БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ПИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА (ОБЗОР)

УДК 628.355

  • Лукашевич Стефания Олеговна – магистрант кафедры биотехнологии. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: stefani.lukashevich@gmail.com

  • Маркевич Раиса Михайловна – кандидат химических наук, доцент кафедры биотехнологии. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: marami@tut.by

DOI: https://doi.org/10.52065/2520-2669-2022-253-1-66-79

Ключевые слова: сточные воды, гранулированный активный ил, пивное производство, химическая потребность в кислороде, анаэробно-аэробный метод очистки, UASB-реактор, SBR-реактор.

Для цитирования: Лукашевич С. О., Маркевич Р. М. Биологическая очистка сточных вод пивного производства // Труды БГТУ. Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. 2022. № 1 (253). С. 66–79. DOI: https://doi.org/10.52065/2520-2669-2022-253-1-66-79.

Аннотация

Способы и технологии, рассмотренные в обзоре литературных источников, относятся к области очистки промышленных сточных вод, в частности к методам очистки сточных вод, образующихся при производстве пива. Пивоваренная промышленность является одним из самых больших потребителей свежей воды на производственные нужды, а образующиеся сточные воды характеризуются высоким уровнем содержания органических загрязняющих веществ и требуют повышенного внимания к их удалению перед сбросом очищенных сточных вод в окружающую среду.

Целью данной работы является обзор способов очистки сточных вод пивного производства, в основе которых лежит технология биологического удаления загрязняющих веществ. Обзор фокусируется на ключевых вопросах: водопотребление пивоваренной промышленности, количество и состав образующихся сточных вод, их экологическое воздействие, традиционные способы очистки сточных вод, а также современные направления развития данной области.

В обзоре описаны основные конструктивные особенности различных биореакторов, принципы очистки, положенные в основу их работы, и отмечено, насколько эффективно данные биореакторы могут быть использованы для очистки сточных вод пивного производства.

Скачать

Список литературы

  1. Fillaudeau L., Blanpain-Avet P., Daufin G. Water, wastewater and waste management in brewing industries // Journal of Cleaner Production. 2006. Vol. 14. P. 463–471. DOI: 10.1016/j.jclepro.2005.01.002.
  2. Huige N. J. Handbook of Brewing. Boca Raton: CRC Press Publ., 2006. 60 p.
  3. Brewery and Winery Wastewater Treatment: Some Focal Points of Design and Operation / A. G. Brito [et al.] // Utilization of By-Products and Treatment of Waste in the Food Industry. 2007. P. 109–131. DOI: 10.1007/978-0-387-35766-9_7.
  4. Water system integration of a brewhouse / X. Feng [et al.] // Energy Conversion and Management. 2009. Vol. 50. P. 354–359. DOI: 10.1016/j.enconman.2008.09.013.
  5. Гавриленков А. М., Зарцына С. С., Зуева С. Б. Экологическая безопасность пищевых производств. СПб: Гиорд, 2006. 272 с.
  6. Крамарева Т. Н. Оценка воздействия на окружающую среду предприятий пищевой промышленности. М.: Сам полиграфист, 2015. 118 с.
  7. Qin R. The characteristics of beer industrial wastewater and its influence on the environment // Earth and Environmental Sciences: 2nd International Symposium on Resource Exploration and Environmental Science Series. 2018. Vol. 170. No. 3. P. 1–5. DOI: 10.1088/1755-1315/170/3/032068.
  8. Treatment of brewery wastewater using anaerobic sequencing batch reactor (ASBR) / X. Shao [et al.] // Bioresource Technology. 2008. Vol. 99. P. 3182–3186. DOI: 10.1016/j.biortech.2007.05.050
  9. Очистные сооружения пивоваренных заводов. Проектировщикам // Компания Argel, 2013. URL: https://www.vo-da.ru/articles/ochistnye-soorujeniya-pivzavodov/sostav-i-harakteristiki (дата обращения: 05.09.2021).
  10. Palmer J. J., Kaminski C. Water. A comprehensive study for brewers. Colorado: A Division of the Brewers Association Publ., 2013. 315 p.
  11. Иванченко О. Б., Хабибулин О. Б. Пути образования и токсические свойства сточных вод пивоваренных предприятий // Экологическая биотехнология. 2015. С. 433–436.
  12. Brewery wastewater treatment using air-cathode microbial fuel cells / Y. Feng [еt al.] // Environmental Biotechnology. 2008. Vol. 78. P. 873–880. DOI: 10.1007/s00253-008-1360-2.
  13. Werkneh A. A., Osunkunle A., Beyene H. D. Recent advances in brewery wastewater treatment; approaches for water reuse and energy recovery: a review // Environmental Sustainability. 2019. Vol. 2. P. 199–209. DOI: 10.1007/s42398-019-00056-2.
  14. Organic pollutants abatement and biodecontamination of brewery effluents by a non-thermal quenched plasma at atmospheric pressure / A. Doubla [et al.] // Chemosphere. 2007. Vol. 69. P. 332–337. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2007.04.007.
  15. Inert COD production in a membrane anaerobic reactor treating brewery wastewater / B. K. Ince [et al.] // Water Research. 2000. Vol. 34. P. 3943–3948. DOI: 10.1016/S0043-1354(00)00170-6.
  16. Brewery wastewater treatment using anaerobic inverse fluidized bed reactors / A. Alvarado-Lassman [et al.] // Bioresource Technology. 2008. Vol. 99. P. 3009–3015. DOI: 10.1016/j.biortech.2007.06.022.
  17. A study of industrial anaerobic treatment of opaque beer brewery wastewater in a tropical climate using a full-scale UASB reactor seeded with activated sludge / W. Parawira [et al.] // Process Biochemistry. 2005. Vol. 40. P. 593–599. DOI: 10.1016/j.procbio.2004.01.036.
  18. Production of electricity from the treatment of continuous brewery wastewater using a microbial fuel cell / Q. Wen [et al.] // Fuel. 2010. Vol. 89, no. 7. P. 1381–1385. DOI: 10.1016/j.fuel.2009.11.004.
  19. Charakterystyka jakościowa ścieków powstających w browarach i słodowniach / W. Janczukowicz [et al.] // Rocznik Ochrona Środowiska. 2013. Vol. 15. P. 729–748.
  20. The treatment of brewery wastewater for reuse: State of the art / G. S. Simate [et al.] // Desalination. 2011. Vol. 273. P. 235–247. DOI: 10.1016/j.desal.2011.02.035.
  21. Driessen W., Vereijken T. Recent developments in biological treatment of brewery effluent // The Institute and Guild of Brewing Convention: Livingstone, Zambia, March 2–7, 2003. 10 p.
  22. Данилович Д. А. Будущее, которое уже наступило: технология гранулированного активного ила. НДТ. 2017. № 3. С. 10–11.
  23. Biogas Production in Brewery // BioThane. URL: http://www.biothane.com/en/articles/14856.html (дата обращения: 15.10.2021).
  24. Baloch M. I., Akunna J. C., Collier P. J. The performance of a phase separated granular bed bioreactor treating brewery wastewater. Bioresource Technology. 2007. Vol. 98. No. 9. P. 1849–1855. DOI: 10.1016/j.biortech.2006.06.014.
  25. Ochieng A. A. Brewery wastewater treatment in a fluidised bed bioreactor // Journal of Hazardous Materials. 2002. Vol. 90. P. 311–321. DOI: 10.1016/s0304-3894(01)00373-9.
  26. Sequencing Batch Reactors (SBR) // EthicsTM. URL: http://www.ethicsinfinity.com/EthicsProductsequencing-batch-reactors-sbr (дата обращения: 15.10.2021).
  27. Treatment of brewery wastewater and its use for biological production of methane and hydrogen / M. K. Arantes [et al.] // International journal of hydrogen energy. 2017. Vol. 42. P. 26243–26256. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.08.206.
  28. A study of industrial anaerobic treatment of opaque beer brewery wastewater in a tropical climate using a full-scale UASB reactor seeded with activated sludge / W. Parawira [et al.] // Process Biochemistry. 2005. Vol. 40. P. 593–599. DOI: 10.1016/j.procbio.2004.01.036.
  29. Performance of a pilot-scale sewage treatment: an up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) and a down-flow hanging sponge (DHS) reactors combined system by sulfur-redox reaction process under low-temperature conditions / M. Takahashi [et al.] // Bioresource Technology. 2011. Vol. 102, no. 2. P. 753–757. DOI: 10.1016/j.biortech.2010.08.081.
  30. Wastewater-based resource recovery technologies across scale / N. Diaz-Elsayed [et al.] // Resource Conservation Recycling. 2019. Vol. 145. P. 94–112. DOI: 10.1016/j.resconrec.2018.12.035.
  31. Baloch M. I., Akunna J. C., Collier P. J. Carbon and nitrogen removal in a granular bed baffled reactor // Environmental Technology. 2010. Vol. 27. P. 201–208. DOI: 10.1080/09593332708618634.
  32. Seung J. L. Applicability and trends of anaerobic granular sludge treatment processes // Biomass and Bioenergy. 2014. Vol. 60. P. 189–202. DOI: 10.1016/J.BIOMBIOE.2013.11.011.
  33. Simultaneous biological removal of sulfur, nitrogen and carbon using EGSB reactor / C. Chen [et al.] // Applied microbiology and biotechnology. 2008. Vol. 78. P. 1057–1063. DOI: 10.1007/s00253-008-1396-3.
  34. Perfomance of ANAMMOX-EGSB reactor / T. Chen [et al.] // Desalination. 2011. Vol. 278, no. 1. P. 281–287. DOI: 10.1016/j.desal.2011.05.038.
  35. Baloch M. I., Akunna J. C. Granular bed baffled reactor (GraBBR): Solution to a two-phase anaerobic digestion system // Journal of Environmental Engineering (ASCE). 2003. Vol. 129. P. 1015–1021. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9372(2003)129:11(1015).
  36. Performance of an anaerobic fluidized bed bioreactor (AnFBR) for digestion of primary municipal wastewater treatment biosolids and bioethanol thin stillage / M. Andalib [et al.] // Renewable Energy. 2014. Vol. 71. P. 276–285. DOI: 10.1016/j.renene.2014.05.039.
  37. Aerobic granulation with brewery wastewater in a sequencing batch reactor / S. Wang [et al.] // Bioresource Technology. 2006. Vol. 98, no. 11. P. 2142–2147. DOI: 10.1016/j.biortech.2006.08.018.
  38. Formation of aerobic granular sludge and the influence of the pH on sludge characteristics in a SBR fed with brewery/bottling plant wastewater / H. Stes [et al.] // Water Science and Technology. 2018. Vol. 77, no. 9. Р. 132–143. DOI: 10.2166/wst.2018.132.
  39. Effect of extended famine conditions on aerobic granular sludge stability in the treatment of brewery wastewater / S. F. Corsino [et al.] // Bioresource Technology. 2017. Vol. 227. P. 150–157. DOI: 10.1016/j.biortech.2016.12.026.
  40. Biase A., Corsino S. F., Devlin T., Munz G., Torregrossa G. Aerobic granular sludge treating anaerobically pretreated brewery wastewater at different loading rates // Water Science and Technology. 2018. Vol. 12. P. 2295–2298. DOI: 10.2175/193864718825137115.
  41. Intermittent aeration improving activated granular sludge granulation for nitrogen and phosphorus removal from domestic wastewater / J. Huanf [et al.] // Bioresourse Technology Report. 2021. Vol. 15. P. 1–11. DOI: 10.1016/j.biteb.2021.100739.
  42. Bakar B. F., Shabangu K., Chetty M. Brewery wastewater treatment using laboratory scale aerobic sequencing batch reactor // South African Journal of Chemical Engineering. 2017. Vol. 24, no. 1. P. 128–134. DOI: 10.1016/j.sajce.2017.08.001.
  43. Zheng S., Lu H., Zhang G. The recent development of the aerobic granular sludge for industrial wastewater treatment // Environmental Technology Reviews. 2020. Vol. 9, no. 1. P. 55–66. DOI: 10.1080/21622515.2020.1732479.
  44. Sarma S. J., Tay J. H. Aerobic Granulation for a Future Wastewater Treatment Technology: Challenges Ahead // Environmental Science. Water research and technology. 2017. Vol. 4. P. 9–15. DOI: 10.1039/C7EW00148G.
  45. Reactivation of aerobic granular sludge for the treatment of industrial shipboard slop wastewater: Effects of long-term storage on granules structure, biofilm activity and microbial community / R. Campo [et al.] // Journal of Water Process Engineering. 2021. Vol. 42. P. 1–11. DOI: 10.1016/j.jwpe.2021.102101.
  46. Sheng J. P., Yu H. Q., Li X. Y. Extracellular polymeric substances (EPS) of microbial aggregates in biological wastewater treatment systems // Biotechnol. Adv. 2010. Vol. 28, no. 6. P. 882–894. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2010.08.001.
  47. Effects of wastewater type on stability and operating conditions control strategy in relation to the formation of aerobic granular sludge / N. A. Harnirrudin [et al.] // Water Science and technology. 2021. P. 1–18. DOI: 10.2166/wst.2021.415.
  48. Shifts in bacterial community composition and abundance of nitrifiers during aerobic granulation in two nitrifying sequencing batch reactors / X. Y. Fan [et al.] // Bioresourse Technology. 2018. Vol. 251. P. 99–107. DOI: 10.1016/j.biortech.2017.12.038.
  49. Brewery wastewater treatment and resource recovery through long term continuous-mode operation in pilot photosynthetic bacteria membrane bioreactor / H. Lu [et al.] // Scientific Total Environment. 2019. Vol. 646. P. 196–205. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.07.268.
  50. Braeken L., Bruggen B., Vandecasteele T. Regeneration of brewery wastewater using nanofltration // Water Resourse and Technology. 2004. Vol. 38, no. 13. P. 3075–3082. DOI: 10.1016/j.watres.2004.03.028.
  51. Zahrim A. Y., Tizaoui C., Hilai N. Coagulation with polymers for nanofltration pre-treatment of highly concentrated dyes: a review // Desalination. 2011. Vol. 266. P. 1–16. DOI: 10.1016/j.desal.2010.08.012.
  52. Olajire A. A. The brewing industry and environmental challenges // Journal of Cleaner Production. 2012. Vol. 30. P. 313–320. DOI: 10.1016/j.jclepro.2012.03.003.
  53. Pandey P. Recent advances in the use of different substrates in microbial fuel cells toward wastewater treatment and simultaneous energy recovery // Applied Energy. 2016. Vol. 168. P. 706–723. DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.01.056.
Поступила 15.11.2021