葡萄酒生產(chǎn)廢水處理工藝研究

郭鑫1 曹玉振2

1淮安市政設(shè)計(jì)研究院有限公司 江蘇淮安 223005；

2上海同建強(qiáng)華建筑設(shè)計(jì)有限公司 上海 200092

摘要：通過列舉不同處理工藝對(duì)于葡萄酒生產(chǎn)廢水處理的效果，包括厭氧工藝、Fenton試劑氧化、臭氧氧化工藝、物理吸附法及好氧生物法，研究各種處理工藝對(duì)于廢水的處理效果、優(yōu)缺點(diǎn)、處理成本及工程可行性，從而指導(dǎo)工程實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：葡萄酒生產(chǎn)廢水；Fenton試劑；臭氧氧化；厭氧；好氧氧化

1 Fenton試劑氧化

1.1 Fenton試劑的原理

Fenton試劑是在溶液中加入亞鐵離子和過氧化氫從而形成的一種的混合體系。在Fe2+的催化作用下，H2O2形成具有強(qiáng)氧化性的自由基·OH。在與有機(jī)物反應(yīng)時(shí)，有機(jī)物分子失去氫原子，被氧化成小分子有機(jī)物或者分解為H2O和CO2。自由基與溶液中有機(jī)污染物反應(yīng)不斷消耗·OH，當(dāng)·OH消耗殆盡，即意味著反應(yīng)結(jié)束。

1.2Fenton試劑的優(yōu)點(diǎn)

（1）Fenton氧化所需溫度較低，無需外界提供大量熱量，從而降低處理成本。

（2）Fenton氧化是一種物理化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)速率快于其他傳統(tǒng)化學(xué)氧化法短時(shí)間即可完成反應(yīng)，反應(yīng)很容易進(jìn)行控制，從而達(dá)到處理廢水的目的。

（3）·OH對(duì)水中污染物的氧化沒有選擇性，將污染物直接氧化成CO2、H2O或者降解成易于處理的小分子有機(jī)物，而不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

1.3Fenton試劑在葡萄酒生產(chǎn)廢水處理中的應(yīng)用

Maria P.Ormad在研究葡萄酒廢水預(yù)處理工藝中率先采用了均相光Fenton氧化技術(shù)：在最優(yōu)的參數(shù)條件下，可以去除水中95%的TOC，影響處理效果的主要因素歸納如下：Fe3+和H2O2的用量對(duì)于去除率有著最大的影響，而反應(yīng)時(shí)間和初始有機(jī)物濃度的影響幾乎可以忽略，；Rosa Mosteo則利用非均相光Fenton氧化技術(shù)預(yù)處理葡萄酒生產(chǎn)廢水，研究結(jié)果表明：TOC去除率最高可達(dá)到55%，并且研究結(jié)果表明廢水中粘土的濃度以及初始有機(jī)物的濃度對(duì)TOC去除率幾乎沒有關(guān)系。

2 臭氧氧化

2.1 臭氧氧化技術(shù)的機(jī)理

臭氧氧化根據(jù)氧化途徑不同分為兩種：直接氧化和間接氧化。直接氧化發(fā)揮氧化作用的主要是臭氧分子本身，而間接氧化則不同，由水中產(chǎn)生的羥基自由基·OH來氧化有機(jī)物。參與氧化的主體不同導(dǎo)致了兩者氧化效果的不同。當(dāng)某些因素的存在限制了自由基的生成，直接氧化成為主導(dǎo)作用。

臭氧的直接氧化：臭氧的直接氧化對(duì)象主要是帶有雙鍵結(jié)構(gòu)的物質(zhì)、芳香族化合物以及硫化物，氧化有機(jī)物具有選擇性且反應(yīng)速率較低。在較低的pH溶液中，羥基自由基的生成會(huì)被H+有所抑制，因此臭氧在水溶液中起主要作用。

臭氧的間接氧化：O3可在水溶液中某些特殊分子或離子的誘發(fā)下，分解產(chǎn)生·OH，·OH氧化分解有機(jī)物或者無機(jī)物可通過電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)、脫氫反應(yīng)和親電加成反應(yīng)完成。

①電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)：有機(jī)物為·OH提供外來電子，將其還原為OH-，有機(jī)物被氧化為自由基，進(jìn)行下一步反應(yīng)。

② 脫氫反應(yīng)：有機(jī)物為·OH提供氫原子，·OH轉(zhuǎn)化為H2O，參加反應(yīng)的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂苫，進(jìn)行下一步反應(yīng)。

③ 親電加成反應(yīng)：·OH加成到雙鍵上，形成-OH 在α位碳原子上的碳中心自由基，進(jìn)行下一步反應(yīng)。

2.2 臭氧氧化在廢水處理中的應(yīng)用

代莎莎等研究處理染料廢水時(shí)采用O3/H2O2工藝，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)pH=11，O3/H2O2的物質(zhì)的量比是0.6時(shí)，達(dá)到最高COD去除率50%，色度可100%去除，BOD5/COD從原水的0.05提升至0.27，可生化效果得到大幅度提升，且pH值對(duì)去除效果影響較大；錢正剛等人采用臭氧技術(shù)處理苯胺溶液，最高苯胺去除率可達(dá)到99%：初始濃度為200mg/L，pH為9.0，臭氧流量為300mg/h，并且對(duì)苯胺的降解符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。白佳琦等利用臭氧對(duì)醬油廢水進(jìn)行預(yù)處理，COD的去除率可達(dá)31.52%，色度去除率為84.99%，最佳反應(yīng)條件為：pH=12，溫度為30°C，臭氧濃度為29.17mg/L；陽立平等采用臭氧氧化技術(shù)處理高濃度苯酚廢水，結(jié)果顯示，pH為11～12時(shí)，COD去除率可達(dá)91%，且溫度的影響不大，酚的降解符合一級(jí)反應(yīng)。

3 物理吸附法

李金娥在處理葡萄酒生產(chǎn)廢水時(shí)創(chuàng)造性的采用了新疆有機(jī)膨潤(rùn)土處理，結(jié)果顯示：初始pH=5.0，膨潤(rùn)土用量為1.2g/50mL，反應(yīng)進(jìn)行60min時(shí)，CODcr和BOD5去除率分別達(dá)到60%和79%；孫鳳娟等人采用膨潤(rùn)土吸附-微波催化氧化處理葡萄酒生產(chǎn)廢水，可以使COD去除率最高達(dá)到80%，其最佳條件為：膨潤(rùn)土用量為2.6g/100mL，H2O2用量為2.1mL，pH=3.5，反應(yīng)時(shí)間25min。物理吸附法的缺點(diǎn)在于雖能達(dá)到較高的COD去除率，但是由于葡萄酒廢水原水濃度很高，若要達(dá)到日益嚴(yán)格的出水排放標(biāo)準(zhǔn)，仍需后續(xù)的生化處理。

4厭氧工藝

4.1厭氧工藝的原理

有機(jī)污染物在無氧或缺氧環(huán)境中，在兼性菌和專性厭氧菌的新陳代謝下作用下，生成二氧化碳和甲烷氣體，從而達(dá)到去除有機(jī)污染物的目的，且甲烷可以進(jìn)行能源利用。厭氧工藝廣泛應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水的預(yù)處理，為后續(xù)好氧工藝的正常運(yùn)行提供保證。

4.2葡萄酒廢水的厭氧處理

（1）上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）

馬可民等采用厭氧-好氧工藝處理葡萄酒廢水，UASB工藝作為預(yù)處理工藝COD的去除率達(dá)80%；朱翠霞等采用UASB--接觸氧化工藝，出水COD可以低于100mg/L，容積負(fù)荷為8.5 kg.m3.d-1時(shí)，可有效去除81%-82%的COD，減小后續(xù)接觸氧化池的負(fù)荷。

（2）其他形式的厭氧反應(yīng)器應(yīng)用

Ruiz.C采用ASBR工藝處理葡萄酒生產(chǎn)廢水，COD的去除率可達(dá)到98%，具體最佳參數(shù)如下：HRT為2.2d時(shí)，有機(jī)負(fù)荷為8.6g COD/L·d，且發(fā)現(xiàn)出水中主要含有乙醇，而VFA中主要以乙酸鹽的形式存在。

R.Ganesh采用厭氧流化床反應(yīng)器（AFB）處理葡萄酒廢水，研究結(jié)果表明：在有機(jī)負(fù)荷為42 g/L·d時(shí)COD的去除率達(dá)到80%左右；A.Converti采用同樣的反應(yīng)器，有機(jī)負(fù)荷為6.2kg/m3·d和48.2kg/m3·d時(shí)，COD去除值為5.65kg/m3·d和29.9kg/m3·d，對(duì)應(yīng)的去除率分別是91%和62%。

5 好氧生物法

好氧生物法是指在好氧條件下，污泥中的好氧菌將廢水中的有機(jī)污染物作為營養(yǎng)來源進(jìn)行新陳代謝作用，達(dá)到凈化廢水的作用。

買文寧采用周期循環(huán)活性污泥系統(tǒng)（CASS）處理葡萄酒廢水，可使出水平均COD、SS分別為49mg/L和41mg/L。

6結(jié)論

（1）Fenton試劑氧化、臭氧氧化工藝、物理吸附法、厭氧氧化和好氧生物法均對(duì)葡萄酒生產(chǎn)廢水有著較好的處理效果；

（2）厭氧工藝、Fenton試劑對(duì)于COD較高的葡萄酒生產(chǎn)廢水COD去除率較高；臭氧氧化能夠很好的去除廢水的色度，色度可獲得100%的去除，COD去除率較前兩種工藝略差；物理吸附法在最佳條件下可以使COD去除率達(dá)到80%以上，但若達(dá)到較高的出水標(biāo)準(zhǔn)，還需后續(xù)的生化處理。

參考文獻(xiàn)：

[1]R.Ganesh，Joseph V.Thanikal，Michel Torrijos.Anaerobic treatment of winery wastewater in fixed bed reactors.Bioprocess Biosyst Eng，2010，33：619–628

[2]代莎莎，王西云.臭氧高級(jí)氧化技術(shù)預(yù)處理染料廢水的試驗(yàn)研究.能源環(huán)境保護(hù)，2011，25（2）：25-28

[3]錢正剛，黃新文，何志橋，等.臭氧氧化處理苯胺廢水.水處理技術(shù)，2006，32（3）：29-31

[4]白佳琦，牛志廣，沈麗.臭氧氧化法預(yù)處理醬油廢水的試驗(yàn)研究.給水排水，2010，36：271-273