啤酒生产废水A/O双膜法处理后续化学除磷研究

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(嘉应学院 化学与环境学院，广东 梅州 514015)

中国是全球最大啤酒生产和消费国，2017年中国啤酒产量为4401.5万千升，啤酒废水年产量约为4亿m3[1]。啤酒废水主要为糖化、发酵、罐装等车间所排放的废液及设备和管道清洗水、地面冲洗水，是一种中高浓度的有机废水，其中还含有氮磷等污染物，排入外环境会造成水体污染并引起富营养化[2]。

目前啤酒废水的处理方法以生化法为主，但由于生物法除磷效果有限，随着国家和地方对排水标准的逐渐提升，使得啤酒厂面临彻底除磷的难题，生物除磷很难满足要求，化学除磷是现有处理工艺的很好补充[3-5]。

本文针对广东省某啤酒分装厂经过A/O双膜法处理后的生产废水，探讨生物处理出水中磷超标时利用铁盐和铝盐两种常用絮凝剂辅以化学除磷，探讨投药量、pH值等反应条件对除磷效率的影响，从而选择合适的絮凝剂使出水达到广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二时段一级标准，为啤酒废水化学除磷的实际工程应用提供借鉴和参考。

1 仪器和试剂

1.1 仪器

自封手提式压力蒸汽消解器；PHS-25型PH计；磁力加热搅拌器79-1；上皿电子天平JA2003；721分光度光度计；HC-TP11-2架药物天平；50mL具塞比色管、1000mL烧杯、量筒、移液管、容量瓶等。

1.2 试剂

1.2.1 药品

硫酸、氢氧化钠、过硫酸钾、抗坏血酸、钼酸盐、酚酞等。

1.2.2 除磷药剂

(1)六水合三氯化铁(FeCl3·6H2O)(广州化学试剂厂产)，含量≧99.7%，分析纯(A.R.)，相对分子量=270.30。

(2)聚合氯化铝{[Al(OH)n·Cl3-n]m}(河南许昌科盈化工实业公司产)，含Al2O3≧30%。

(3)聚丙烯酰胺(中国医药(集团)上海化学有限公司产)，含量≧85%，相对分子量≧300万。

2 实验方法

2.1 TP分析测定原理

本实验的废水水样取自广东省某啤酒分装厂经过A/O双膜法处理后的啤酒废水出水，原水水样水质pH值为7.2；TP为4.16mg/L。

废水水样中TP的测定采用GB11893-89 总磷的测定：钼酸铵分光光度法。原水样中的TP的浓度为C1，处理后滤液中TP的浓度为C2，经处理后的水样中磷的去除量C=C1-C2。磷的去除率：η=[(C1-C2)/C1]×100%。根据磷的去除率跟絮凝剂的投入量及其他条件的关系可以直观地了解各个参数对除磷效果的影响。

2.2 不同絮凝剂的除磷实验方案

2.2.1 相同pH值(原水pH值)，絮凝剂不同投加量的实验方案

取若干只1000mL大烧杯，各取原水水样500mL，分别加入不同量的1%三氯化铁溶液、1%聚合氯化铝溶液，在磁力搅拌器上快速搅拌1min，再加入1mL的0.1%聚丙烯酰胺溶液作为助凝剂，快速搅拌1min，再慢搅10min后停止搅拌，静置30min后取其上层清液测定废水中剩余磷的含量[6-7]。

2.2.2 相同絮凝剂投加量，不同pH值对除磷效果的实验方案

同一水样相同絮凝剂量下，不同pH值实验。取3只1000mL的大烧杯，各取原水水样500mL。其中一只烧杯装pH值=7.2的原水水样，另两只烧杯中的原水水样pH分别用NaOH溶液和硫酸溶液将pH值调至6、6.5、7、7.5、8共五个梯次，然后分别加入不同量的三氯化铁溶液进行除磷实验。

改用聚合氯化铝溶液作絮凝剂，调节原水水样不同的pH值在不同絮凝剂用量下进行同样的操作。

3 结果与讨论

3.1 不同絮凝剂投加量对除磷效果的影响

图1 三氯化铁投加量与TP去除率关系图

三氯化铁不同投加量对总磷去除率的处理结果如图1。从图1可看出，在聚丙烯酰胺协同作用下，三氯化铁的总磷去除效率随着投药量的上升而上升，原废水水样在三氯化铁的投加量为90mg/L以上时，处理后水样中剩余TP含量可达到广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二时段一级标准。三氯化铁投加量为110mg/L时，处理后水样中剩余TP含量为0.26mg/L，总磷去除率为93.85%，此时去除率较高且之后再增加投药量对去除率的提升作用不大。鉴于除磷效果及加药处理成本的综合考虑，本研究选用三氯化铁溶液投加量110mg/L作为对原水除磷的最佳投药量。

图2 聚合氯化铝投加量与TP去除率关系图

聚合氯化铝不同投加量对总磷去除率的处理结果如图2。在聚丙烯酰胺协同作用下，聚合氯化铝除磷效果随着用量的递增而递增，在投加量大于120mg/L时可以达到90%以上去除效率，而当药剂用量大于140mg/L后，其除磷效率反而降低。分析原因如下：若投加量不足，絮凝剂不能与污水中的磷充分反应，在絮体沉淀后，仍有一部分未被絮凝，致使剩余磷含量较高；若投加过量，则絮体间的架桥作用所必须的粒子表面吸附点被絮凝剂所包裹，使架桥所需的粒子表面活性点不足，而使得絮凝剂颗粒间的吸附架桥作用变得困难，以致处理效果下降[8]。因此，鉴于工艺成本及除磷效果综合考虑，本研究选用聚合氯化铝溶液140mg/L投加量作为对原水除磷的最佳投药量，此时处理后水样中剩余TP含量为0.2mg/L，总磷去除率为95.27%，出水可达标。

3.2 不同pH值对除磷效果的影响

图3 不同pH值与TP去除率关系图

鉴于该啤酒分装厂处理出水pH主要集中在6～8之间，本实验pH值选择6、6.5、7、7.5、8共五个梯度。在最佳投药量下，不同pH值对除磷效率的结果见图3。从图3中可看出pH值的变化对三氯化铁和聚合氯化铝的除磷效果都不会有太大的影响，都能够维持在90%以上的去除率，所以为了操作方便，建议在原水pH值时投加最佳药量即可达到比较理想的除磷效果。

4 结论

(1)啤酒废水仅仅采用单纯的生物除磷，往往难于满足啤酒废水排放标准的要求，因此结合排放要求和经济因素，必要时考虑采取化学辅助除磷。

(2)在聚丙烯酰胺的协同作用下，三氯化铁和聚合氯化铝对啤酒废水中磷均有较好的去除效果，除磷效率可达到90%以上，处理后总磷排放可达到广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二时段一级标准。

(3)啤酒废水除磷工程可针对不同的处理水质特点和处理要求，并结合当地具体条件和技术经济分析选择较适宜的化学除磷絮凝剂。