彭翠珍，宗緒巖，，張宿義*，敖靈，雷翔云，楊艷，李建

（1.四川理工學(xué)院生物工程學(xué)院，四川自貢643000；2.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州646000；3.國(guó)家固態(tài)釀造工程技術(shù)研究中心，四川瀘州646000；4.釀酒生物技術(shù)及應(yīng)用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川自貢643000）

釀酒廢水處理存在的問(wèn)題及解決措施

彭翠珍1，宗緒巖1，2，張宿義2，3，4*，敖靈2，3，雷翔云2，3，楊艷2，李建1

（1.四川理工學(xué)院生物工程學(xué)院，四川自貢643000；2.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州646000；3.國(guó)家固態(tài)釀造工程技術(shù)研究中心，四川瀘州646000；4.釀酒生物技術(shù)及應(yīng)用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川自貢643000）

生化處理法作為釀酒廢水降解的主要方法，工藝成熟穩(wěn)定，出水能達(dá)到國(guó)標(biāo)GB 27631—2011《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定要求。但是，廢水處理過(guò)程中仍存在許多技術(shù)問(wèn)題，如廢水中的有機(jī)資源利用率低、厭氧工藝釋放有毒氣體、傳統(tǒng)絮凝劑有缺陷、微生物絮凝劑使用受限、污泥產(chǎn)量大和處理困難等，這些問(wèn)題一定程度上造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，影響廢水的處理效果，阻礙廢水處理技術(shù)的提高以及微生物絮凝劑的應(yīng)用，該文針對(duì)目前釀酒廢水處理中存在的這些問(wèn)題，提出了相應(yīng)的解決措施，期望釀酒廢水處理工藝得到改善，有機(jī)資源利用率得到提高，加強(qiáng)微生物絮凝劑的應(yīng)用，為釀酒廢水的處理及綜合利用提供借鑒。

釀酒；廢水處理；問(wèn)題；解決措施

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)

白酒釀造大多以高粱、小麥、玉米等作為原輔料，采用人工培養(yǎng)老窖、發(fā)酵、蒸餾、分級(jí)貯存、精心勾兌等基本工序釀制而成。白酒廢水是指從生產(chǎn)到貯存陳化過(guò)程中所產(chǎn)生的工業(yè)廢水，通常分為高濃度有機(jī)廢水和低濃度有機(jī)廢水。低濃度有機(jī)廢水有冷卻水、洗瓶水、場(chǎng)地沖洗水，其污染物濃度低于GB 27631—2011《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，可以循環(huán)利用或直接排放；高濃度有機(jī)廢水指底鍋水、黃水、糧食浸泡水等，其富含殘留淀粉、蛋白質(zhì)、糖類等有機(jī)物[1]。白酒工業(yè)廢水處理方法有物理法、化學(xué)法和生化法，處理技術(shù)包含過(guò)濾、重力沉降、氣浮、離心、酸堿中和、厭氧降解、好氧降解、厭氧-好氧降解等[2-4]。目前，我國(guó)大型白酒企業(yè)均具備自己獨(dú)特的污水處理工程，工藝穩(wěn)定，處理后的水質(zhì)符合GB27631—2011《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。但是，仍存在一些不可忽視的問(wèn)題。本文淺析了白酒行業(yè)現(xiàn)階段廢水處理過(guò)程存在的有機(jī)資源利用率低、厭氧工藝釋放有毒氣體、傳統(tǒng)絮凝劑有缺陷、微生物絮凝劑使用受限、污泥產(chǎn)量大和處理困難等問(wèn)題，并針對(duì)這些問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決措施，期望對(duì)釀酒廢水的處理及綜合利用提供理論借鑒。

1 白酒廢水處理過(guò)程中存在的問(wèn)題

1.1 有機(jī)資源綜合利用率低

釀造廢水富含淀粉、還原糖、有機(jī)酸、酯類、醇類等，這些大分子物質(zhì)難以降解，是引起污染的主要原因[5]。白酒釀造以糧食為原料，黃水、底鍋水等有機(jī)廢水中有害物質(zhì)含量少，有再利用價(jià)值。由于經(jīng)濟(jì)成本和技術(shù)缺陷問(wèn)題，黃水和底鍋水資源多數(shù)未能獲得充分利用；高濃度有機(jī)廢水直接排入污水處理站不僅給廢水的治理增加難度，同時(shí)也造成資源浪費(fèi)。

1.2 厭氧工藝釋放有害氣體

酒廠的廢水處理工程包括厭氧反應(yīng)分解，厭氧微生物降解有機(jī)物的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生二氧化碳、甲烷、硫化氫、一氧化碳等有害氣體[6]。甲烷會(huì)引起頭痛、頭暈，心跳加速、呼吸困難，甚至窒息[7]。硫化氫急劇毒性，危害人體健康；一定條件下還腐蝕設(shè)備、管道和儀表；空氣中，硫化氫易被氧化成SO2后形成硫酸，又以酸雨的形式降落[8]。CO易燃易爆，高毒性，也會(huì)引起頭暈、惡心、嘔吐等癥狀[9]。二氧化碳最大的危害就是造成溫室效應(yīng)，給人們帶來(lái)冰川融化、海平面上升，氣候極端異常等種種自然災(zāi)難[10]。采用露天式的厭氧設(shè)備，不利于有毒氣體的收集及處理，再加上企業(yè)成本和技術(shù)條件的限制，這些有害氣體就直接被排放到大氣層。日積月累，將對(duì)環(huán)境造成不可忽視的污染。

1.3 絮凝劑的使用受限

白酒工業(yè)廢水處理過(guò)程中，通常需要利用絮凝劑降低濁度、色度、化學(xué)需氧量（chemical oxygen demand，COD）、生物需氧量（biological oxygen demand，BOD）和氮磷量，或者改進(jìn)污泥沉降性能。至今，無(wú)機(jī)化學(xué)絮凝劑和高分子有機(jī)合成絮凝劑在廢水治理中充當(dāng)重要角色，釀酒廢水處理也會(huì)使用聚合硫酸鋁、聚丙烯酰胺等化學(xué)絮凝劑。盡管利用傳統(tǒng)絮凝劑能夠達(dá)到污水的降解要求，但其絮凝效果不佳、用量大、存在安全隱患等。如含鋁鹽的污泥大量流入農(nóng)用土地，農(nóng)作物會(huì)出現(xiàn)鋁害，生長(zhǎng)受阻，嚴(yán)重時(shí)甚至死亡；其次，攝入有害物質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品，會(huì)間接影響人體健康[11]。此外，聚丙烯酰胺單體難以降解，具有神經(jīng)致毒性及致癌性，長(zhǎng)期使用會(huì)給環(huán)境帶來(lái)二次污染[12]。化學(xué)絮凝劑存在的這些不足之處，促使新一代微生物絮凝劑研究的興起與發(fā)展。

微生物絮凝劑由微生物體或微生物代謝產(chǎn)物（多糖、糖蛋白、蛋白質(zhì)等）組成，具有絮凝效率高、生物降解性好、安全無(wú)毒、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)[13-14]。微生物絮凝劑的使用主要涉及污泥沉降性能的改善、高濃度有機(jī)廢水的治理、食品工業(yè)廢水的降解、發(fā)酵液的后續(xù)處理等[15]。如曝氣池中活性污泥發(fā)生膨脹時(shí)，加入微生物絮凝劑能恢復(fù)污泥沉降性能和提高脫水率；微生物絮凝劑能夠有效降低高濃度有機(jī)廢水的總氮、總磷量及化學(xué)需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）等。食品工業(yè)廢水富含微生物生長(zhǎng)代謝所需營(yíng)養(yǎng)物，利用微生物絮凝劑處理，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)廢水利用和治理。馬懿[16]以白酒廢水為處理對(duì)象，研究不同pH值、絮凝劑投加量和1%CaCl2對(duì)白酒廢水的COD去除效果。經(jīng)過(guò)正交試驗(yàn)結(jié)果表明，pH值為9，絮凝劑投加量為2.5 mL，1%CaCl2用量為3 mL時(shí)COD去除率達(dá)到最大值52%。最后通過(guò)正交試驗(yàn)研究在最佳COD去除率工藝條件下，當(dāng)攪拌速度為120 r/min，攪拌時(shí)間2 min，靜置時(shí)間1 h時(shí)，微生物絮凝劑產(chǎn)生菌對(duì)白酒廢水的絮凝效果可達(dá)70.2%。雖然微生物絮凝劑具有較多優(yōu)勢(shì)，但也還存在許多問(wèn)題，如單菌株發(fā)酵產(chǎn)絮凝劑的實(shí)際絮凝效果欠佳；絮凝機(jī)理尚不明確；培養(yǎng)基成本過(guò)高；這些不足限制了微生物絮凝劑的工業(yè)化生產(chǎn)及其應(yīng)用[17]。

1.4 污泥的產(chǎn)生與處理

據(jù)統(tǒng)計(jì)每生產(chǎn)1 t 65%vol白酒產(chǎn)生廢水48 t，與之產(chǎn)生污泥量約為1.5 t[18]。污泥是微生物降解有機(jī)質(zhì)的增殖和積累，呈半固體狀態(tài)，含水率高，脫水性差[19]。隨著微生物的新陳代謝，污泥會(huì)逐漸老化并沉積于曝氣池底部，污泥過(guò)量會(huì)引起曝氣率降低，溶解氧減少，最終發(fā)生污泥膨脹。污泥膨脹嚴(yán)重影響出水質(zhì)量，增大污水處理難度，甚至中斷整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行[20]。污泥產(chǎn)量大，影響廢水的處理進(jìn)度；污泥排放也會(huì)影響反應(yīng)池中微生物菌群的活性與穩(wěn)定性。

污泥中殘留氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物以及少量有害物質(zhì)，處理不當(dāng)會(huì)污染環(huán)境。目前國(guó)內(nèi)外常用的處理方法有填埋、土地利用、熱處置和堆肥，需要根據(jù)污泥的特征選用合適的處理方法[21]。白酒廢水處理產(chǎn)生的污泥有害物質(zhì)較少，富含有益微生物，氮、磷等有機(jī)物，處理不當(dāng)不僅浪費(fèi)資源且會(huì)引起二次污染。酒廠若選用焚燒法處理污泥，焚燒產(chǎn)生煙氣、粉塵會(huì)污染環(huán)境；污泥填埋浪費(fèi)資源；污泥用作土地，含磷偏高易引起土壤板結(jié)；堆肥技術(shù)不成熟[22]。

2 解決措施

2.1 加強(qiáng)廢水資源利用的生產(chǎn)應(yīng)用研究

黃水和底鍋水的再利用價(jià)值非常高。黃水經(jīng)酯化酶作用，其有機(jī)酸類和醇類被轉(zhuǎn)化成含白酒的香味成分的酯化液，酯化液可用于調(diào)酒、串蒸、灌窖、養(yǎng)窖，或者用作液體蛋白飼料的加工原料[23-24]。底鍋水可用作碳源，謝國(guó)排[25]以底鍋水為培養(yǎng)基培養(yǎng)己酸菌，己酸發(fā)酵產(chǎn)量得到提高。鄧漢森等[26]利用底鍋水進(jìn)行酵母發(fā)酵，獲得菌體蛋白產(chǎn)物的同時(shí)底鍋水的COD去除率高達(dá)77.33%，BOD去除率高達(dá)72.19%。底鍋水還可以用作乳酸及乳酸鈣的加工原料，馮天煒[27]運(yùn)用微生物發(fā)酵底鍋水，乳酸和乳酸鈣年產(chǎn)量分別達(dá)到2 000 t和500 t，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益顯著。宋柯等[28]利用超臨界CO2萃取技術(shù)，從底鍋水、黃水中提取酯類、醇類、醛類、酸類、酚類等物質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化成酒用香料，給酒廠帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)又減少了污染。伍顯兵等[29]進(jìn)行黃水和己酸菌液酯化能力的對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)黃水發(fā)酵過(guò)程中微生物活躍，酯化效果較明顯些。謝國(guó)排[30]利用黃漿水中的大量有機(jī)酸生產(chǎn)飲料、生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料、生產(chǎn)酯化液；利用黃漿水進(jìn)行沼氣發(fā)酵等的應(yīng)用，較全面體現(xiàn)了黃漿水的綜合利用價(jià)值。關(guān)于釀酒副產(chǎn)物黃水和底鍋水綜合利用的研究較多，由于試驗(yàn)技術(shù)不足，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的卻有限。因此，要加強(qiáng)理論研究與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，才能實(shí)際解決白酒廢水處理殘留資源利用率低的問(wèn)題。

2.2 重視廢氣的處理

無(wú)論是大型化工業(yè)，煉油業(yè)還是污水處理廠，厭氧微生物分解有機(jī)物質(zhì)，都會(huì)產(chǎn)生這些氣體。行業(yè)應(yīng)根據(jù)自身的特點(diǎn)對(duì)有害氣體進(jìn)行處理，不讓其直接排放到環(huán)境中。這些有害氣體均有獨(dú)自的治理方法，如脫硫可采用物化法和生物法，生物法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、低能耗、二次污染少等特點(diǎn)，適合低濃度氣態(tài)污染物的處理[31]。李華琴等[32]采用低溫等離子體-生物法處理硫化氫氣體，去除率達(dá)97%以上，同時(shí)將產(chǎn)生的二氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸根和水，避免了二次污染的產(chǎn)生。白酒廢水處理產(chǎn)生的H2S濃度不高，可以選用生物處理法，結(jié)合廢水處理工程的規(guī)模，建立相應(yīng)的設(shè)備?，F(xiàn)在對(duì)于廢氣的治理方法有很多，關(guān)鍵是要企業(yè)結(jié)合自己的特點(diǎn)應(yīng)用適宜的技術(shù)，把廢氣處理設(shè)備建立起來(lái)。

2.3 微生物絮凝劑的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究

我國(guó)對(duì)于微生物絮凝劑的研究已獲得許多成果，微生物絮凝劑可以通過(guò)微生物發(fā)酵制備，也可從有機(jī)質(zhì)中提取。顏東方等[33]利用馬鈴薯淀粉廢水培養(yǎng)酵母菌，發(fā)酵獲得絮凝劑且產(chǎn)量為1.36 g/L。劉秀秀[34]采用超聲波破碎和稀鹽酸破碎從污泥中提取的三種絮凝劑對(duì)高嶺土懸液絮凝率分別為30.0%、95.0%、98.0%，對(duì)剛果紅廢液的脫色效力分別高達(dá)97.4%、90.5%、82.7%；其一種絮凝劑對(duì)淀粉廢水也有較好的絮凝效果，絮凝率高達(dá)98.5%。高濃度有機(jī)廢水是一種潛在的天然培養(yǎng)基，可用于產(chǎn)絮凝劑微生物的培養(yǎng)和發(fā)酵。因此，白酒廢水培養(yǎng)微生物發(fā)酵獲取絮凝劑，是解決廢水治理絮凝劑應(yīng)用缺陷的有效途徑。張帆等[35]用稀釋后的制酒廢水作培養(yǎng)基，進(jìn)行了微生物的培養(yǎng)與發(fā)酵實(shí)驗(yàn)。王伊娜等[36]把處理過(guò)的制酒廢水作為培養(yǎng)基，發(fā)酵液絮凝率可達(dá)94.7%，對(duì)廢水的色度、濁度和COD去除效果都十分明顯。由于廢水環(huán)境復(fù)雜，純菌種發(fā)酵生產(chǎn)的絮凝劑在實(shí)際運(yùn)用中難以發(fā)揮良好的絮凝作用，而復(fù)合菌群所產(chǎn)絮凝劑實(shí)際應(yīng)用的絮凝效果卻較好。趙起政等[37]將絮凝率在60%左右的幾株細(xì)菌進(jìn)行復(fù)配，發(fā)酵產(chǎn)絮凝劑的絮凝率提高到80%以上，最高可達(dá)96.4%。但是，絮凝機(jī)理不明確和使用條件不當(dāng)是絮凝效果不佳的原因。所以，為提高絮凝效果，必須加強(qiáng)微生物絮凝劑絮凝機(jī)理的研究和新型廉價(jià)培養(yǎng)基的開(kāi)發(fā)。

2.4 尋找污泥資源利用新途徑

白酒廢水處理過(guò)程，污泥的產(chǎn)生無(wú)法避免，關(guān)鍵在于污泥的后期處理。研究表明，經(jīng)過(guò)無(wú)害化、穩(wěn)定化處理的污泥可用作其他資源[38]。李文洪[39]通過(guò)分析某酒廠污泥特點(diǎn)，確定堆肥生產(chǎn)有機(jī)復(fù)合肥是一種有效的污泥資源利用途徑。呂繼良等[40]利用微生物發(fā)酵降解秸稈和污泥的混合物，獲得產(chǎn)物乙醇，證明污泥能源化利用途徑是可行的。釀酒廢水污泥經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理，理論上可以用作氨基酸蛋白飼料的加工原料，乙醇、氫氣、沼氣等新能源的生產(chǎn)原料；此外，活性污泥富含有益微生物，脫水后用作人工窖泥培養(yǎng)也是一種潛在的資源化利用方式；這些利用技術(shù)以及其他應(yīng)用方向還有待于深入研究。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著白酒企業(yè)國(guó)際化的發(fā)展，中國(guó)白酒的市場(chǎng)需求量及產(chǎn)量會(huì)逐漸遞增，與之產(chǎn)生的廢水也將同比上升。一種可以充分循環(huán)利用資源，同時(shí)兼顧環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益的治理方式是白酒行業(yè)廢水處理研究的方向?？梢詮膹U水資源化利用、微生物絮凝劑研制與利用、尋找污泥利用新途徑等方面著手，經(jīng)濟(jì)有效地處置污泥，這對(duì)白酒企業(yè)廢水治理乃至整個(gè)行業(yè)的發(fā)展都有著極其重要的意義。

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0254-5071（2017）05-0001-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.05.001

2017-03-14

四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2017JY0110）

彭翠珍（1991-），女，碩士研究生，研究方向?yàn)獒劸粕锛夹g(shù)及應(yīng)用。

*通訊作者：張宿義（1971-），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士，研究方向?yàn)獒劸粕锛夹g(shù)及應(yīng)用。