酵母生产过程产生的废水是典型的难降解性废水，目前国内几乎没有企业能将此类废水处理达标，且处理成本高。常规厌氧—好氧二级生化处理后的废水COD和色度仍然较高，企业一般只能通过化学手段进行深度处理，如化学沉淀法，该方法所需的混凝剂投加量大，且产生大量化学污泥，增加了废水处理成本，同时又增加了污泥处理难度。
目前国内外对酵母废水深度处理方法研究较多的是化学氧化法和絮凝沉淀法，仍难免存在药剂投加量大、处理成本高的问题。臭氧强化混凝作为深度处理手段常应用于饮用水和城市污水二级出水处理中。笔者试图将臭氧强化混凝法应用在酵母废水的深度处理中，以期达到降低混凝剂用量、减少污泥产生量的目的。
1 实验部分
1.1 实验水质
实验用水取自某酵母厂二级处理出水，COD为500～700 mg/L，色度在600～800倍，pH在7.2～8.0。
1.2 分析方法
COD的测定采用重铬酸钾法。
1.3 实验方法
（1）混凝剂的选择。实验选择两种常用的传统无机混凝剂——三氯化铁和硫酸铝，分别考察其最佳投加量，并比较二者的处理效果。分别取300 mL实验废水置于4个烧杯中，混凝剂投加方法为干粉投加。三氯化铁投加量分别为1、2、3、4 g/L，快速搅拌30 s（300 r/min），中速搅拌10 min（120 r/min），慢速搅拌5 min（50 r/min），静置30 min后取上清液测定COD。硫酸铝投加量分别为1、2、3、4、5 g/L，实验方法同上。
（2）臭氧强化混凝实验。首先进行单独臭氧氧化实验，分别取1.5 L二级出水，调节臭氧发生器进气量为1 L/min，臭氧质量浓度25 mg/L，臭氧投加量分别为60、120、180、240 mg/L。对不同投加量下的臭氧氧化出水进行混凝沉淀：取氧化出水各1 L，混凝剂三氯化铁的投加量分别取0.5、1.0、1.5 g/L，快速搅拌30 s（300 r/min），中速搅拌10 min（120 r/min），慢速搅拌5 min（50 r/min），静置30 min后取上清液测定COD，同时烘干污泥并称重。同时还进行了先混凝沉淀后臭氧氧化的实验，混凝剂和臭氧的投加量与臭氧强化混凝实验相同。
2 结果与讨论
2.1 混凝剂的确定
分别投加三氯化铁和硫酸铝作为混凝剂，考察其对COD的去除效果。结果发现，两种混凝剂都存在最佳投加量，三氯化铁为2 g/L时，COD去除率为52.7%；硫酸铝为4 g/L时，COD去除率为54.6%；继续增大混凝剂投加量时COD去除率反而降低，原因是混凝剂过量会造成胶体吸附过多的反离子，使原来所带负电荷变成正电荷，或使胶体表面饱和，从而导致胶体物质的再次稳定，去除率降低。综合混凝剂用量和COD去除率，选择三氯化铁作为酵母废水二级出水的混凝剂。
2.2 臭氧强化混凝实验结果
在1.3实验条件下，考察臭氧强化混凝与先混凝后臭氧氧化对COD的去除效果，结果见表 1、表 2。从表 1可以看出，臭氧投加量在60～240 mg/L时，COD去除率相差不大，均在50%左右，但后续混凝过程COD去除率却明显不同，这表明臭氧对有机物的去除是有限的，增加臭氧投加量并不能将有机物矿化，但此过程可能改变了有机物的结构，从而影响后续混凝过程。
表1 不同臭氧投加量下的强化混凝结果
表2 不同三氯化铁投加量下先混凝后臭氧氧化结果
图 1为不同臭氧投加量下的强化混凝效果，从图 1可见，投加臭氧进行强化混凝后COD去除率均比单独混凝有所提高。臭氧投加量为60 mg/L、三氯化铁投加量为1.5 g/L时COD去除率达到67.3%，比单独三氯化铁混凝（1.5 g/L）提高了5.2%；臭氧投加量为120 mg/L时只需0.5 g/L的三氯化铁，COD去除率达到65.0%，比0.5、1.5 g/L单独三氯化铁混凝分别提高17.8%、6.5%；而三氯化铁为0.5 g/L、臭氧投加量分别为180、240 mg/L时的COD去除率反而不如臭氧投加量为120 mg/L时的去除率高，原因可能为此时臭氧已过量，将水中大分子有机物氧化分解成小分子有机物，且其亲水性增强，不利于混凝处理，反而需要更多混凝剂。臭氧投加量为60 mg/L时，臭氧氧化作用不明显，对混凝过程影响不大。
图 1 不同臭氧投加量下的强化混凝效果
为了明确臭氧的强化混凝过程，对臭氧强化混凝实验结果与先混凝后臭氧氧化的实验结果进行了对比，图 2为先混凝后臭氧氧化的COD去除效果。从图 2可以看出，1.5 g/L三氯化铁混凝后投加60 mg/L臭氧的去除效果最好，COD去除率为71.2%，但此时三氯化铁的投加量大；1.0 g/L三氯化铁混凝后投加60 mg/L臭氧的COD去除率为63.8%；0.5 g/L三氯化铁混凝后投加120 mg/L臭氧的去除效果较单独混凝没有明显提高。
图 2 先混凝后臭氧氧化的处理效果
综合药剂投加量和COD去除效果，先混凝后臭氧氧化的较优条件为三氯化铁投加量1.0 g/L、臭氧投加量60 mg/L，此时COD去除率为63.8%。
由于混凝工艺会产生大量化学污泥，因此在最佳投加量下对两种工艺的COD去除率、化学污泥产生量进行对比，结果见表 3。
表3 臭氧强化混凝和先混凝后臭氧氧化的效果对比
从表 3可以看出，臭氧、三氯化铁投加量为60 mg/L、1.0 g/L时，臭氧强化混凝效果不如先混凝后臭氧氧化，原因为此时臭氧投加量偏低，未起到很好的强化混凝作用，但化学污泥量可减少50%以上。当臭氧、三氯化铁投加量分别为120 mg/L、0.5 g/L时，臭氧强化混凝效果明显好于先混凝后臭氧氧化，同时可减少50%以上的化学污泥量，且可比单独混凝过程减少约60%的三氯化铁用量。由此可见，在适宜的投加量下，臭氧可以强化混凝过程，提高处理效果，同时可以减少混凝剂用量和化学污泥产生量。
2.3 不同方法的经济分析
分别对3种工艺（均在最优条件下）的处理效果进行对比，结果表明：臭氧强化混凝、先混凝后臭氧氧化、单独混凝的COD去除率分别为65.0%、63.8%、58.5%，三者的绝干污泥量分别为2.6、5.6、5.7 g/L。
（1）臭氧发生器采用氧气源。1 kg O3的用电量为16 kW·h，按照电费价格0.7元/（kW·h）、FeCl3（按六水三氯化铁计）价格2 500元/t计算，可得3种方法的吨水处理费用，见表 4。
表4 采用氧气源时3种方法的处理费用 元/t
（2）臭氧发生器采用空气源。1 kg O3的用电量为20 kW·h，按照电费价格0.7元/（kW·h）、FeCl3（按六水三氯化铁计）价格2 500元/t计算，可得3种方法的吨水处理费用，见表 5。
由表 3～表 5可见，最优条件下单独混凝的COD去除率不到60%，处理费用最高，为3.8元/t。臭氧强化混凝处理效果最好，且处理费用最低，采用氧气源臭氧发生器时，处理费用为2.5元/t，采用空气源时处理费用为2.9元/t，比先混凝后臭氧氧化分别减少0.7、0.4元/t费用，比单独混凝分别减少1.3、0.9元/t费用。同时臭氧强化混凝所产生的化学污泥量也最少，仅为其他两种方法污泥量的一半。。
因此，从处理效果和经济性方面考虑，臭氧强化混凝应用在酵母废水的深度处理是可行的。
3 结论
（1）混凝处理酵母废水二级出水时，三氯化铁比硫酸铝更适合作为混凝剂。（2）臭氧和三氯化铁投加量分别为120 mg/L、0.5 g/L时，臭氧强化混凝效果明显好于先混凝后臭氧氧化，COD去除率比后者高19.2%，可减少50%以上的化学污泥产生量，三氯化铁用量比单独混凝过程减少60%以上。（3）在3种方法的最优条件下，臭氧强化混凝的吨水处理费用最低，尤其是臭氧发生器采用氧气源时，处理费用为2.5元/t，其化学污泥量也仅为其他2种方法的一半，若考虑化学污泥处理费用，则臭氧强化混凝总处理费用更明显低于其他2种方法。
