啤酒生產廢水A/O雙膜法處理后續化學除磷研究

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(嘉應學院 化學與環境學院，廣東 梅州 514015)

中國是全球最大啤酒生產和消費國，2017年中國啤酒產量為4401.5萬千升，啤酒廢水年產量約為4億m3[1]。啤酒廢水主要為糖化、發酵、罐裝等車間所排放的廢液及設備和管道清洗水、地面沖洗水，是一種中高濃度的有機廢水，其中還含有氮磷等污染物，排入外環境會造成水體污染并引起富營養化[2]。

目前啤酒廢水的處理方法以生化法為主，但由于生物法除磷效果有限，隨著國家和地方對排水標準的逐漸提升，使得啤酒廠面臨徹底除磷的難題，生物除磷很難滿足要求，化學除磷是現有處理工藝的很好補充[3-5]。

本文針對廣東省某啤酒分裝廠經過A/O雙膜法處理后的生產廢水，探討生物處理出水中磷超標時利用鐵鹽和鋁鹽兩種常用絮凝劑輔以化學除磷，探討投藥量、pH值等反應條件對除磷效率的影響，從而選擇合適的絮凝劑使出水達到廣東省地方標準《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二時段一級標準，為啤酒廢水化學除磷的實際工程應用提供借鑒和參考。

1 儀器和試劑

1.1 儀器

自封手提式壓力蒸汽消解器；PHS-25型PH計；磁力加熱攪拌器79-1；上皿電子天平JA2003；721分光度光度計；HC-TP11-2架藥物天平；50mL具塞比色管、1000mL燒杯、量筒、移液管、容量瓶等。

1.2 試劑

1.2.1 藥品

硫酸、氫氧化鈉、過硫酸鉀、抗壞血酸、鉬酸鹽、酚酞等。

1.2.2 除磷藥劑

(1)六水合三氯化鐵(FeCl3·6H2O)(廣州化學試劑廠產)，含量≧99.7%，分析純(A.R.)，相對分子量=270.30。

(2)聚合氯化鋁{[Al(OH)n·Cl3-n]m}(河南許昌科盈化工實業公司產)，含Al2O3≧30%。

(3)聚丙烯酰胺(中國醫藥(集團)上海化學有限公司產)，含量≧85%，相對分子量≧300萬。

2 實驗方法

2.1 TP分析測定原理

本實驗的廢水水樣取自廣東省某啤酒分裝廠經過A/O雙膜法處理后的啤酒廢水出水，原水水樣水質pH值為7.2；TP為4.16mg/L。

廢水水樣中TP的測定采用GB11893-89 總磷的測定：鉬酸銨分光光度法。原水樣中的TP的濃度為C1，處理后濾液中TP的濃度為C2，經處理后的水樣中磷的去除量C=C1-C2。磷的去除率：η=[(C1-C2)/C1]×100%。根據磷的去除率跟絮凝劑的投入量及其他條件的關系可以直觀地了解各個參數對除磷效果的影響。

2.2 不同絮凝劑的除磷實驗方案

2.2.1 相同pH值(原水pH值)，絮凝劑不同投加量的實驗方案

取若干只1000mL大燒杯，各取原水水樣500mL，分別加入不同量的1%三氯化鐵溶液、1%聚合氯化鋁溶液，在磁力攪拌器上快速攪拌1min，再加入1mL的0.1%聚丙烯酰胺溶液作為助凝劑，快速攪拌1min，再慢攪10min后停止攪拌，靜置30min后取其上層清液測定廢水中剩余磷的含量[6-7]。

2.2.2 相同絮凝劑投加量，不同pH值對除磷效果的實驗方案

同一水樣相同絮凝劑量下，不同pH值實驗。取3只1000mL的大燒杯，各取原水水樣500mL。其中一只燒杯裝pH值=7.2的原水水樣，另兩只燒杯中的原水水樣pH分別用NaOH溶液和硫酸溶液將pH值調至6、6.5、7、7.5、8共五個梯次，然后分別加入不同量的三氯化鐵溶液進行除磷實驗。

改用聚合氯化鋁溶液作絮凝劑，調節原水水樣不同的pH值在不同絮凝劑用量下進行同樣的操作。

3 結果與討論

3.1 不同絮凝劑投加量對除磷效果的影響

圖1 三氯化鐵投加量與TP去除率關系圖

三氯化鐵不同投加量對總磷去除率的處理結果如圖1。從圖1可看出，在聚丙烯酰胺協同作用下，三氯化鐵的總磷去除效率隨著投藥量的上升而上升，原廢水水樣在三氯化鐵的投加量為90mg/L以上時，處理后水樣中剩余TP含量可達到廣東省地方標準《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二時段一級標準。三氯化鐵投加量為110mg/L時，處理后水樣中剩余TP含量為0.26mg/L，總磷去除率為93.85%，此時去除率較高且之后再增加投藥量對去除率的提升作用不大。鑒于除磷效果及加藥處理成本的綜合考慮，本研究選用三氯化鐵溶液投加量110mg/L作為對原水除磷的最佳投藥量。

圖2 聚合氯化鋁投加量與TP去除率關系圖

聚合氯化鋁不同投加量對總磷去除率的處理結果如圖2。在聚丙烯酰胺協同作用下，聚合氯化鋁除磷效果隨著用量的遞增而遞增，在投加量大于120mg/L時可以達到90%以上去除效率，而當藥劑用量大于140mg/L后，其除磷效率反而降低。分析原因如下：若投加量不足，絮凝劑不能與污水中的磷充分反應，在絮體沉淀后，仍有一部分未被絮凝，致使剩余磷含量較高；若投加過量，則絮體間的架橋作用所必須的粒子表面吸附點被絮凝劑所包裹，使架橋所需的粒子表面活性點不足，而使得絮凝劑顆粒間的吸附架橋作用變得困難，以致處理效果下降[8]。因此，鑒于工藝成本及除磷效果綜合考慮，本研究選用聚合氯化鋁溶液140mg/L投加量作為對原水除磷的最佳投藥量，此時處理后水樣中剩余TP含量為0.2mg/L，總磷去除率為95.27%，出水可達標。

3.2 不同pH值對除磷效果的影響

圖3 不同pH值與TP去除率關系圖

鑒于該啤酒分裝廠處理出水pH主要集中在6～8之間，本實驗pH值選擇6、6.5、7、7.5、8共五個梯度。在最佳投藥量下，不同pH值對除磷效率的結果見圖3。從圖3中可看出pH值的變化對三氯化鐵和聚合氯化鋁的除磷效果都不會有太大的影響，都能夠維持在90%以上的去除率，所以為了操作方便，建議在原水pH值時投加最佳藥量即可達到比較理想的除磷效果。

4 結論

(1)啤酒廢水僅僅采用單純的生物除磷，往往難于滿足啤酒廢水排放標準的要求，因此結合排放要求和經濟因素，必要時考慮采取化學輔助除磷。

(2)在聚丙烯酰胺的協同作用下，三氯化鐵和聚合氯化鋁對啤酒廢水中磷均有較好的去除效果，除磷效率可達到90%以上，處理后總磷排放可達到廣東省地方標準《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二時段一級標準。

(3)啤酒廢水除磷工程可針對不同的處理水質特點和處理要求，并結合當地具體條件和技術經濟分析選擇較適宜的化學除磷絮凝劑。