葡萄酒廢水處理工藝研究

蘇小鋒

【摘 要】葡萄酒產(chǎn)業(yè)在我國發(fā)展很快，隨著人們生活水平的提高，葡萄酒消費(fèi)也在迅速增長，新疆作為我國的葡萄主產(chǎn)地，近些年來葡萄酒莊大量興起，在葡萄酒生產(chǎn)繁盛的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生很多的廢水，這些企業(yè)多位于城郊等偏遠(yuǎn)地區(qū)，周邊缺少完備的排水設(shè)施，廢水經(jīng)處理后會(huì)直接排入自然環(huán)境或者用于綠化灌溉，因此要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)處理葡萄酒廢水，達(dá)到排放要求，選取合適的廢水處理工藝。

【關(guān)鍵詞】葡萄酒；廢水；處理

葡萄酒廠在生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，并且隨著季節(jié)的變化，在廢水水質(zhì)和水量上都有所不同，根據(jù)資料顯示，一般生產(chǎn)一噸葡萄酒，大約會(huì)產(chǎn)生3～5噸的廢水，葡萄酒的廢水色度高、濃度高、懸浮物含量高且不易沉淀，多年來我們研究開發(fā)了很多污水處理工藝，如UASB工藝、SBR工藝、CASS工藝等等，各工藝處理葡萄酒廢水均有優(yōu)缺點(diǎn)，由于葡萄酒季節(jié)性廢水水質(zhì)成分的不同，對(duì)于污水處理系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，再加上國家對(duì)于環(huán)境問題的日益重視，廢水排放標(biāo)準(zhǔn)逐漸提高，外排的葡萄酒生產(chǎn)廢水必須達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》 （GB8978—1996）中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以上。單一的廢水處理工藝無法滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，選擇合適的工藝結(jié)合或者對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理來提高效果成為廢水處理的關(guān)鍵。

1.葡萄酒廢水的形成及特點(diǎn)

以產(chǎn)量最多的干紅葡萄酒為例，其生產(chǎn)工藝流程一般為分選除梗→破碎→酒精發(fā)酵→壓榨→蘋乳發(fā)酵→調(diào)配→陳釀→穩(wěn)定→灌裝→成品，排放的廢水主要來源是發(fā)酵廢水、清洗廢水、灌裝廢水。葡萄酒的廢水因不同葡萄品種、不同生產(chǎn)工藝、不同貯存方式而各有區(qū)別，但是整體特點(diǎn)大致相同，廢水中的有機(jī)物含量高、色度高、固體顆粒含量高，其中可溶性顆粒在75～85%之間，可沉淀的部分在15～25%，許多固體顆粒在沉淀池中得不到沉淀而直接進(jìn)入反應(yīng)池。葡萄酒生產(chǎn)過程中的廢水產(chǎn)生主要有以下環(huán)節(jié)：

破碎壓榨：葡萄收集起來以后首先進(jìn)行破碎壓榨獲得葡萄汁，分離后產(chǎn)生大量的葡萄皮、梗、籽，葡萄混合液經(jīng)澄清后進(jìn)入發(fā)酵環(huán)節(jié)，在此階段中產(chǎn)生的廢水主要來源于對(duì)壓榨機(jī)的清洗、生產(chǎn)車間的清洗、發(fā)酵罐的預(yù)清洗以及轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐時(shí)損失的少量葡萄汁，這一階段的廢水約占總廢水量的30%，并且COD含量很高，是廢水中污染最為嚴(yán)重的一部分。

倒罐階段：這一環(huán)節(jié)是將發(fā)酵后的葡萄酒上清液泵入穩(wěn)定罐中，然后將底部的殘液排放，這一階段的廢水來源主要是發(fā)酵罐的清洗、穩(wěn)定罐的預(yù)清洗、生產(chǎn)車間的清洗和殘留的廢液，廢液中的固體懸浮物含量很高，這一階段的廢水排放量約占19%。

過濾階段：穩(wěn)定后的葡萄酒需要用硅藻土作為助濾劑進(jìn)行過濾以提高其品質(zhì)，然后再將葡萄酒液轉(zhuǎn)入儲(chǔ)存罐中。這階段的廢水來源主要是各罐的清洗廢水和酒水損失，廢水特點(diǎn)是含有大量硅藻土顆粒，雖然該顆粒容易沉淀，但是粘性很大，所以需要設(shè)置初沉池來去除硅藻土。此環(huán)節(jié)的廢水排放量最大，約占35%。

灌裝階段：此環(huán)節(jié)是將生產(chǎn)完成的葡萄酒進(jìn)行瓶裝，然后即可進(jìn)入市場銷售。這階段的廢水來源主要是罐、瓶的清洗，泵、車間清洗以及酒液損失。廢水量約占16%左右，這一環(huán)節(jié)的污染相對(duì)較低。

2.葡萄酒廢水對(duì)環(huán)境的影響

葡萄酒廢水的有機(jī)物含量很高，清洗過程中使用的清洗劑會(huì)使廢水含有大量的K+或Na+，廢水有一定的臭味，會(huì)使人們的感官不良，對(duì)于環(huán)境有極大的污染，經(jīng)過處理后的廢水可以降低COD達(dá)到排放要求，用于灌溉或者綠化，但是長遠(yuǎn)來說廢水中的金屬離子對(duì)土壤依然有不利影響。

3.葡萄酒廢水典型處理工藝分析

3.1厭氧處理工藝

系統(tǒng)在無氧或者缺氧的環(huán)境中通過兼性菌和專性厭氧菌的新陳代謝對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解，從而去除有機(jī)物，最終代謝的產(chǎn)物為甲烷和二氧化碳?xì)怏w，甲烷可以作為能源加以再利用。對(duì)于高濃度的有機(jī)廢水往往采用厭氧工藝作為預(yù)處理工藝，先去除部分有機(jī)物，提高后續(xù)工藝處理效率，降低后續(xù)處理負(fù)荷。一般厭氧降解過程如下：（1）把大分子的有機(jī)物水解成小分子。在水解與發(fā)酵細(xì)菌的作用下，將碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪轉(zhuǎn)化成單糖、氨基酸、脂肪酸、甘油等；（2）在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下把上一階段的醇類、簡單有機(jī)酸轉(zhuǎn)化成產(chǎn)甲烷菌能夠利用的氫、乙酸、二氧化碳等；（3）前兩步會(huì)產(chǎn)生大量的氫，氫濃度過高會(huì)阻礙厭氧系統(tǒng)正常進(jìn)行，需要在同型產(chǎn)乙酸菌的作用下將氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙酸；（4）產(chǎn)甲烷菌利用前三步產(chǎn)生的甲醇、乙醇、甲酸、甲胺等形成甲烷。

應(yīng)用厭氧工藝處理葡萄酒廢水主要有幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：厭氧生物處理適合高濃度的有機(jī)廢水；厭氧處理對(duì)氮、磷的需要量少于好氧工藝，與葡萄酒廢水的特點(diǎn)相適合；厭氧處理不需要曝氣，厭氧反應(yīng)器在停止運(yùn)行后亦可快速啟動(dòng)，這一點(diǎn)非常適合葡萄酒廢水的季節(jié)性變化。常用的葡萄酒廢水厭氧處理工藝主要有上流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧固定接觸床反應(yīng)器和厭氧流化床反應(yīng)器。UASB是一種高效的厭氧處理系統(tǒng)，這種反應(yīng)器有厭氧過濾和厭氧活性污泥法的雙重特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)簡單、便于操作、不需要沉淀池和回流裝置、污水適應(yīng)性強(qiáng)、能適應(yīng)大幅度的溫度和PH值變化、運(yùn)行費(fèi)用低、處理效果好，在污水處理領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。

有研究顯示，我國葡萄酒廢水處理運(yùn)用厭氧—好氧工藝，UASB對(duì)于COD的去除率在80%左右，使用UASB聯(lián)合接觸氧化工藝可以使出水COD控制在100mg/L以下，處理效果穩(wěn)定。

3.2好氧處理工藝

好氧處理法是在有氧條件下，利用微生物的新陳代謝來分解廢水中的有機(jī)物，將有機(jī)物降解為微生物基質(zhì)和微生物活動(dòng)所需的能量。根據(jù)微生物的不同存在方式，好氧法可以分為活性污泥法和生物膜法，活性污泥法是應(yīng)用較為廣泛的工藝之一，其是向廢水中注入空氣曝氣，保留沉淀物，每天加入污水，經(jīng)過一定時(shí)間后，因好氧性微生物的繁殖而產(chǎn)生污泥狀絮體，絮體上生存著大量微生物群，具有很強(qiáng)的吸附、氧化有機(jī)物的能力。生物膜法是使微生物附著在濾料或者載體上，并在上面形成膜狀生物污泥，將生物膜與污水接觸，膜上的微生物就會(huì)以廢水中的有機(jī)物為食促進(jìn)自身繁殖，同時(shí)分解有機(jī)物，凈化廢水。研究表明，利用好氧塘處理葡萄酒廢水操作相對(duì)簡單，對(duì)COD的處理效果可達(dá)91%；利用噴射環(huán)流好氧反應(yīng)器處理葡萄酒廢水，對(duì)于季節(jié)性變化的廢水可以穩(wěn)定運(yùn)行超過12個(gè)月，并且可以有效處理負(fù)荷在0.4～5.9kg COD/m3·d之間波動(dòng)的廢水，去除率均在90%以上；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。

3.3物理吸附法

膨潤土主要由蒙脫石等粘土礦物質(zhì)組成，粘度、熱穩(wěn)定性好，膨脹容大，吸水率高，有研究表明，采用新疆有機(jī)膨潤土處理葡萄酒廢水可以使CODcr、BOD5去除率到60%和79%，但是由于葡萄酒廢水濃度較高，如果要達(dá)到國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，還需要后續(xù)的生物處理。

4.廢水的高級(jí)氧化處理

4.1Fenton試劑氧化法

Fenton試劑是 Fe2+離子與 H2O2溶液混合而成，其氧化過程為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，生成具有很強(qiáng)氧化性的·OH，其氧化電極電位為 2.80V，能夠?qū)⒔^大多數(shù)的有機(jī)物氧化成為CO2和H2O，或者將其轉(zhuǎn)化為易降解的小分子有機(jī)物，大大提高了廢水的可生化性。應(yīng)用Fenton試劑預(yù)氧化—SBR處理葡萄酒廢水，可以對(duì)COD的去除率達(dá)到54%。Fenton 試劑反應(yīng)快無污染，初始的有機(jī)物濃度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)于處理效率幾乎沒什么影響，F(xiàn)e3+與 H2O2的用量對(duì)去除率起決定性作用。在實(shí)際應(yīng)用中因?yàn)镠2O2的價(jià)格昂貴成本較高，所以經(jīng)常將Fenton試劑與其他工藝聯(lián)合使用，將其用做廢水的預(yù)處理或者深度處理。

4.2臭氧氧化法

臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，其對(duì)廢水的氧化途徑分為直接氧化和間接氧化，臭氧溶于水、易得、反應(yīng)的產(chǎn)物沒有副產(chǎn)物，所以常用于各種有機(jī)廢水的處理。 多種研究表明，在一定的條件下，臭氧對(duì)于COD的去除能夠達(dá)到50%，對(duì)于色度的處理率接近100%，處理效果十分顯著。

5.結(jié)語

通過對(duì)現(xiàn)今葡萄酒廢水處理工藝的分析，研究各工藝的原理與優(yōu)勢(shì)，根據(jù)葡萄酒生產(chǎn)廢水的特點(diǎn)來選取合適的處理工藝，可以靈活使用高級(jí)氧化預(yù)處理+厭氧—好氧工藝或者厭氧+高級(jí)氧化預(yù)處理+好氧工藝，能夠有效提高處理效率，極大的改善了出水水質(zhì)。

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