康巧梅，鄧寧堆，劉小琳

(福建師范大學(xué) 閩南科技學(xué)院，福建 南安 362332)

啤酒是世界上最為流行的飲料之一，其生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量的廢水，主要是有機(jī)廢水，富含可供微生物生長的營養(yǎng)物質(zhì)[1].由于啤酒廢水的可生化性良好，目前國內(nèi)處理啤酒廢水多采用生化法[2]，主要以厭氧+好氧處理工藝為主[3].而生活污水具有很高的可生化性，適合微生物生長的營養(yǎng)元素充足，有利于微生物的生長繁殖，使得廢水中的污染物質(zhì)能夠被降解.

近年來，F(xiàn)enton試劑在水處理領(lǐng)域的作用逐漸被發(fā)現(xiàn)并且占據(jù)重要的地位[4-7]，而光催化氧化技術(shù)在目前的催化氧化過程中得到了廣泛的研究，在化學(xué)氧化試劑與紫外線的聯(lián)合作用下，系統(tǒng)的氧化能力優(yōu)于單一化學(xué)氧化劑或紫外線.孫雪微[8]利用改性TiO2復(fù)合催化劑協(xié)同硫酸根自由基類Fenton體系降解壬基酚，光照 30 min 內(nèi)幾乎全部降解.實驗通過添加生活污水及利用UV/TiO2-Fenton試劑，提高了啤酒廢水的可生化性，對啤酒廢水的處理具有一定的參考作用.

1 實驗部分

1.1 主要試劑和儀器

重鉻酸鉀(天津市福晨化學(xué)試劑廠，優(yōu)級純)；二氧化鈦(天津市福晨化學(xué)試劑廠，分析純).

SPX-250B-Z生化培養(yǎng)箱(上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)；pHS-25雷磁pH計(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司).

1.2 可生化性的評價方法

本次試驗依據(jù)啤酒廢水的BOD5/COD的比值來評價污水的可生化性.目前，BOD5/COD比值法是采用較為廣泛的1種用來評價污水可生化性的方法，也是最為簡易的1種方法.一般情況下，認(rèn)為BOD5/COD 的比值越高，表示該廢水的可生化性越好.具體評價依據(jù)為BOD5/COD比值：小于0.2時，為難降解；在0.2～0.3之間，較難降解；在0.3～0.45間，較容易降解；大于0.45時，容易降解[9].

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 生活污水對啤酒廢水可生化性的影響

2.1.1 生活污水添加比例的影響

在pH為7、稀釋倍數(shù)為2倍的條件下，研究生活污水與啤酒廢水體積比不同時BOD5/COD的值，結(jié)果如圖1所示.

由圖1可知，生活污水與啤酒廢水比例從1∶20增加到5∶20時，水樣的BOD5/COD從0.217增加到0.446，是因為生活污水中含有大量適合微生物生長的營養(yǎng)物質(zhì)，水中微生物更好的生長，使得污染物質(zhì)得以充分降解.而生活污水的比例繼續(xù)提高，BOD5/COD的值有所下降，由實驗可知生活污水與啤酒廢水的添加比例為5∶20.

2.1.2 pH的影響

在生活污水與啤酒廢水體積比為5∶20、稀釋倍數(shù)為2倍的條件下，研究pH對BOD5/ COD值的影響，結(jié)果如圖2所示.

由圖2看出：pH值在4～7之間，BOD5/COD值有所上升，由0.347提高到0.454，這是由于適合的酸堿度對廢水中微生物的新生代謝有促進(jìn)作用.pH小于4和大于10時，BOD5/COD變小甚至低于原水，是因為pH過高或過低都會抑制啤酒廢水中大分子難降解的基團(tuán)氧化成較易降解的小分子物質(zhì)，同時pH值過高或過低會影響微生物的正常生命活動，甚至可能導(dǎo)致微生物死亡.因此，pH=7能更好的提高啤酒廢水的可生化性.

2.1.3 啤酒廢水稀釋倍數(shù)的影響

在生活污水與啤酒廢水體積比為5∶20、pH為7的條件下，研究稀釋倍數(shù)對BOD5/COD值的影響，結(jié)果如圖3所示.

從圖3可知，啤酒廢水稀釋倍數(shù)從1倍增加到2倍時，BOD5/COD的值從0.442增加到0.464，有所提高，這是因為啤酒廢水被稀釋2倍之后，稀釋后的環(huán)境更適合微生物生長繁殖，能更好的降解污染物質(zhì).隨后，啤酒廢水的稀釋倍數(shù)逐漸增大，可以發(fā)現(xiàn)BOD5/COD的值在逐漸降低，是因為啤酒廢水被過度稀釋，水中的營養(yǎng)物質(zhì)和微生物含量降低，水中的污染物不能被充分降解.因此，稀釋倍數(shù)為2倍能更好的提高啤酒廢水的可生化性.

2.2 UV/TiO2-Fenton對啤酒廢水可生化性的影響

2.2.1 光照時間的影響

在pH為7、H2O2投加量為 20 mg/L、TiO2投加量為 0.4 g、FeSO4投加量為 16 mg/L 的條件下，研究光照時間對 BOD5/COD值的影響，結(jié)果如圖4所示.

由圖4可以看出：光照時間的增加，水樣BOD5/COD值逐漸增加，反應(yīng)降解有機(jī)物的速度很快，在反應(yīng) 75 min 時，水樣的BOD5/COD值從0.264 增加到0.435，這是由于TiO2光催化降解有機(jī)物的作用以及H2O2在紫外光作用下，被分解而產(chǎn)生·OH.紫外燈照射 75 min 后反應(yīng)開始趨于平緩，到 120 min 時 BOD5/COD從0.435增加到0.474.因為Fenton試劑參與的過程為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，其中·OH的產(chǎn)生為鏈的開始，而其它的自由基和反應(yīng)中間體構(gòu)成了鏈的節(jié)點，各種自由基之間或自由基與其它物質(zhì)的相互作用，使自由基被消耗，反應(yīng)鏈終止[10].隨著光照時間的增加，反應(yīng)過程中的自由基被消耗完，BOD5/COD的值就不在增加.因為考慮成本的因素，所以UV/TiO2-Fenton 氧化水樣的最佳光照時間為 90 min.

2.2.2 pH的影響

在光照時間為 90 min、H2O2投加量為 20 mg/L、TiO2投加量為 0.4 g、FeSO4投加量為 16 mg/L 的條件下，研究pH對BOD5/COD值的影響，結(jié)果如圖5所示.

從圖5中可以看出，pH在1～7區(qū)間，BOD5/COD隨著水樣堿性的增大而增大，但是pH小于5時，BOD5/COD低于原水的情況是因為在酸性條件下，廢水比在堿性時更加穩(wěn)定不利于光解[11]，所以污染物質(zhì)不能被降解.當(dāng)pH超過9時，BOD5/COD下降，因為在堿性條件下，F(xiàn)enton試劑中的Fe2+、Fe3+呈現(xiàn)Fe(OH)2和Fe(OH)3的膠態(tài)物質(zhì)，從而抑制了·OH的生成，氧化能力明顯降低[11].因此，UV/TiO2-Fenton氧化水樣在pH值為7時，BOD5/COD值最佳，可生化性較好.

2.2.3 H2O2投加量的影響

在 50 mL 水樣中的H2O2投加量不同，水樣的BOD5/COD也不同，結(jié)果見圖6.從圖6可以看出：水樣的H2O2投加量在 0 mg/L 時BOD5/COD為0.254，低于原水，因為水樣中沒有H2O2，F(xiàn)e2+無法催化H2O2生產(chǎn)·OH，所以過量的Fe2+抑制了微生物的生長.當(dāng)投加量增加到 20 mg/L，BOD5/COD的值提高至0.569，此時，BOD5/ COD達(dá)到最大值.這是因為H2O2被反應(yīng)過程中產(chǎn)生的副反應(yīng)消耗了，產(chǎn)生的·OH使得廢水中不易降解的物質(zhì)被氧化成易降解的有機(jī)物.H2O2投加量再逐漸提高，BOD5/COD開始有所降低，是由于產(chǎn)生的·OH在短時間內(nèi)不能和水中有機(jī)物反應(yīng)，卻能和H2O2反應(yīng)：·OH + H2O2→HO2· + H2O，就是說H2O2是·OH的捕捉劑，H2O2投量過高會使最初產(chǎn)生的·OH泯滅，從而降低了Fenton試劑的利用效率[12].因此，H2O2投加量為 20 mg/L.

2.2.4 TiO2的投加量的影響

在光照時間為 90 min、pH為7、H2O2投加量為 20 mg/L、FeSO4投加量為 16 mg/L 的條件下，研究TiO2投加量對BOD5/COD值的影響，結(jié)果如圖7所示.

從圖7可知，當(dāng)TiO2加入量從 0 g 增加到 0.4 g 時，水樣的BOD5/COD的有顯著的提高，這是因為TiO2在能量大于3.2 eV的光照下能產(chǎn)生光生電子(e-)和空穴(h)，空穴與水反應(yīng)生成羥基自由基，而光生電子與氧和水等反應(yīng)生成活性氧的超氧離子和過氧化氫能將廢水中的部分有機(jī)物氧化成水和二氧化碳[13].在 0.4 g 之后，TiO2的投加量逐漸增加，BOD5/COD的值反而有所下降，是由于TiO2加入量過多，造成了光的散射，光的能量得不到充分的利用，最終導(dǎo)致光催化反應(yīng)速率的降低.因此，TiO2投加量過多對提高廢水BOD5/COD值的效果不好.所以TiO2投加量為0.4g.

2.2.5 FeSO4質(zhì)量濃度的影響

在光照時間為 90 min、pH為7、H2O2投加量為 20 mg/L、TiO2投加量為 0.4 g 的條件下，改變Fe2+質(zhì)量濃度，測得BOD5/ COD的值，結(jié)果如圖8所示.

如圖8所示：在FeSO4投加量為0時，啤酒廢水BOD5/COD值很低，是因為水樣中沒有投加FeSO4，使得H2O2催化效率大大降低，由于H2O2具有殺菌作用，所以過量的H2O2抑制了微生物的生長.隨著Fe2+投加量的增多，BOD5/COD迅速變大，啤酒廢水在Fe2+投加量由 0 mg/L 提高到 16 mg/L 時，BOD5/COD由0.193提高到0.622.這就表明H2O2被Fe2+催化后生成的·OH對反應(yīng)有促進(jìn)作用，使得廢水的可生化性提高.當(dāng)FeSO4投加量從 16 mg/L 繼續(xù)增加時，BOD5/COD逐漸減小，是因為H2O2的量為定值，在這種情況下，F(xiàn)e2+的循環(huán)不能及時完成，當(dāng)H2O2被消耗后，·OH的量減少，F(xiàn)e2+繼續(xù)投加不會一直提高處理效果，使得BOD5/COD也會有所下降.因此水樣的FeSO4投加量為 16 mg/L.

3 結(jié)語

利用生活污水和UV/TiO2-Fenton試劑對啤酒廢水的可生化性進(jìn)行研究：在對生活污水對啤酒廢水可生化性的研究過程中，生活污水與啤酒廢水的體積比為5∶20，水樣pH為7，啤酒廢水稀釋2倍時，啤酒廢水的可生化性較好；UV/TiO2-Fenton試劑對啤酒廢水可生化性的研究過程中，紫外燈照射時間在 90 min，pH值為7，H2O2投加量約為 20 mg/L，TiO2投加量約為 0.4 g，F(xiàn)eSO4的投加量約為 16 mg/L 時，啤酒廢水的可生化性較好.