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酿酒废水处理新策略：长期曝气储存与光芬顿联用工艺的优化及协同效应研究
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年06月22日 来源：Environmental Research 7.7
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本研究针对葡萄酒生产国面临的酿酒废水(WW)处理难题，创新性地将长期曝气储存(LTAS)生物反应器与UV-C光芬顿工艺联用。通过优化LTAS参数（空气流量110 dm3/h，曝气15 h/天）实现COD去除率98.8%和DOC去除率88.7%，再经光芬顿处理（pH=3.0，[H2O2]=97 mM）使总DOC去除率达98.2%，处理成本仅0.158 �/g.DOC。该联用技术首次实现LTAS与AOPs协同处理WW，为高有机负荷废水提供经济高效的解决方案。
葡萄酒产业蓬勃发展的背后，酿酒废水(WW)的处理正成为地中海地区亟待解决的环境难题。这类废水富含乙醇、单宁等有机污染物，其化学需氧量(COD)高达15,006 mg O2/L，远超葡萄牙236/98法令的排放标准。传统生物处理虽能降解部分有机物，但对难降解多酚类物质束手无策，而单独使用高级氧化工艺(AOPs)又面临成本过高的问题。
葡萄牙研究人员在《Environmental Research》发表的研究中，开创性地将长期曝气储存(LTAS)生物反应器与光芬顿工艺联用。通过15天的LTAS处理（5L反应器，110 dm3/h曝气），利用废水自身微生物实现COD去除率98.8%；后续采用UV-C光催化（2.5 mM Fe2+，240分钟反应）进一步降解难处理有机物，最终DOC总去除率达98.2%。该联用技术处理成本仅0.158 �/g.DOC，较单一工艺降低35%。
关键技术包括：1）LTAS生物反应器优化（监测COD/DOC去除率及微生物群落）；2）光芬顿参数筛选（采用中心复合设计优化pH、H2O2浓度等）；3）能量效率评估（计算电能消耗EEM）；4）FTIR分析降解机制；5）葡萄牙Douro地区实际WW样本处理。
Reagents and winery wastewater sampling
研究采用葡萄牙Douro产区实际WW样本，含特征污染物乙醇(9.8%)和单宁(1.2%)，通过PCA培养基确认存在内生酵母(106 CFU/mL)和细菌(107 CFU/mL)。
Winery wastewater characterization
废水呈现典型碳氮比失衡(C/N=57.4)，FTIR分析显示主要含-OH(3400 cm-1)和C=O(1650 cm-1)基团，BOD5/COD=0.45证实其高生物降解性。
Conclusions
LTAS中≤15 h/天的曝气促进酵母生长（较细菌活性提升23%），与光芬顿产生协同效应：1）LTAS优先降解可溶性糖类；2）光芬顿靶向裂解芳香环结构；3）联用工艺较单独处理节省H2O2用量41%。
该研究首次证实LTAS/光芬顿联用对WW处理的协同价值：1）突破传统生物处理对多酚类物质的降解瓶颈；2）通过阶段性处理降低总能耗（EEM=0.410 kWh/g.DOC）；3）为葡萄酒产区提供符合欧盟标准的低成本处理方案。Marco S Lucas团队指出，该系统的模块化设计特别适合中小型酒厂应用，未来可结合太阳能进一步优化光催化阶段能效。
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