葡萄酒生產廢水處理工藝研究

郭鑫1 曹玉振2

1淮安市政設計研究院有限公司 江蘇淮安 223005；

2上海同建強華建筑設計有限公司 上海 200092

摘要：通過列舉不同處理工藝對于葡萄酒生產廢水處理的效果，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于廢水的處理效果、優缺點、處理成本及工程可行性，從而指導工程實踐。

關鍵詞：葡萄酒生產廢水；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形成具有強氧化性的自由基·OH。在與有機物反應時，有機物分子失去氫原子，被氧化成小分子有機物或者分解為H2O和CO2。自由基與溶液中有機污染物反應不斷消耗·OH，當·OH消耗殆盡，即意味著反應結束。

1.2Fenton試劑的優點

（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反應，反應速率快于其他傳統化學氧化法短時間即可完成反應，反應很容易進行控制，從而達到處理廢水的目的。

（3）·OH對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物，而不會產生二次污染。

1.3Fenton試劑在葡萄酒生產廢水處理中的應用

Maria P.Ormad在研究葡萄酒廢水預處理工藝中率先采用了均相光Fenton氧化技術：在最優的參數條件下，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的用量對于去除率有著最大的影響，而反應時間和初始有機物濃度的影響幾乎可以忽略，；Rosa Mosteo則利用非均相光Fenton氧化技術預處理葡萄酒生產廢水，研究結果表明：TOC去除率最高可達到55%，并且研究結果表明廢水中粘土的濃度以及初始有機物的濃度對TOC去除率幾乎沒有關系。

2 臭氧氧化

2.1 臭氧氧化技術的機理

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

臭氧的直接氧化：臭氧的直接氧化對象主要是帶有雙鍵結構的物質、芳香族化合物以及硫化物，氧化有機物具有選擇性且反應速率較低。在較低的pH溶液中，羥基自由基的生成會被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下，分解產生·OH，·OH氧化分解有機物或者無機物可通過電子轉移反應、脫氫反應和親電加成反應完成。

①電子轉移反應：有機物為·OH提供外來電子，將其還原為OH-，有機物被氧化為自由基，進行下一步反應。

② 脫氫反應：有機物為·OH提供氫原子，·OH轉化為H2O，參加反應的有機物轉變為自由基·R，進行下一步反應。

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

2.2 臭氧氧化在廢水處理中的應用

代莎莎等研究處理染料廢水時采用O3/H2O2工藝，其實驗結果表明：當pH=11，O3/H2O2的物質的量比是0.6時，達到最高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值對去除效果影響較大；錢正剛等人采用臭氧技術處理苯胺溶液，最高苯胺去除率可達到99%：初始濃度為200mg/L，pH為9.0，臭氧流量為300mg/h，并且對苯胺的降解符合一級反應動力學。白佳琦等利用臭氧對醬油廢水進行預處理，COD的去除率可達31.52%，色度去除率為84.99%，最佳反應條件為：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處理高濃度苯酚廢水，結果顯示，pH為11～12時，COD去除率可達91%，且溫度的影響不大，酚的降解符合一級反應。

3 物理吸附法

李金娥在處理葡萄酒生產廢水時創造性的采用了新疆有機膨潤土處理，結果顯示：初始pH=5.0，膨潤土用量為1.2g/50mL，反應進行60min時，CODcr和BOD5去除率分別達到60%和79%；孫鳳娟等人采用膨潤土吸附-微波催化氧化處理葡萄酒生產廢水，可以使COD去除率最高達到80%，其最佳條件為：膨潤土用量為2.6g/100mL，H2O2用量為2.1mL，pH=3.5，反應時間25min。物理吸附法的缺點在于雖能達到較高的COD去除率，但是由于葡萄酒廢水原水濃度很高，若要達到日益嚴格的出水排放標準，仍需后續的生化處理。

4厭氧工藝

4.1厭氧工藝的原理

有機污染物在無氧或缺氧環境中，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，從而達到去除有機污染物的目的，且甲烷可以進行能源利用。厭氧工藝廣泛應用于高濃度有機廢水的預處理，為后續好氧工藝的正常運行提供保證。

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工藝作為預處理工藝COD的去除率達80%；朱翠霞等采用UASB--接觸氧化工藝，出水COD可以低于100mg/L，容積負荷為8.5 kg.m3.d-1時，可有效去除81%-82%的COD，減小后續接觸氧化池的負荷。

（2）其他形式的厭氧反應器應用

Ruiz.C采用ASBR工藝處理葡萄酒生產廢水，COD的去除率可達到98%，具體最佳參數如下：HRT為2.2d時，有機負荷為8.6g COD/L·d，且發現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器（AFB）處理葡萄酒廢水，研究結果表明：在有機負荷為42 g/L·d時COD的去除率達到80%左右；A.Converti采用同樣的反應器，有機負荷為6.2kg/m3·d和48.2kg/m3·d時，COD去除值為5.65kg/m3·d和29.9kg/m3·d，對應的去除率分別是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污染物作為營養來源進行新陳代謝作用，達到凈化廢水的作用。

買文寧采用周期循環活性污泥系統（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葡萄酒生產廢水有著較好的處理效果；

（2）厭氧工藝、Fenton試劑對于COD較高的葡萄酒生產廢水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去除率達到80%以上，但若達到較高的出水標準，還需后續的生化處理。

參考文獻：

[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.臭氧高級氧化技術預處理染料廢水的試驗研究.能源環境保護，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，2006，32（3）：29-31

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