酿酒废水处理存在的问题及解决措施

2017-06-01彭翠珍宗绪岩张宿义敖灵雷翔云杨艳李建

中国酿造 2017年5期

彭翠珍，宗绪岩，，张宿义*，敖灵，雷翔云，杨艳，李建

（1.四川理工学院生物工程学院，四川自贡643000；2.泸州老窖股份有限公司，四川泸州646000；3.国家固态酿造工程技术研究中心，四川泸州646000；4.酿酒生物技术及应用四川省重点实验室，四川自贡643000）

酿酒废水处理存在的问题及解决措施

彭翠珍1，宗绪岩1，2，张宿义2，3，4*，敖灵2，3，雷翔云2，3，杨艳2，李建1

生化处理法作为酿酒废水降解的主要方法，工艺成熟稳定，出水能达到国标GB 27631—2011《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》中的规定要求。但是，废水处理过程中仍存在许多技术问题，如废水中的有机资源利用率低、厌氧工艺释放有毒气体、传统絮凝剂有缺陷、微生物絮凝剂使用受限、污泥产量大和处理困难等，这些问题一定程度上造成资源浪费和环境污染，影响废水的处理效果，阻碍废水处理技术的提高以及微生物絮凝剂的应用，该文针对目前酿酒废水处理中存在的这些问题，提出了相应的解决措施，期望酿酒废水处理工艺得到改善，有机资源利用率得到提高，加强微生物絮凝剂的应用，为酿酒废水的处理及综合利用提供借鉴。

酿酒；废水处理；问题；解决措施

PENG Cuizhen1,ZONG Xuyan1,2,ZHANG Suyi2,3,4*,AO Ling2,3,LEI Xiangyun2,3,YANG Yan2,LI Jian1
(1.College of Bioengineering,Sichuan University of Science&Engineering,Zigong 643000,China;2.LuzhouLaojiao Co.,Ltd., Luzhou 646000,China;3.National Engineering Research Center of Solid-state Brewing,Luzhou 646000,China; 4.Sichuan Provincial Key Laboratory of Biotechnology and Application,Zigong 643000,China)

白酒酿造大多以高粱、小麦、玉米等作为原辅料，采用人工培养老窖、发酵、蒸馏、分级贮存、精心勾兑等基本工序酿制而成。白酒废水是指从生产到贮存陈化过程中所产生的工业废水，通常分为高浓度有机废水和低浓度有机废水。低浓度有机废水有冷却水、洗瓶水、场地冲洗水，其污染物浓度低于GB 27631—2011《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》规定的排放标准，可以循环利用或直接排放；高浓度有机废水指底锅水、黄水、粮食浸泡水等，其富含残留淀粉、蛋白质、糖类等有机物[1]。白酒工业废水处理方法有物理法、化学法和生化法，处理技术包含过滤、重力沉降、气浮、离心、酸碱中和、厌氧降解、好氧降解、厌氧-好氧降解等[2-4]。目前，我国大型白酒企业均具备自己独特的污水处理工程，工艺稳定，处理后的水质符合GB27631—2011《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》中的一级排放标准。但是，仍存在一些不可忽视的问题。本文浅析了白酒行业现阶段废水处理过程存在的有机资源利用率低、厌氧工艺释放有毒气体、传统絮凝剂有缺陷、微生物絮凝剂使用受限、污泥产量大和处理困难等问题，并针对这些问题提出了相应的解决措施，期望对酿酒废水的处理及综合利用提供理论借鉴。

1 白酒废水处理过程中存在的问题

1.1 有机资源综合利用率低

酿造废水富含淀粉、还原糖、有机酸、酯类、醇类等，这些大分子物质难以降解，是引起污染的主要原因[5]。白酒酿造以粮食为原料，黄水、底锅水等有机废水中有害物质含量少，有再利用价值。由于经济成本和技术缺陷问题，黄水和底锅水资源多数未能获得充分利用；高浓度有机废水直接排入污水处理站不仅给废水的治理增加难度，同时也造成资源浪费。

1.2 厌氧工艺释放有害气体

酒厂的废水处理工程包括厌氧反应分解，厌氧微生物降解有机物的过程会产生二氧化碳、甲烷、硫化氢、一氧化碳等有害气体[6]。甲烷会引起头痛、头晕，心跳加速、呼吸困难，甚至窒息[7]。硫化氢急剧毒性，危害人体健康；一定条件下还腐蚀设备、管道和仪表；空气中，硫化氢易被氧化成SO2后形成硫酸，又以酸雨的形式降落[8]。CO易燃易爆，高毒性，也会引起头晕、恶心、呕吐等症状[9]。二氧化碳最大的危害就是造成温室效应，给人们带来冰川融化、海平面上升，气候极端异常等种种自然灾难[10]。采用露天式的厌氧设备，不利于有毒气体的收集及处理，再加上企业成本和技术条件的限制，这些有害气体就直接被排放到大气层。日积月累，将对环境造成不可忽视的污染。

1.3 絮凝剂的使用受限

白酒工业废水处理过程中，通常需要利用絮凝剂降低浊度、色度、化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）、生物需氧量（biological oxygen demand，BOD）和氮磷量，或者改进污泥沉降性能。至今，无机化学絮凝剂和高分子有机合成絮凝剂在废水治理中充当重要角色，酿酒废水处理也会使用聚合硫酸铝、聚丙烯酰胺等化学絮凝剂。尽管利用传统絮凝剂能够达到污水的降解要求，但其絮凝效果不佳、用量大、存在安全隐患等。如含铝盐的污泥大量流入农用土地，农作物会出现铝害，生长受阻，严重时甚至死亡；其次，摄入有害物质的农产品，会间接影响人体健康[11]。此外，聚丙烯酰胺单体难以降解，具有神经致毒性及致癌性，长期使用会给环境带来二次污染[12]。化学絮凝剂存在的这些不足之处，促使新一代微生物絮凝剂研究的兴起与发展。

微生物絮凝剂由微生物体或微生物代谢产物（多糖、糖蛋白、蛋白质等）组成，具有絮凝效率高、生物降解性好、安全无毒、应用范围广等特点[13-14]。微生物絮凝剂的使用主要涉及污泥沉降性能的改善、高浓度有机废水的治理、食品工业废水的降解、发酵液的后续处理等[15]。如曝气池中活性污泥发生膨胀时，加入微生物絮凝剂能恢复污泥沉降性能和提高脱水率；微生物絮凝剂能够有效降低高浓度有机废水的总氮、总磷量及化学需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）等。食品工业废水富含微生物生长代谢所需营养物，利用微生物絮凝剂处理，能够同时实现废水利用和治理。马懿[16]以白酒废水为处理对象，研究不同pH值、絮凝剂投加量和1%CaCl2对白酒废水的COD去除效果。经过正交试验结果表明，pH值为9，絮凝剂投加量为2.5 mL，1%CaCl2用量为3 mL时COD去除率达到最大值52%。最后通过正交试验研究在最佳COD去除率工艺条件下，当搅拌速度为120 r/min，搅拌时间2 min，静置时间1 h时，微生物絮凝剂产生菌对白酒废水的絮凝效果可达70.2%。虽然微生物絮凝剂具有较多优势，但也还存在许多问题，如单菌株发酵产絮凝剂的实际絮凝效果欠佳；絮凝机理尚不明确；培养基成本过高；这些不足限制了微生物絮凝剂的工业化生产及其应用[17]。

1.4 污泥的产生与处理

据统计每生产1 t 65%vol白酒产生废水48 t，与之产生污泥量约为1.5 t[18]。污泥是微生物降解有机质的增殖和积累，呈半固体状态，含水率高，脱水性差[19]。随着微生物的新陈代谢，污泥会逐渐老化并沉积于曝气池底部，污泥过量会引起曝气率降低，溶解氧减少，最终发生污泥膨胀。污泥膨胀严重影响出水质量，增大污水处理难度，甚至中断整个设备的运行[20]。污泥产量大，影响废水的处理进度；污泥排放也会影响反应池中微生物菌群的活性与稳定性。

污泥中残留氮、磷等营养物以及少量有害物质，处理不当会污染环境。目前国内外常用的处理方法有填埋、土地利用、热处置和堆肥，需要根据污泥的特征选用合适的处理方法[21]。白酒废水处理产生的污泥有害物质较少，富含有益微生物，氮、磷等有机物，处理不当不仅浪费资源且会引起二次污染。酒厂若选用焚烧法处理污泥，焚烧产生烟气、粉尘会污染环境；污泥填埋浪费资源；污泥用作土地，含磷偏高易引起土壤板结；堆肥技术不成熟[22]。

2 解决措施

2.1 加强废水资源利用的生产应用研究

黄水和底锅水的再利用价值非常高。黄水经酯化酶作用，其有机酸类和醇类被转化成含白酒的香味成分的酯化液，酯化液可用于调酒、串蒸、灌窖、养窖，或者用作液体蛋白饲料的加工原料[23-24]。底锅水可用作碳源，谢国排[25]以底锅水为培养基培养己酸菌，己酸发酵产量得到提高。邓汉森等[26]利用底锅水进行酵母发酵，获得菌体蛋白产物的同时底锅水的COD去除率高达77.33%，BOD去除率高达72.19%。底锅水还可以用作乳酸及乳酸钙的加工原料，冯天炜[27]运用微生物发酵底锅水，乳酸和乳酸钙年产量分别达到2 000 t和500 t，经济效益和环境效益显著。宋柯等[28]利用超临界CO2萃取技术，从底锅水、黄水中提取酯类、醇类、醛类、酸类、酚类等物质，将其转化成酒用香料，给酒厂带来了经济效益的同时又减少了污染。伍显兵等[29]进行黄水和己酸菌液酯化能力的对比试验，发现黄水发酵过程中微生物活跃，酯化效果较明显些。谢国排[30]利用黄浆水中的大量有机酸生产饮料、生产单细胞蛋白饲料、生产酯化液；利用黄浆水进行沼气发酵等的应用，较全面体现了黄浆水的综合利用价值。关于酿酒副产物黄水和底锅水综合利用的研究较多，由于试验技术不足，实现工业化生产的却有限。因此，要加强理论研究与实际生产相结合，才能实际解决白酒废水处理残留资源利用率低的问题。

2.2 重视废气的处理

无论是大型化工业，炼油业还是污水处理厂，厌氧微生物分解有机物质，都会产生这些气体。行业应根据自身的特点对有害气体进行处理，不让其直接排放到环境中。这些有害气体均有独自的治理方法，如脱硫可采用物化法和生物法，生物法具有设备简单、低能耗、二次污染少等特点，适合低浓度气态污染物的处理[31]。李华琴等[32]采用低温等离子体-生物法处理硫化氢气体，去除率达97%以上，同时将产生的二氧化硫转化为硫酸根和水，避免了二次污染的产生。白酒废水处理产生的H2S浓度不高，可以选用生物处理法，结合废水处理工程的规模，建立相应的设备。现在对于废气的治理方法有很多，关键是要企业结合自己的特点应用适宜的技术，把废气处理设备建立起来。

2.3 微生物絮凝剂的开发与应用研究

我国对于微生物絮凝剂的研究已获得许多成果，微生物絮凝剂可以通过微生物发酵制备，也可从有机质中提取。颜东方等[33]利用马铃薯淀粉废水培养酵母菌，发酵获得絮凝剂且产量为1.36 g/L。刘秀秀[34]采用超声波破碎和稀盐酸破碎从污泥中提取的三种絮凝剂对高岭土悬液絮凝率分别为30.0%、95.0%、98.0%，对刚果红废液的脱色效力分别高达97.4%、90.5%、82.7%；其一种絮凝剂对淀粉废水也有较好的絮凝效果，絮凝率高达98.5%。高浓度有机废水是一种潜在的天然培养基，可用于产絮凝剂微生物的培养和发酵。因此，白酒废水培养微生物发酵获取絮凝剂，是解决废水治理絮凝剂应用缺陷的有效途径。张帆等[35]用稀释后的制酒废水作培养基，进行了微生物的培养与发酵实验。王伊娜等[36]把处理过的制酒废水作为培养基，发酵液絮凝率可达94.7%，对废水的色度、浊度和COD去除效果都十分明显。由于废水环境复杂，纯菌种发酵生产的絮凝剂在实际运用中难以发挥良好的絮凝作用，而复合菌群所产絮凝剂实际应用的絮凝效果却较好。赵起政等[37]将絮凝率在60%左右的几株细菌进行复配，发酵产絮凝剂的絮凝率提高到80%以上，最高可达96.4%。但是，絮凝机理不明确和使用条件不当是絮凝效果不佳的原因。所以，为提高絮凝效果，必须加强微生物絮凝剂絮凝机理的研究和新型廉价培养基的开发。

2.4 寻找污泥资源利用新途径

白酒废水处理过程，污泥的产生无法避免，关键在于污泥的后期处理。研究表明，经过无害化、稳定化处理的污泥可用作其他资源[38]。李文洪[39]通过分析某酒厂污泥特点，确定堆肥生产有机复合肥是一种有效的污泥资源利用途径。吕继良等[40]利用微生物发酵降解秸秆和污泥的混合物，获得产物乙醇，证明污泥能源化利用途径是可行的。酿酒废水污泥经过无害化处理，理论上可以用作氨基酸蛋白饲料的加工原料，乙醇、氢气、沼气等新能源的生产原料；此外，活性污泥富含有益微生物，脱水后用作人工窖泥培养也是一种潜在的资源化利用方式；这些利用技术以及其他应用方向还有待于深入研究。

3 结语

随着白酒企业国际化的发展，中国白酒的市场需求量及产量会逐渐递增，与之产生的废水也将同比上升。一种可以充分循环利用资源，同时兼顾环境、社会和经济效益的治理方式是白酒行业废水处理研究的方向。可以从废水资源化利用、微生物絮凝剂研制与利用、寻找污泥利用新途径等方面着手，经济有效地处置污泥，这对白酒企业废水治理乃至整个行业的发展都有着极其重要的意义。

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