蘭小艷　穆艷秋　郭云霞　陳雪玲

摘 要：以白酒實訓(xùn)基地的廢水為研究對象，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，通過厭氧發(fā)酵和有氧發(fā)酵，研究了不同pH、溫度和時間對廢水中銨態(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℃、時間8d;（2）有氧發(fā)酵：pH7、有氧菌0.02mL、溫度30℃、時間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 X783.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 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，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，白酒生產(chǎn)導(dǎo)致的環(huán)境問題也日益嚴(yán)重。其中，以蒸料、蒸酒過程中產(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，會加重污染負(fù)荷[1]。釀酒行業(yè)快速發(fā)展帶來的問題是“三廢”增加，其中廢水是釀酒行業(yè)的主要污染問題。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)原料階段開始到最后蒸餾出酒，在每一道生產(chǎn)工藝中都會產(chǎn)生一些污染環(huán)境的廢水，其主要污染物來源于蒸餾階段、發(fā)酵階段和清洗過程。底鍋水受到蒸料及蒸酒過程中原料、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，還會產(chǎn)生另一種“廢水”，即冷凝水。冷凝水主要用來冷卻液化酒蒸汽，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]。

總體來說，白酒廢水水量大、水質(zhì)成分相對復(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，通過厭氧發(fā)酵將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，通過有氧發(fā)酵將銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，通過反硝化氧發(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、堿性過硫酸鉀溶液、鹽酸溶液、硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)使用液。

1.2 試驗流程與檢驗方法

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

1.2.2 銨態(tài)氮測定 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420nm處測量吸光度[8]。

1.2.3 硝態(tài)氮檢測原理 采用紫外線分光光度法于波長220nm和275nm處混合均勻測定吸光度，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 試驗設(shè)計

1.3.1 單因素試驗

1.3.1.1 厭氧發(fā)酵階段 （1）厭氧菌含量對厭氧發(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）時間對厭氧發(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）時間對硝化細(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）時間對反硝化發(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

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、時間，根據(jù)單因素試驗中所得數(shù)據(jù)，正交試驗選擇這4個因素研究其最佳條件。因此，試驗中每個因素設(shè)置3個水平，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、時間，根據(jù)單因素試驗中所得數(shù)據(jù)，正交試驗選擇5個因素研究其最佳條件。因此，試驗中每個因素設(shè)置3個水平。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、時間，根據(jù)單因素試驗中所得數(shù)據(jù)，正交試驗選擇這4個因素研究其最佳條件。因此，試驗中每個因素設(shè)置3個水平，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)酵時間分別為6、7、8d（表3）。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 厭氧發(fā)酵

2.1.1.1 厭氧菌含量對厭氧發(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，銨態(tài)氮的含量增長趨于平緩，說明5mL添加量為最適添加量。

2.1.1.2 pH對厭氧發(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，銨態(tài)氮的含量最高，說明pH為7時最適合。可以確定pH7為厭氧菌的最適生長環(huán)境。

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

2.1.1.4 時間對厭氧發(fā)酵的影響 由圖4可知：隨著時間的累積，有機(jī)物逐漸被分解，銨態(tài)氮的含量隨著時間的增長逐漸平緩，說明此時的銨態(tài)氮產(chǎn)生與分解逐漸達(dá)到平衡，第8天時銨態(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，此時測得銨態(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，此時轉(zhuǎn)化率為最大。

2.1.2.2 pH對有氧發(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，銨態(tài)氮的含量增長最高，說明pH為7時最適合，可以確定pH8對硝化細(xì)菌的影響最大。

2.1.2.3 溫度對有氧發(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，此時測得銨態(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，此時銨態(tài)氮的含量最低，說明此時銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化率最高。

2.1.2.4 時間對硝化細(xì)菌發(fā)酵效果的影響 由圖8可知：隨著時間的累積，銨態(tài)氮逐漸被分解，銨態(tài)氮的呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，到第7天時，下降趨于平緩，此時銨態(tài)氮分解產(chǎn)生達(dá)到動態(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)?，測定此時水中所剩下硝態(tài)氮含量，可測定反硝化細(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，此時的轉(zhuǎn)化效果最好。

2.1.3.2 pH對反硝化發(fā)酵的影響 由圖10可知：pH過低會抑制硝態(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過高同時也會抑制硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，當(dāng)pH為7時，此時硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化率最高。

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

2.1.3.4 時間對反硝化發(fā)酵的影響 由圖12可知：隨著時間天數(shù)的累積，硝態(tài)氮的含量逐漸降低，在7d時硝態(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)到動態(tài)平衡。

2.2 正交試驗結(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)。通過對4個不同因素的試驗以及極差得到的最優(yōu)組合為：pH6、厭氧菌1mL、溫度30℃、時間8d時，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。通過對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)?，此時測定硝態(tài)氮含量，即可測得水質(zhì)的好壞。反硝化發(fā)酵正交試驗最優(yōu)組合為：pH6，反硝化細(xì)菌0.1g，溫度35℃，時間7d（表6）。

3 結(jié)論

通過白酒實訓(xùn)基地廢水優(yōu)化處理的試驗，經(jīng)測定培養(yǎng)后的厭氧發(fā)酵最優(yōu)組合為：pH6、厭氧菌1mL、溫度30℃、時間8d;有氧發(fā)酵的最優(yōu)組合為：pH7、硝化菌0.02mL、溫度35℃、時間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℃、時間7d。

參考文獻(xiàn)

[1]高宇宸.白酒酒廠底鍋水綜合預(yù)處理工藝研究[D].太原：山西大學(xué)，2018.

[2]馬平.釀造水的污染原因分析與改進(jìn)[J].啤酒科技，2014（01）：39.

[3]宋柯，杜崗，劉念.白酒發(fā)酵副產(chǎn)物丟糟、黃水、底鍋水中提取香、味成份在酒用香料中的應(yīng)用[J].釀酒，2008（04）：84-86.

[4]劉興禹，張為民.濃香型白酒生產(chǎn)中黃水的應(yīng)用[J].釀酒，2000（3）：43-44.

[5]李國彪.白酒工業(yè)廢水處理初探[J].污染防治技術(shù)，1998（02）：95-97.

[6]于宏偉.三種白酒廢水好氧處理工藝的對比[J].釀酒，2013，40（02）：58-60.

[7]汪春乾，陳俊偉，伍遠(yuǎn)超.清潔生產(chǎn)在白酒工業(yè)中的推廣應(yīng)用及研究[J].釀酒科技，2011（10）：127-130.

[8]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.HJ535—2000水質(zhì)、銨態(tài)氮的測定、納氏試劑分光光度法[S].2000.

[9]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.HJ636—2012水質(zhì)、硝態(tài)氮的測定、堿性過硫酸鉀消解紫外線分光光度法[S].2012.

（責(zé)編：張宏民）