葡萄酒廢水處理工藝研究

蘇小鋒/新疆化工設計研究院有限責任公司

葡萄酒廢水處理工藝研究

蘇小鋒/新疆化工設計研究院有限責任公司

【摘 要】葡萄酒產業在我國發展很快，隨著人們生活水平的提高，葡萄酒消費也在迅速增長，新疆作為我國的葡萄主產地，近些年來葡萄酒莊大量興起，在葡萄酒生產繁盛的同時也會產生很多的廢水，這些企業多位于城郊等偏遠地區，周邊缺少完備的排水設施，廢水經處理后會直接排入自然環境或者用于綠化灌溉，因此要嚴格按照標準處理葡萄酒廢水，達到排放要求，選取合適的廢水處理工藝。

【關鍵詞】葡萄酒；廢水；處理

葡萄酒廠在生產中會產生大量的廢水，并且隨著季節的變化，在廢水水質和水量上都有所不同，根據資料顯示，一般生產一噸葡萄酒，大約會產生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缺點，由于葡萄酒季節性廢水水質成分的不同，對于污水處理系統會產生一定的影響，再加上國家對于環境問題的日益重視，廢水排放標準逐漸提高，外排的葡萄酒生產廢水必須達到《污水綜合排放標準》 (GB8978—1996)中二級標準以上。單一的廢水處理工藝無法滿足排放標準的要求，選擇合適的工藝結合或者對廢水進行預處理來提高效果成為廢水處理的關鍵。

1.葡萄酒廢水的形成及特點

以產量最多的干紅葡萄酒為例，其生產工藝流程一般為分選除?！扑椤凭l酵→壓榨→蘋乳發酵→調配→陳釀→穩定→灌裝→成品，排放的廢水主要來源是發酵廢水、清洗廢水、灌裝廢水。葡萄酒的廢水因不同葡萄品種、不同生產工藝、不同貯存方式而各有區別，但是整體特點大致相同，廢水中的有機物含量高、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入反應池。葡萄酒生產過程中的廢水產生主要有以下環節：

破碎壓榨：葡萄收集起來以后首先進行破碎壓榨獲得葡萄汁，分離后產生大量的葡萄皮、梗、籽，葡萄混合液經澄清后進入發酵環節，在此階段中產生的廢水主要來源于對壓榨機的清洗、生產車間的清洗、發酵罐的預清洗以及轉入發酵罐時損失的少量葡萄汁，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重的一部分。

倒罐階段：這一環節是將發酵后的葡萄酒上清液泵入穩定罐中，然后將底部的殘液排放，這一階段的廢水來源主要是發酵罐的清洗、穩定罐的預清洗、生產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：穩定后的葡萄酒需要用硅藻土作為助濾劑進行過濾以提高其品質，然后再將葡萄酒液轉入儲存罐中。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，所以需要設置初沉池來去除硅藻土。此環節的廢水排放量最大，約占35%。

灌裝階段：此環節是將生產完成的葡萄酒進行瓶裝，然后即可進入市場銷售。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，這一環節的污染相對較低。

2.葡萄酒廢水對環境的影響

葡萄酒廢水的有機物含量很高，清洗過程中使用的清洗劑會使廢水含有大量的K+或Na＋，廢水有一定的臭味，會使人們的感官不良，對于環境有極大的污染，經過處理后的廢水可以降低COD達到排放要求，用于灌溉或者綠化，但是長遠來說廢水中的金屬離子對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

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

應用厭氧工藝處理葡萄酒廢水主要有幾點優勢：厭氧生物處理適合高濃度的有機廢水；厭氧處理對氮、磷的需要量少于好氧工藝，與葡萄酒廢水的特點相適合；厭氧處理不需要曝氣，厭氧反應器在停止運行后亦可快速啟動，這一點非常適合葡萄酒廢水的季節性變化。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器和厭氧流化床反應器。UASB是一種高效的厭氧處理系統，這種反應器有厭氧過濾和厭氧活性污泥法的雙重特點，其結構簡單、便于操作、不需要沉淀池和回流裝置、污水適應性強、能適應大幅度的溫度和PH值變化、運行費用低、處理效果好，在污水處理領域應用十分廣泛。

有研究顯示，我國葡萄酒廢水處理運用厭氧—好氧工藝，UASB對于COD的去除率在80%左右，使用UASB聯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物，將有機物降解為微生物基質和微生物活動所需的能量。根據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，經過一定時間后，因好氧性微生物的繁殖而產生污泥狀絮體，絮體上生存著大量微生物群，具有很強的吸附、氧化有機物的能力。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，膜上的微生物就會以廢水中的有機物為食促進自身繁殖，同時分解有機物，凈化廢水。研究表明，利用好氧塘處理葡萄酒廢水操作相對簡單，對COD的處理效果可達91%；利用噴射環流好氧反應器處理葡萄酒廢水，對于季節性變化的廢水可以穩定運行超過12個月，并且可以有效處理負荷在0.4～5.9kg COD/m3?d之間波動的廢水，去除率均在90%以上；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。

3.3物理吸附法

膨潤土主要由蒙脫石等粘土礦物質組成，粘度、熱穩定性好，膨脹容大，吸水率高，有研究表明，采用新疆有機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，如果要達到國家一級排放標準，還需要后續的生物處理。

4.廢水的高級氧化處理

4.1Fenton試劑氧化法

Fenton試劑是 Fe2+離子與 H2O2溶液混合而成，其氧化過程為鏈式反應，生成具有很強氧化性的?OH，其氧化電極電位為2.80V，能夠將絕大多數的有機物氧化成為CO2和H2O，或者將其轉化為易降解的小分子有機物，大大提高了廢水的可生化性。應用Fenton試劑預氧化—SBR處理葡萄酒廢水，可以對COD的去除率達到54%。Fenton 試劑反應快無污染，初始的有機物濃度和反應時間對于處理效率幾乎沒什么影響，Fe3+與 H2O2的用量對去除率起決定性作用。在實際應用中因為H2O2的價格昂貴成本較高，所以經常將Fenton試劑與其他工藝聯合使用，將其用做廢水的預處理或者深度處理。

4.2臭氧氧化法

臭氧是一種強氧化劑，其對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、反應的產物沒有副產物，所以常用于各種有機廢水的處理。 多種研究表明，在一定的條件下，臭氧對于COD的去除能夠達到50%，對于色度的處理率接近100%，處理效果十分顯著。

5.結語

通過對現今葡萄酒廢水處理工藝的分析，研究各工藝的原理與優勢，根據葡萄酒生產廢水的特點來選取合適的處理工藝，可以靈活使用高級氧化預處理＋厭氧—好氧工藝或者厭氧＋高級氧化預處理＋好氧工藝，能夠有效提高處理效率，極大的改善了出水水質。

參考文獻：

[1]張曉.Fenton氧化及生物處理實踐研究[D].青島理工大學,2015,6.

[2]張旭.葡萄酒生產廢水處理工藝研究[D].青島理工大學,2013,6.

[3]朱翠霞,呂建偉.葡萄酒生產廢水處理工程[J].給水排水,2008,34.