng)床+膜生物反應(yīng)器（UASB+MBR）對(duì)啤酒廢水進(jìn)行處理，結(jié)果表明處理后的啤酒廢水達(dá)到城市回用水標(biāo)準(zhǔn)（GB 18921— 2002）。秦百晶等根據(jù)啤酒廢水特點(diǎn)提出了中水回用方案，方法之一即采用MBR法對(duì)UASB處理后的廢水進(jìn)行深度處理，經(jīng)過(guò)比較和投資估算認(rèn)為這種方法在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上是可行的。王連軍等采用好氧分置式膜生物反應(yīng)器直接處理啤酒廢水3.5~5 h，對(duì)COD、NH3-N、SS、濁度的去除率分別達(dá)到96%、99%、90%、100%，出水水質(zhì)好且穩(wěn)定，宜于回用。

表 ３ MBR 對(duì)廢水各污染物的去除率

（3）低溫等離子體。等離子體是對(duì)氣體放電產(chǎn)生的高度電離的具有化學(xué)反應(yīng)性，與其他物質(zhì)狀態(tài)不同的特異性能氣體，又稱為物質(zhì)的第四態(tài)。等離子體由電子、正負(fù)離子、激發(fā)態(tài)原子、分子以及自由基等組成。采用低溫等離子體處理廢水，是基于高能電子輻射、臭氧氧化與紫外光分解3種原理于一體的廢水處理新技術(shù)。A. Doubla等應(yīng)用低溫等離子體對(duì)啤酒廢水有機(jī)污染物進(jìn)行去除，結(jié)果顯示啤酒廢水BOD5為385、1 018 mg/L時(shí)對(duì)應(yīng)的去除率分別為74%、98%，并且發(fā)現(xiàn)低溫等離子體能使堿性啤酒廢水得到中和�；�于低溫等離子體能在短時(shí)間內(nèi)去除有機(jī)污染物及微生物，作者提出低溫等離子體能夠與生物處理法聯(lián)用以進(jìn)一步降低有機(jī)污染物濃度，從而簡(jiǎn)便快捷地達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。盡管有一部分關(guān)于低溫等離子體對(duì)啤酒廢水處理的報(bào)道，但目前并沒(méi)有工業(yè)化的等離子體水處理裝置，該技術(shù)需要解決工藝流程、結(jié)果評(píng)價(jià)、控制技術(shù)和裝置以及連續(xù)流動(dòng)水處理的問(wèn)題。

（4）電化學(xué)方法。電化學(xué)方法是在外加電源下對(duì)廢水進(jìn)行電解，根據(jù)去除機(jī)理不同可以分為3種類型：電化學(xué)絮凝、電化學(xué)氧化與電化學(xué)還原，常用于去除難降解廢水中的污染物。其中電化學(xué)氧化是基于陽(yáng)極產(chǎn)生的氧化產(chǎn)物對(duì)廢水中有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行氧化降解。電化學(xué)方法處理啤酒廢水不會(huì)受到水壓的影響，也不像生物處理方法產(chǎn)生有毒物質(zhì)且處理時(shí)間短，因而受到人們歡迎。F. Manea等對(duì)電化學(xué)方法降解廢水中有機(jī)物質(zhì)做了相關(guān)探究，認(rèn)為電化學(xué)絮凝法能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)絮凝劑去除有機(jī)物質(zhì)，電化學(xué)氧化法非常適合降解及氧化含有難降解有機(jī)物的廢水。T. Zayas等采用絮凝沉淀+電化學(xué)方法澄清經(jīng)過(guò)生物處理的酒糟廢水，可使廢水COD去除率超過(guò)95%，且顏色和濁度的去除率達(dá)到100%，經(jīng)進(jìn)一步處理即可回用。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 總結(jié)與展望
 
傳統(tǒng)的絮凝、沉淀以及重力沉降、化學(xué)氧化等方法具有分離效率低、耗資高、占地面積大以及可能產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn)，生物處理法作為預(yù)處理方法得到廣泛的應(yīng)用。通常啤酒廠廢水處理過(guò)程都會(huì)用到需氧處理，近些年來(lái)厭氧處理因具有較高的COD去除率逐漸成為人們的首要選擇。MFC因在有效去除廢水COD的同時(shí)產(chǎn)生能源，也受到廣泛關(guān)注。盡管這些方法在有機(jī)物含量較高的啤酒廠廢水處理中得到廣泛應(yīng)用，但如將這些廢水進(jìn)行循環(huán)利用還需作進(jìn)一步處理。

膜過(guò)濾、MBR、低溫等離子體以及電化學(xué)方法等新型回用技術(shù)具有發(fā)展前景，它們將隨著研究深入在啤酒廢水回用方面發(fā)揮巨大作用。如電化學(xué)方法在電解啤酒廢水中氯的同時(shí)，產(chǎn)生的Cl2經(jīng)歧化反應(yīng)可生成HClO，能對(duì)致病微生物起到抑制作用，達(dá)到回用過(guò)程中除鹽和殺菌的雙重作用；MBR兼具活性污泥和膜過(guò)濾的功能，因而適合處理有機(jī)物濃度稍高的啤酒廢水；低溫等離子體法對(duì)啤酒廢水處理也比較有效，但其產(chǎn)生電弧將消耗大量電能，所以處理費(fèi)用比較昂貴。值得一提的是，膜技術(shù)尤其是反滲透技術(shù)在啤酒廢水回用中的作用將不斷加大，隨著新型膜材料的研制以及膜質(zhì)量的提高，膜過(guò)濾將作為啤酒廢水回用的主導(dǎo)處理技術(shù)得到高質(zhì)量的回用水。