白酒实训基地废水优化处理试验

兰小艳　穆艳秋　郭云霞　陈雪玲

摘 要：以白酒实训基地的废水为研究对象，在单因素试验的基础上，通过厌氧发酵和有氧发酵，研究了不同pH、温度和时间对废水中铵态氮的影响。结果表明，最优的废水处理发酵工艺条件如下：（1）厌氧发酵：pH6、厌氧菌1mL、温度30℃、时间8d;（2）有氧发酵：pH7、有氧菌0.02mL、温度30℃、时间8d;（3）反硝化发酵的最优组合为：pH6、反硝化细菌1g、温度35℃、时间7d。

关键词：铵态氮;硝化细菌;反硝化细菌;正交法;废水处理工艺条件

中圖分类号 X783.2文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）13-0151-05

Abstact：In this paper， the wastewater from liquor training base was taken as the research object， and ammonium nitrogen in wastewater was studied. On the basis of single factor experiment， the effects of different pH， temperature and time on ammonium nitrogen in wastewater were studied by anaerobic fermentation and aerobic fermentation. The results showed that the optimum fermentation conditions were as follows： the optimum combination of anaerobic fermentation： the optimum pH was 6， the anaerobic bacteria was 1， the temperature was 30 degrees and the time was 8 days; the optimum combination of aerobic fermentation was 7， 0.02， 25 and 8 days; the optimum combination of anoxic fermentation was 6， 3， 30， 7 days.

Key words： Distillery wastewater; Ammonium nitrogen; Nitrifying bacteria; Denitrifying bacteria; Orthogonal method; Wastewater treatment process conditi

近年来，随着白酒消费水平的提高，白酒行业发展迅猛，但与此同时，白酒生产导致的环境问题也日益严重。其中，以蒸料、蒸酒过程中产生的底锅水造成的污染尤为突出，其不加处理直接将白酒废水排入到环境中，会加重污染负荷[1]。酿酒行业快速发展带来的问题是“三废”增加，其中废水是酿酒行业的主要污染问题。酿酒废水富含糖类、醇类等有机物，基本不含重金属等有毒有害物质，是一种典型的高浓度、重污染有机废水[2]。

白酒生产从生产进原料阶段开始到最后蒸馏出酒，在每一道生产工艺中都会产生一些污染环境的废水，其主要污染物来源于蒸馏阶段、发酵阶段和清洗过程。底锅水受到蒸料及蒸酒过程中原料、糟醅和酒尾的影响，使底锅水污染严重。除底锅水的产生，还会产生另一种“废水”，即冷凝水。冷凝水主要用来冷却液化酒蒸汽，属于可回用水。在发酵阶段，使用窖池发酵的酒厂还会产生发酵废水即黄水[3]。黄水主要是糟醅的微生物在进行新陈代谢时所产生的水分汇集而成的，但窖池黄水通常不外排，而被用于养护窖池或提取香料物质[4]。其外观呈黄色、不透明状，有类似食品发霉后产生的霉臭味，具有较高的化学需氧量（CODCr）和悬浮颗粒物[5]。

总体来说，白酒废水水量大、水质成分相对复杂，通常含有较多的醇类、酸类（脂肪酸、氨基酸等）、酯、醛等。但是，白酒废水中的有机物多为碳水化合物，故易降解、可生化性较好（BODS/CODcr>0.3），适合于生物处理[6、7]。本次模拟净化废水试验，通过厌氧发酵将有机物转化为铵态氮，通过有氧发酵将铵态氮转化为硝酸盐，通过反硝化氧发酵将硝酸盐转化为氮气，逐步将废水净化。

1 材料与方法

1.1 仪器和设备 纳氏试剂、酒石酸钾钠试剂、铵氮标准溶液、铵氮标准工作溶液、厌氧菌、硝化细菌、反硝化细菌、分光光度计、碱性过硫酸钾溶液、盐酸溶液、硝酸钾标准使用液。

1.2 试验流程与检验方法

1.2.1 白酒生产废水处理流程 酒厂污水→初步过滤（纱布）→调节pH→厌氧发酵→过滤（纱布）→有氧发酵→过滤（纱布）→反硝化发酵→过滤（纱布）。

1.2.2 铵态氮测定 以游离态的铵或铵离子等形式存在的铵氮与纳氏试剂反应生成淡红棕色络合物，该络合物的吸光度与铵氮含量成正比，于波长420nm处测量吸光度[8]。

1.2.3 硝态氮检测原理 采用紫外线分光光度法于波长220nm和275nm处混合均匀测定吸光度，按公式校正吸光度A总氮含量与校正吸光度成正比A=A220-2A275[9]。量取10mL水样于25mL比色管中加入，再加入5mL碱性过硫酸钾溶液水浴加热30min，加入1mL盐酸溶液，用水稀释至25mL处。

1.3 试验设计

1.3.1 单因素试验

1.3.1.1 厌氧发酵阶段 （1）厌氧菌含量对厌氧发酵的影响：在温度30℃，pH7，200mL白酒生产废水加入1mL、2mL、3mL、4mL、5mL、6mL、7mL厌氧菌，搅拌均匀，发酵8d。（2）pH对厌氧发酵的影响：在温度30℃，200mL白酒生产废水加入5mL厌氧菌调节pH为5、6、7、8、9条件下，搅拌均匀，发酵8d。（3）温度对厌氧发酵的影响：在pH7，200mL白酒生产废水加入5mL厌氧菌，然后放在25℃、30℃、35℃、40℃、45℃条件下，搅拌均匀，发酵8d。（4）时间对厌氧发酵的影响：在温度30℃，pH7，200mL白酒生产废水加入5mL厌氧菌，搅拌均匀，发酵6、7、8、9、10d。

1.3.1.2 有氧发酵阶段 （1）硝化用量对硝化细菌发酵效果的影响：在温度30℃、pH7条件下，废水200mL加入0.01mL、0.02mL、0.03mL、0.04mL、0.05mL硝化细菌，搅拌均匀，发酵7d。（2）pH对硝化细菌发酵效果的影响：在温度30℃条件下，调整白酒生产废水pH为5、6、7、8、9，废水200mL加入0.02mL硝化细菌，搅拌均匀，发酵7d。（3）温度对硝化细菌发酵效果的影响：在pH7，200mL白酒生产废水加入0.02mL硝化菌，然后放在25℃、30℃、35℃、40℃、45℃条件下，搅拌均匀，发酵7d。（4）时间对硝化细菌发酵效果的影响：在温度30℃，pH7，200mL白酒生产废水加入0.02mL硝化菌，搅拌均匀，发酵6、7、8、9、10d。

1.3.1.3 反硝化阶段 （1）反硝化细菌含量对反硝化发酵效果的影响：在30℃条件下，pH7，在200mL白酒生产废水加入0.05mL、0.1mL、0.15mL、0.2mL、0.25mL反硝化细菌，搅拌均匀，发酵7d。（2）pH对反硝化发酵效果的影响：在温度30℃条件下，调整白酒生产废水pH为5、6、7、8、9，废水200mL加入0.15mL反硝化细菌，搅拌均匀，发酵7d。（3）温度对反硝化发酵效果的影响：在pH为7，200mL白酒生产废水加入0.15mL反硝化细菌，然后放在25℃、30℃、35℃、40℃、45℃条件下，搅拌均匀，发酵7d。（4）时间对反硝化发酵效果的影响：在温度30℃，pH7，200mL白酒生产废水加入0.15mL反硝化细菌，搅拌均匀，发酵6、7、8、9、10d。

1.3.2 正交试验

1.3.2.1 厌氧发酵 影响厌氧发酵效果的因素主要有pH、厌氧菌、温度、时间，根据单因素试验中所得数据，正交试验选择这4个因素研究其最佳条件。因此，试验中每个因素设置3个水平，pH分别为6、7、8;厌氧菌为4、5、6mL;温度为25、30、35℃;发酵时间分别为7、8、9d（表1）。

1.3.2.2 有氧發酵 影响有氧发酵效果的因素主要有pH、硝化菌、温度、时间，根据单因素试验中所得数据，正交试验选择5个因素研究其最佳条件。因此，试验中每个因素设置3个水平。pH分别为6、7、8;硝化菌为0.01、0.02、0.03mL;温度为25、30、35℃;发酵时间分别为6、7、8d（表2）。

1.3.2.3 反硝化发酵 影响反硝化发酵效果的因素主要有pH、反硝化氧菌、温度、时间，根据单因素试验中所得数据，正交试验选择这4个因素研究其最佳条件。因此，试验中每个因素设置3个水平，pH分别为6、7、8;反硝化菌为0.05、0.1、0.15mL;温度为25、30、35℃;发酵时间分别为6、7、8d（表3）。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 厌氧发酵

2.1.1.1 厌氧菌含量对厌氧发酵的影响 由图1可知：随着厌氧菌的含量增加，厌氧菌将白酒废水中有机物分解为铵态氮，铵态氮的含量逐渐增加，当厌氧菌的添加量为5mL时，铵态氮的含量增长趋于平缓，说明5mL添加量为最适添加量。

2.1.1.2 pH对厌氧发酵的影响 由图2可知：厌氧菌将白酒废水中大分子有机物分解为铵态氮，当pH为7时，铵态氮的含量最高，说明pH为7时最适合。可以确定pH7为厌氧菌的最适生长环境。

2.1.1.3 温度对厌氧发酵的影响 由图3可知：当温度过高或者过低时，厌氧菌生长受到抑制，有机物的转化率很低，当在30℃时，锭态氮含量最高，有机物分解的最多。

2.1.1.4 时间对厌氧发酵的影响 由图4可知：随着时间的累积，有机物逐渐被分解，铵态氮的含量随着时间的增长逐渐平缓，说明此时的铵态氮产生与分解逐渐达到平衡，第8天时铵态氮的含量最高，转化率最高。

2.1.2 有氧发酵

2.1.2.1 硝化细菌含量对有氧发酵的影响 硝化细菌将铵态氮转化为硝态氮，此时测得铵态氮含量即是被硝化细菌转化剩余的，若铵态氮含量高则说明转化效率低，随着硝化细菌的增加，铵态氮的含量趋于平缓。由图5可知：当硝化细菌添加量为0.02mL时，此时转化率为最大。

2.1.2.2 pH对有氧发酵效果的影响 由图6可知：厌氧菌将白酒废水中有机物分解为铵态氮，铵态氮的含量逐渐增加，当pH为7时，铵态氮的含量增长最高，说明pH为7时最适合，可以确定pH8对硝化细菌的影响最大。

2.1.2.3 温度对有氧发酵效果的影响 硝化细菌将铵态氮转化为硝态氮，此时测得铵态氮含量即是被硝化细菌转化剩余的。由图7可知：当温度35℃时，此时铵态氮的含量最低，说明此时铵态氮转化率最高。

2.1.2.4 时间对硝化细菌发酵效果的影响 由图8可知：随着时间的累积，铵态氮逐渐被分解，铵态氮的呈现逐渐下降趋势，到第7天时，下降趋于平缓，此时铵态氮分解产生达到动态平衡。

2.1.3 反硝化发酵阶段单因素结果分析

2.1.3.1 反硝化细菌含量对反硝化发酵的影响 当反硝化细菌将硝态氮和亚硝酸盐转化为氮气，测定此时水中所剩下硝态氮含量，可测定反硝化细菌的转化能力。由图9可知：当反硝化细菌添加量为0.1g时，此时的转化效果最好。

2.1.3.2 pH对反硝化发酵的影响 由图10可知：pH过低会抑制硝态氮的转化，影响反硝化细菌的生存，硝态氮的转化率就很低，pH过高同时也会抑制硝态氮的转化，当pH为7时，此时硝态氮转化率最高。

2.1.3.3 温度对反硝化发酵的影响 由图11可知：温度过低会抑制反硝化细菌的转化，反硝化细菌在35℃时，此时转化率最高，分解所剩下的硝态氮最低。

2.1.3.4 时间对反硝化发酵的影响 由图12可知：随着时间天数的累积，硝态氮的含量逐渐降低，在7d时硝态氮的转化趋于平缓状态，硝态氮的产生于分解达到动态平衡。

2.2 正交试验结果分析

2.2.1 厌氧发酵 厌氧发酵的目的是将废水中的有机物转化为铵态氮，为下一步有氧发酵打下基础。通过对4个不同因素的试验以及极差得到的最优组合为：pH6、厌氧菌1mL、温度30℃、时间8d时，铵态氮最适发酵（表4）。

2.2.2 有氧发酵 厌氧发酵结束后加入硝化细菌进行有氧发酵，有氧发酵的目的是将厌氧发酵中产生的铵态氮转化为硝酸盐。通过对不同因素的影响以及极差可以看出最优组合为：pH7、硝化菌0.02mL、温度30℃、时间8d（表5）。

2.2.3 反硝化发酵 有氧发酵结束后，加入反硝化细菌开始反硝化发酵。反硝化细菌将硝态氮、硝酸盐、硝酸分解为氮气，此时测定硝态氮含量，即可测得水质的好坏。反硝化发酵正交试验最优组合为：pH6，反硝化细菌0.1g，温度35℃，时间7d（表6）。

3 结论

通过白酒实训基地废水优化处理的试验，经测定培养后的厌氧发酵最优组合为：pH6、厌氧菌1mL、温度30℃、时间8d;有氧发酵的最优组合为：pH7、硝化菌0.02mL、温度35℃、时间8d;反硝化发酵的最优组合为：pH6、反硝化细菌0.1g、温度30℃、时间7d。

参考文献

[1]高宇宸.白酒酒厂底锅水综合预处理工艺研究[D].太原：山西大学，2018.

[2]马平.酿造水的污染原因分析与改进[J].啤酒科技，2014（01）：39.

[3]宋柯，杜岗，刘念.白酒发酵副产物丢糟、黄水、底锅水中提取香、味成份在酒用香料中的应用[J].酿酒，2008（04）：84-86.

[4]刘兴禹，张为民.浓香型白酒生产中黄水的应用[J].酿酒，2000（3）：43-44.

[5]李国彪.白酒工业废水处理初探[J].污染防治技术，1998（02）：95-97.

[6]于宏伟.三种白酒废水好氧处理工艺的对比[J].酿酒，2013，40（02）：58-60.

[7]汪春乾，陳俊伟，伍远超.清洁生产在白酒工业中的推广应用及研究[J].酿酒科技，2011（10）：127-130.

[8]中华人民共和国环境保护部.HJ535—2000水质、铵态氮的测定、纳氏试剂分光光度法[S].2000.

[9]中华人民共和国环境保护部.HJ636—2012水质、硝态氮的测定、碱性过硫酸钾消解紫外线分光光度法[S].2012.

（责编：张宏民）