白酒實(shí)訓(xùn)基地廢水優(yōu)化處理試驗(yàn)

蘭小艷　穆艷秋　郭云霞　陳雪玲

摘 要：以白酒實(shí)訓(xùn)基地的廢水為研究對(duì)象，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)厭氧發(fā)酵和有氧發(fā)酵，研究了不同pH、溫度和時(shí)間對(duì)廢水中銨態(tài)氮的影響。結(jié)果表明，最優(yōu)的廢水處理發(fā)酵工藝條件如下：（1）厭氧發(fā)酵：pH6、厭氧菌1mL、溫度30℃、時(shí)間8d;（2）有氧發(fā)酵：pH7、有氧菌0.02mL、溫度30℃、時(shí)間8d;（3）反硝化發(fā)酵的最優(yōu)組合為：pH6、反硝化細(xì)菌1g、溫度35℃、時(shí)間7d。

關(guān)鍵詞：銨態(tài)氮;硝化細(xì)菌;反硝化細(xì)菌;正交法;廢水處理工藝條件

中圖分類號(hào) X783.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 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

近年來(lái)，隨著白酒消費(fèi)水平的提高，白酒行業(yè)發(fā)展迅猛，但與此同時(shí)，白酒生產(chǎn)導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題也日益嚴(yán)重。其中，以蒸料、蒸酒過(guò)程中產(chǎn)生的底鍋水造成的污染尤為突出，其不加處理直接將白酒廢水排入到環(huán)境中，會(huì)加重污染負(fù)荷[1]。釀酒行業(yè)快速發(fā)展帶來(lái)的問(wèn)題是“三廢”增加，其中廢水是釀酒行業(yè)的主要污染問(wèn)題。釀酒廢水富含糖類、醇類等有機(jī)物，基本不含重金屬等有毒有害物質(zhì)，是一種典型的高濃度、重污染有機(jī)廢水[2]。

白酒生產(chǎn)從生產(chǎn)進(jìn)原料階段開(kāi)始到最后蒸餾出酒，在每一道生產(chǎn)工藝中都會(huì)產(chǎn)生一些污染環(huán)境的廢水，其主要污染物來(lái)源于蒸餾階段、發(fā)酵階段和清洗過(guò)程。底鍋水受到蒸料及蒸酒過(guò)程中原料、糟醅和酒尾的影響，使底鍋水污染嚴(yán)重。除底鍋水的產(chǎn)生，還會(huì)產(chǎn)生另一種“廢水”，即冷凝水。冷凝水主要用來(lái)冷卻液化酒蒸汽，屬于可回用水。在發(fā)酵階段，使用窖池發(fā)酵的酒廠還會(huì)產(chǎn)生發(fā)酵廢水即黃水[3]。黃水主要是糟醅的微生物在進(jìn)行新陳代謝時(shí)所產(chǎn)生的水分匯集而成的，但窖池黃水通常不外排，而被用于養(yǎng)護(hù)窖池或提取香料物質(zhì)[4]。其外觀呈黃色、不透明狀，有類似食品發(fā)霉后產(chǎn)生的霉臭味，具有較高的化學(xué)需氧量（CODCr）和懸浮顆粒物[5]。

總體來(lái)說(shuō)，白酒廢水水量大、水質(zhì)成分相對(duì)復(fù)雜，通常含有較多的醇類、酸類（脂肪酸、氨基酸等）、酯、醛等。但是，白酒廢水中的有機(jī)物多為碳水化合物，故易降解、可生化性較好（BODS/CODcr>0.3），適合于生物處理[6、7]。本次模擬凈化廢水試驗(yàn)，通過(guò)厭氧發(fā)酵將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，通過(guò)有氧發(fā)酵將銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，通過(guò)反硝化氧發(fā)酵將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓鸩綄U水凈化。

1 材料與方法

1.1 儀器和設(shè)備 納氏試劑、酒石酸鉀鈉試劑、銨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液、銨氮標(biāo)準(zhǔn)工作溶液、厭氧菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、分光光度計(jì)、堿性過(guò)硫酸鉀溶液、鹽酸溶液、硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)使用液。

1.2 試驗(yàn)流程與檢驗(yàn)方法

1.2.1 白酒生產(chǎn)廢水處理流程 酒廠污水→初步過(guò)濾（紗布）→調(diào)節(jié)pH→厭氧發(fā)酵→過(guò)濾（紗布）→有氧發(fā)酵→過(guò)濾（紗布）→反硝化發(fā)酵→過(guò)濾（紗布）。

1.2.2 銨態(tài)氮測(cè)定 以游離態(tài)的銨或銨離子等形式存在的銨氮與納氏試劑反應(yīng)生成淡紅棕色絡(luò)合物，該絡(luò)合物的吸光度與銨氮含量成正比，于波長(zhǎng)420nm處測(cè)量吸光度[8]。

1.2.3 硝態(tài)氮檢測(cè)原理 采用紫外線分光光度法于波長(zhǎng)220nm和275nm處混合均勻測(cè)定吸光度，按公式校正吸光度A總氮含量與校正吸光度成正比A=A220-2A275[9]。量取10mL水樣于25mL比色管中加入，再加入5mL堿性過(guò)硫酸鉀溶液水浴加熱30min，加入1mL鹽酸溶液，用水稀釋至25mL處。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 單因素試驗(yàn)

1.3.1.1 厭氧發(fā)酵階段 （1）厭氧菌含量對(duì)厭氧發(fā)酵的影響：在溫度30℃，pH7，200mL白酒生產(chǎn)廢水加入1mL、2mL、3mL、4mL、5mL、6mL、7mL厭氧菌，攪拌均勻，發(fā)酵8d。（2）pH對(duì)厭氧發(fā)酵的影響：在溫度30℃，200mL白酒生產(chǎn)廢水加入5mL厭氧菌調(diào)節(jié)pH為5、6、7、8、9條件下，攪拌均勻，發(fā)酵8d。（3）溫度對(duì)厭氧發(fā)酵的影響：在pH7，200mL白酒生產(chǎn)廢水加入5mL厭氧菌，然后放在25℃、30℃、35℃、40℃、45℃條件下，攪拌均勻，發(fā)酵8d。（4）時(shí)間對(duì)厭氧發(fā)酵的影響：在溫度30℃，pH7，200mL白酒生產(chǎn)廢水加入5mL厭氧菌，攪拌均勻，發(fā)酵6、7、8、9、10d。

1.3.1.2 有氧發(fā)酵階段 （1）硝化用量對(duì)硝化細(xì)菌發(fā)酵效果的影響：在溫度30℃、pH7條件下，廢水200mL加入0.01mL、0.02mL、0.03mL、0.04mL、0.05mL硝化細(xì)菌，攪拌均勻，發(fā)酵7d。（2）pH對(duì)硝化細(xì)菌發(fā)酵效果的影響：在溫度30℃條件下，調(diào)整白酒生產(chǎn)廢水pH為5、6、7、8、9，廢水200mL加入0.02mL硝化細(xì)菌，攪拌均勻，發(fā)酵7d。（3）溫度對(duì)硝化細(xì)菌發(fā)酵效果的影響：在pH7，200mL白酒生產(chǎn)廢水加入0.02mL硝化菌，然后放在25℃、30℃、35℃、40℃、45℃條件下，攪拌均勻，發(fā)酵7d。（4）時(shí)間對(duì)硝化細(xì)菌發(fā)酵效果的影響：在溫度30℃，pH7，200mL白酒生產(chǎn)廢水加入0.02mL硝化菌，攪拌均勻，發(fā)酵6、7、8、9、10d。

1.3.1.3 反硝化階段 （1）反硝化細(xì)菌含量對(duì)反硝化發(fā)酵效果的影響：在30℃條件下，pH7，在200mL白酒生產(chǎn)廢水加入0.05mL、0.1mL、0.15mL、0.2mL、0.25mL反硝化細(xì)菌，攪拌均勻，發(fā)酵7d。（2）pH對(duì)反硝化發(fā)酵效果的影響：在溫度30℃條件下，調(diào)整白酒生產(chǎn)廢水pH為5、6、7、8、9，廢水200mL加入0.15mL反硝化細(xì)菌，攪拌均勻，發(fā)酵7d。（3）溫度對(duì)反硝化發(fā)酵效果的影響：在pH為7，200mL白酒生產(chǎn)廢水加入0.15mL反硝化細(xì)菌，然后放在25℃、30℃、35℃、40℃、45℃條件下，攪拌均勻，發(fā)酵7d。（4）時(shí)間對(duì)反硝化發(fā)酵效果的影響：在溫度30℃，pH7，200mL白酒生產(chǎn)廢水加入0.15mL反硝化細(xì)菌，攪拌均勻，發(fā)酵6、7、8、9、10d。

1.3.2 正交試驗(yàn)

1.3.2.1 厭氧發(fā)酵 影響厭氧發(fā)酵效果的因素主要有pH、厭氧菌、溫度、時(shí)間，根據(jù)單因素試驗(yàn)中所得數(shù)據(jù)，正交試驗(yàn)選擇這4個(gè)因素研究其最佳條件。因此，試驗(yàn)中每個(gè)因素設(shè)置3個(gè)水平，pH分別為6、7、8;厭氧菌為4、5、6mL;溫度為25、30、35℃;發(fā)酵時(shí)間分別為7、8、9d（表1）。

1.3.2.2 有氧發(fā)酵 影響有氧發(fā)酵效果的因素主要有pH、硝化菌、溫度、時(shí)間，根據(jù)單因素試驗(yàn)中所得數(shù)據(jù)，正交試驗(yàn)選擇5個(gè)因素研究其最佳條件。因此，試驗(yàn)中每個(gè)因素設(shè)置3個(gè)水平。pH分別為6、7、8;硝化菌為0.01、0.02、0.03mL;溫度為25、30、35℃;發(fā)酵時(shí)間分別為6、7、8d（表2）。

1.3.2.3 反硝化發(fā)酵 影響反硝化發(fā)酵效果的因素主要有pH、反硝化氧菌、溫度、時(shí)間，根據(jù)單因素試驗(yàn)中所得數(shù)據(jù)，正交試驗(yàn)選擇這4個(gè)因素研究其最佳條件。因此，試驗(yàn)中每個(gè)因素設(shè)置3個(gè)水平，pH分別為6、7、8;反硝化菌為0.05、0.1、0.15mL;溫度為25、30、35℃;發(fā)酵時(shí)間分別為6、7、8d（表3）。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 厭氧發(fā)酵

2.1.1.1 厭氧菌含量對(duì)厭氧發(fā)酵的影響 由圖1可知：隨著厭氧菌的含量增加，厭氧菌將白酒廢水中有機(jī)物分解為銨態(tài)氮，銨態(tài)氮的含量逐漸增加，當(dāng)厭氧菌的添加量為5mL時(shí)，銨態(tài)氮的含量增長(zhǎng)趨于平緩，說(shuō)明5mL添加量為最適添加量。

2.1.1.2 pH對(duì)厭氧發(fā)酵的影響 由圖2可知：厭氧菌將白酒廢水中大分子有機(jī)物分解為銨態(tài)氮，當(dāng)pH為7時(shí)，銨態(tài)氮的含量最高，說(shuō)明pH為7時(shí)最適合?？梢源_定pH7為厭氧菌的最適生長(zhǎng)環(huán)境。

2.1.1.3 溫度對(duì)厭氧發(fā)酵的影響 由圖3可知：當(dāng)溫度過(guò)高或者過(guò)低時(shí)，厭氧菌生長(zhǎng)受到抑制，有機(jī)物的轉(zhuǎn)化率很低，當(dāng)在30℃時(shí)，錠態(tài)氮含量最高，有機(jī)物分解的最多。

2.1.1.4 時(shí)間對(duì)厭氧發(fā)酵的影響 由圖4可知：隨著時(shí)間的累積，有機(jī)物逐漸被分解，銨態(tài)氮的含量隨著時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸平緩，說(shuō)明此時(shí)的銨態(tài)氮產(chǎn)生與分解逐漸達(dá)到平衡，第8天時(shí)銨態(tài)氮的含量最高，轉(zhuǎn)化率最高。

2.1.2 有氧發(fā)酵

2.1.2.1 硝化細(xì)菌含量對(duì)有氧發(fā)酵的影響 硝化細(xì)菌將銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，此時(shí)測(cè)得銨態(tài)氮含量即是被硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化剩余的，若銨態(tài)氮含量高則說(shuō)明轉(zhuǎn)化效率低，隨著硝化細(xì)菌的增加，銨態(tài)氮的含量趨于平緩。由圖5可知：當(dāng)硝化細(xì)菌添加量為0.02mL時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)化率為最大。

2.1.2.2 pH對(duì)有氧發(fā)酵效果的影響 由圖6可知：厭氧菌將白酒廢水中有機(jī)物分解為銨態(tài)氮，銨態(tài)氮的含量逐漸增加，當(dāng)pH為7時(shí)，銨態(tài)氮的含量增長(zhǎng)最高，說(shuō)明pH為7時(shí)最適合，可以確定pH8對(duì)硝化細(xì)菌的影響最大。

2.1.2.3 溫度對(duì)有氧發(fā)酵效果的影響 硝化細(xì)菌將銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，此時(shí)測(cè)得銨態(tài)氮含量即是被硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化剩余的。由圖7可知：當(dāng)溫度35℃時(shí)，此時(shí)銨態(tài)氮的含量最低，說(shuō)明此時(shí)銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化率最高。

2.1.2.4 時(shí)間對(duì)硝化細(xì)菌發(fā)酵效果的影響 由圖8可知：隨著時(shí)間的累積，銨態(tài)氮逐漸被分解，銨態(tài)氮的呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，到第7天時(shí)，下降趨于平緩，此時(shí)銨態(tài)氮分解產(chǎn)生達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

2.1.3 反硝化發(fā)酵階段單因素結(jié)果分析

2.1.3.1 反硝化細(xì)菌含量對(duì)反硝化發(fā)酵的影響 當(dāng)反硝化細(xì)菌將硝態(tài)氮和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓瑴y(cè)定此時(shí)水中所剩下硝態(tài)氮含量，可測(cè)定反硝化細(xì)菌的轉(zhuǎn)化能力。由圖9可知：當(dāng)反硝化細(xì)菌添加量為0.1g時(shí)，此時(shí)的轉(zhuǎn)化效果最好。

2.1.3.2 pH對(duì)反硝化發(fā)酵的影響 由圖10可知：pH過(guò)低會(huì)抑制硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，影響反硝化細(xì)菌的生存，硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化率就很低，pH過(guò)高同時(shí)也會(huì)抑制硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，當(dāng)pH為7時(shí)，此時(shí)硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化率最高。

2.1.3.3 溫度對(duì)反硝化發(fā)酵的影響 由圖11可知：溫度過(guò)低會(huì)抑制反硝化細(xì)菌的轉(zhuǎn)化，反硝化細(xì)菌在35℃時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)化率最高，分解所剩下的硝態(tài)氮最低。

2.1.3.4 時(shí)間對(duì)反硝化發(fā)酵的影響 由圖12可知：隨著時(shí)間天數(shù)的累積，硝態(tài)氮的含量逐漸降低，在7d時(shí)硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化趨于平緩狀態(tài)，硝態(tài)氮的產(chǎn)生于分解達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 厭氧發(fā)酵 厭氧發(fā)酵的目的是將廢水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，為下一步有氧發(fā)酵打下基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)4個(gè)不同因素的試驗(yàn)以及極差得到的最優(yōu)組合為：pH6、厭氧菌1mL、溫度30℃、時(shí)間8d時(shí)，銨態(tài)氮最適發(fā)酵（表4）。

2.2.2 有氧發(fā)酵 厭氧發(fā)酵結(jié)束后加入硝化細(xì)菌進(jìn)行有氧發(fā)酵，有氧發(fā)酵的目的是將厭氧發(fā)酵中產(chǎn)生的銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。通過(guò)對(duì)不同因素的影響以及極差可以看出最優(yōu)組合為：pH7、硝化菌0.02mL、溫度30℃、時(shí)間8d（表5）。

2.2.3 反硝化發(fā)酵 有氧發(fā)酵結(jié)束后，加入反硝化細(xì)菌開(kāi)始反硝化發(fā)酵。反硝化細(xì)菌將硝態(tài)氮、硝酸鹽、硝酸分解為氮?dú)?，此時(shí)測(cè)定硝態(tài)氮含量，即可測(cè)得水質(zhì)的好壞。反硝化發(fā)酵正交試驗(yàn)最優(yōu)組合為：pH6，反硝化細(xì)菌0.1g，溫度35℃，時(shí)間7d（表6）。

3 結(jié)論

通過(guò)白酒實(shí)訓(xùn)基地廢水優(yōu)化處理的試驗(yàn)，經(jīng)測(cè)定培養(yǎng)后的厭氧發(fā)酵最優(yōu)組合為：pH6、厭氧菌1mL、溫度30℃、時(shí)間8d;有氧發(fā)酵的最優(yōu)組合為：pH7、硝化菌0.02mL、溫度35℃、時(shí)間8d;反硝化發(fā)酵的最優(yōu)組合為：pH6、反硝化細(xì)菌0.1g、溫度30℃、時(shí)間7d。

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（責(zé)編：張宏民）