啤酒废水的可生化性研究

康巧梅，邓宁堆，刘小琳

(福建师范大学 闽南科技学院，福建 南安 362332)

啤酒是世界上最为流行的饮料之一，其生产过程产生大量的废水，主要是有机废水，富含可供微生物生长的营养物质[1].由于啤酒废水的可生化性良好，目前国内处理啤酒废水多采用生化法[2]，主要以厌氧+好氧处理工艺为主[3].而生活污水具有很高的可生化性，适合微生物生长的营养元素充足，有利于微生物的生长繁殖，使得废水中的污染物质能够被降解.

近年来，Fenton试剂在水处理领域的作用逐渐被发现并且占据重要的地位[4-7]，而光催化氧化技术在目前的催化氧化过程中得到了广泛的研究，在化学氧化试剂与紫外线的联合作用下，系统的氧化能力优于单一化学氧化剂或紫外线.孙雪微[8]利用改性TiO2复合催化剂协同硫酸根自由基类Fenton体系降解壬基酚，光照 30 min 内几乎全部降解.实验通过添加生活污水及利用UV/TiO2-Fenton试剂，提高了啤酒废水的可生化性，对啤酒废水的处理具有一定的参考作用.

1 实验部分

1.1 主要试剂和仪器

重铬酸钾(天津市福晨化学试剂厂，优级纯)；二氧化钛(天津市福晨化学试剂厂，分析纯).

SPX-250B-Z生化培养箱(上海博迅实业有限公司医疗设备厂)；pHS-25雷磁pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司).

1.2 可生化性的评价方法

本次试验依据啤酒废水的BOD5/COD的比值来评价污水的可生化性.目前，BOD5/COD比值法是采用较为广泛的1种用来评价污水可生化性的方法，也是最为简易的1种方法.一般情况下，认为BOD5/COD 的比值越高，表示该废水的可生化性越好.具体评价依据为BOD5/COD比值：小于0.2时，为难降解；在0.2～0.3之间，较难降解；在0.3～0.45间，较容易降解；大于0.45时，容易降解[9].

2 实验结果与讨论

2.1 生活污水对啤酒废水可生化性的影响

2.1.1 生活污水添加比例的影响

在pH为7、稀释倍数为2倍的条件下，研究生活污水与啤酒废水体积比不同时BOD5/COD的值，结果如图1所示.

由图1可知，生活污水与啤酒废水比例从1∶20增加到5∶20时，水样的BOD5/COD从0.217增加到0.446，是因为生活污水中含有大量适合微生物生长的营养物质，水中微生物更好的生长，使得污染物质得以充分降解.而生活污水的比例继续提高，BOD5/COD的值有所下降，由实验可知生活污水与啤酒废水的添加比例为5∶20.

2.1.2 pH的影响

在生活污水与啤酒废水体积比为5∶20、稀释倍数为2倍的条件下，研究pH对BOD5/ COD值的影响，结果如图2所示.

由图2看出：pH值在4～7之间，BOD5/COD值有所上升，由0.347提高到0.454，这是由于适合的酸碱度对废水中微生物的新生代谢有促进作用.pH小于4和大于10时，BOD5/COD变小甚至低于原水，是因为pH过高或过低都会抑制啤酒废水中大分子难降解的基团氧化成较易降解的小分子物质，同时pH值过高或过低会影响微生物的正常生命活动，甚至可能导致微生物死亡.因此，pH=7能更好的提高啤酒废水的可生化性.

2.1.3 啤酒废水稀释倍数的影响

在生活污水与啤酒废水体积比为5∶20、pH为7的条件下，研究稀释倍数对BOD5/COD值的影响，结果如图3所示.

从图3可知，啤酒废水稀释倍数从1倍增加到2倍时，BOD5/COD的值从0.442增加到0.464，有所提高，这是因为啤酒废水被稀释2倍之后，稀释后的环境更适合微生物生长繁殖，能更好的降解污染物质.随后，啤酒废水的稀释倍数逐渐增大，可以发现BOD5/COD的值在逐渐降低，是因为啤酒废水被过度稀释，水中的营养物质和微生物含量降低，水中的污染物不能被充分降解.因此，稀释倍数为2倍能更好的提高啤酒废水的可生化性.

2.2 UV/TiO2-Fenton对啤酒废水可生化性的影响

2.2.1 光照时间的影响

在pH为7、H2O2投加量为 20 mg/L、TiO2投加量为 0.4 g、FeSO4投加量为 16 mg/L 的条件下，研究光照时间对 BOD5/COD值的影响，结果如图4所示.

由图4可以看出：光照时间的增加，水样BOD5/COD值逐渐增加，反应降解有机物的速度很快，在反应 75 min 时，水样的BOD5/COD值从0.264 增加到0.435，这是由于TiO2光催化降解有机物的作用以及H2O2在紫外光作用下，被分解而产生·OH.紫外灯照射 75 min 后反应开始趋于平缓，到 120 min 时 BOD5/COD从0.435增加到0.474.因为Fenton试剂参与的过程为链式反应，其中·OH的产生为链的开始，而其它的自由基和反应中间体构成了链的节点，各种自由基之间或自由基与其它物质的相互作用，使自由基被消耗，反应链终止[10].随着光照时间的增加，反应过程中的自由基被消耗完，BOD5/COD的值就不在增加.因为考虑成本的因素，所以UV/TiO2-Fenton 氧化水样的最佳光照时间为 90 min.

2.2.2 pH的影响

在光照时间为 90 min、H2O2投加量为 20 mg/L、TiO2投加量为 0.4 g、FeSO4投加量为 16 mg/L 的条件下，研究pH对BOD5/COD值的影响，结果如图5所示.

从图5中可以看出，pH在1～7区间，BOD5/COD随着水样碱性的增大而增大，但是pH小于5时，BOD5/COD低于原水的情况是因为在酸性条件下，废水比在碱性时更加稳定不利于光解[11]，所以污染物质不能被降解.当pH超过9时，BOD5/COD下降，因为在碱性条件下，Fenton试剂中的Fe2+、Fe3+呈现Fe(OH)2和Fe(OH)3的胶态物质，从而抑制了·OH的生成，氧化能力明显降低[11].因此，UV/TiO2-Fenton氧化水样在pH值为7时，BOD5/COD值最佳，可生化性较好.

2.2.3 H2O2投加量的影响

在 50 mL 水样中的H2O2投加量不同，水样的BOD5/COD也不同，结果见图6.从图6可以看出：水样的H2O2投加量在 0 mg/L 时BOD5/COD为0.254，低于原水，因为水样中没有H2O2，Fe2+无法催化H2O2生产·OH，所以过量的Fe2+抑制了微生物的生长.当投加量增加到 20 mg/L，BOD5/COD的值提高至0.569，此时，BOD5/ COD达到最大值.这是因为H2O2被反应过程中产生的副反应消耗了，产生的·OH使得废水中不易降解的物质被氧化成易降解的有机物.H2O2投加量再逐渐提高，BOD5/COD开始有所降低，是由于产生的·OH在短时间内不能和水中有机物反应，却能和H2O2反应：·OH + H2O2→HO2· + H2O，就是说H2O2是·OH的捕捉剂，H2O2投量过高会使最初产生的·OH泯灭，从而降低了Fenton试剂的利用效率[12].因此，H2O2投加量为 20 mg/L.

2.2.4 TiO2的投加量的影响

在光照时间为 90 min、pH为7、H2O2投加量为 20 mg/L、FeSO4投加量为 16 mg/L 的条件下，研究TiO2投加量对BOD5/COD值的影响，结果如图7所示.

从图7可知，当TiO2加入量从 0 g 增加到 0.4 g 时，水样的BOD5/COD的有显著的提高，这是因为TiO2在能量大于3.2 eV的光照下能产生光生电子(e-)和空穴(h)，空穴与水反应生成羟基自由基，而光生电子与氧和水等反应生成活性氧的超氧离子和过氧化氢能将废水中的部分有机物氧化成水和二氧化碳[13].在 0.4 g 之后，TiO2的投加量逐渐增加，BOD5/COD的值反而有所下降，是由于TiO2加入量过多，造成了光的散射，光的能量得不到充分的利用，最终导致光催化反应速率的降低.因此，TiO2投加量过多对提高废水BOD5/COD值的效果不好.所以TiO2投加量为0.4g.

2.2.5 FeSO4质量浓度的影响

在光照时间为 90 min、pH为7、H2O2投加量为 20 mg/L、TiO2投加量为 0.4 g 的条件下，改变Fe2+质量浓度，测得BOD5/ COD的值，结果如图8所示.

如图8所示：在FeSO4投加量为0时，啤酒废水BOD5/COD值很低，是因为水样中没有投加FeSO4，使得H2O2催化效率大大降低，由于H2O2具有杀菌作用，所以过量的H2O2抑制了微生物的生长.随着Fe2+投加量的增多，BOD5/COD迅速变大，啤酒废水在Fe2+投加量由 0 mg/L 提高到 16 mg/L 时，BOD5/COD由0.193提高到0.622.这就表明H2O2被Fe2+催化后生成的·OH对反应有促进作用，使得废水的可生化性提高.当FeSO4投加量从 16 mg/L 继续增加时，BOD5/COD逐渐减小，是因为H2O2的量为定值，在这种情况下，Fe2+的循环不能及时完成，当H2O2被消耗后，·OH的量减少，Fe2+继续投加不会一直提高处理效果，使得BOD5/COD也会有所下降.因此水样的FeSO4投加量为 16 mg/L.

3 结语

利用生活污水和UV/TiO2-Fenton试剂对啤酒废水的可生化性进行研究：在对生活污水对啤酒废水可生化性的研究过程中，生活污水与啤酒废水的体积比为5∶20，水样pH为7，啤酒废水稀释2倍时，啤酒废水的可生化性较好；UV/TiO2-Fenton试剂对啤酒废水可生化性的研究过程中，紫外灯照射时间在 90 min，pH值为7，H2O2投加量约为 20 mg/L，TiO2投加量约为 0.4 g，FeSO4的投加量约为 16 mg/L 时，啤酒废水的可生化性较好.