酿酒废水包含了在生产过程中产生的冷却水、底锅水、清洗废水、酿造尾水以及黄水等，因酒的发酵特性，其产生的废水含有大量的残余淀粉、还原糖、蛋白质等有机物[1]，所以酿酒废水中的化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）和生化需氧量（biochemical oxygen demand，BOD）高、pH值低、总氮（total nitrogen，TN）浓度高、总磷（total phosphorus，TP）浓度高和悬浮物（suspended substance，SS）高等，属于高浓度有机废水[2]，且排放量大，需要处理后达到《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》[3]中要求方可排放，否则会对环境产生很大影响。国内外对白酒、葡萄酒、啤酒等酒类产品的消费需求大，不同生产规模的酒厂有很多，为了减少对环境产生的负担，酒厂废水的处理至关重要。
酿酒废水的处理工艺要根据实际情况（废水水质的特点、废水排放量、废水浓度、厂区面积、处理成本等）进行设计，能够使废水达标后进行排放[4]；可联用多种不同类及同类方法，更能够提高废水处理系统的负荷和耐冲击能力，使运行更加稳定高效；规模小的工厂可以在简单处理后排入污水处理厂再进行集中处理[5]。目前，废水处理技术与处理设备越来越先进高效，为实现酿酒废水的资源化利用以及节能减排，对废水处理工艺进行合理的设计和优化，降低对环境的影响以及资源的浪费。该研究对酿酒废水的处理方法、处理工艺以及效果进行分析总结，旨在为白酒等酒类工业废水的处理提供参考方法和措施。
1 酒类工业废水的特点
由于不同类型酒的生产原料、发酵方式等差异，因此各种酿酒工业废水的水质差异较大，不同类型酒类工业废水水质情况汇总结果见表1。废水的各指标中COD可代表废水中有机物质的总量，也是衡量废水处理效果的关键指标。 酒类类型主要可分为蒸馏酒和发酵酒两大类，发酵酒废水COD普遍低于蒸馏酒废水，其中啤酒废水浓度最低，根据表1可得酒类废水COD为葡萄酒＞浓香型白酒＞清香型白酒＞豉香型白酒＞朗姆酒＞米香型白酒＞酱香型白酒＞黄酒＞啤酒；白酒以高粱、小麦、玉米等谷物为主要原料，经过了发酵和蒸馏，其废水成分相对复杂，含有较多的低碳醇（如甲醇、乙醇等）、有机酸（如脂肪酸、氨基酸等）、醛、酯[5]；以葡萄为原料生产的红酒等产生的废水呈酸性，具有高需氧量，含有植物性毒素和酚类杀菌剂等特点[4]；啤酒废水主要由谷物或大麦芽残渣和啤酒发酵废水组成；特点是有机负荷高，易于生物降解，而谷物或大麦芽残渣由于其木质纤维素化合物的含量而难以生物分解[6]；因此不同酒类工厂采用的废水处理工艺一般不会完全相同。
表1 不同类型酒类工业废水水质指标
Table 1 Wastewater quality indicators of different types of alcoholic drink industrial wastewater
注：BOD5为五日生化需氧量（biochemical oxygen demand，BOD）；TSS为总悬浮固体（total suspended solids，TSS）。
酒类类型废水水质指标蒸馏酒发酵酒浓香型白酒清香型白酒豉香型白酒酱香型白酒米香型白酒朗姆酒黄酒葡萄酒啤酒COD=15 000～20 000 mg/L；BOD5=8 000～16 000 mg/L；SS=900～1 600 mg/L；pH=3～4[7]COD≤20 000 mg/L；BOD5≤10 000 mg/L；SS≤1590 mg/L；NH4+-N≤45 mg/L；TP≤8 mg/L；pH=3～4[8]COD=10 000～15 000 mg/L；NH4+-N=350 mg/L；TN=600～650 mg/L；pH=7～8[9]COD≤9 200 mg/L；BOD5≤4 300 mg/L；SS≤560 mg/L;pH=3～6；NH4+-N≤21 mg/L[10]COD≤8 150 mg/L；BOD5≤2 800 mg/L；SS≤880 mg/L；TN≤120 mg/L；pH=5.0～6.5[11]COD=（14 641±2 973）mg/L；BOD5=（6 843±1 125）mg/L；TSS=（3 260±1 010）mg/L；TN=（262±67）mg/L；TP=（145±91）mg/L；pH=3～5[12]COD=7 000～8 000 mg/L；BOD5=4 500～5 500 mg/L；SS=300～650 mg/L；NH4+-N=30～50 mg/L；TN=40～60 mg/L；pH=4～6[13]COD=320～49 105 mg/L；BOD5=203～22 418 mg/L；SS=66～8 600 mg/L；TN=10～415 mg/L；TP=2.1～280 mg/L；pH=2.5～12.9[14]COD=（2 250±418）mg/L；BOD5=（1 340±335）mg/L；SS=（480±70）mg/L；TN=（50±35）mg/L；TP=（480±70）mg/L；pH=6.5±0.2[6]
2 酒类工业废水的处理方法及作用
废水处理方法可分为物理法、化学法、物化法、生物法，不同酒类工业废水的处理方法及作用见表2～表5。 由表2可知，物理法主要是通过物理原理去除悬浮物（沉降、混凝）和非悬浮物（沉淀）[15-17]，降低废水的有机负荷和浊度，但对COD的去除率有限，沉淀、沉积、凝聚、电凝的COD去除率为9%～47%[12，14，18-21]。由表3可知，化学法是通过投加化学试剂来处理废水，通常与物理法或生物法联用，近年还研发出壳聚糖作为生物混凝剂[22]。由表4可知，物化法是在理化反应机理的基础上通过调整技术参数、组合顺序进行处理，可以降低BOD浓度，减少污泥堆积，降低泵的损耗；通过添加化学物质可提高处理效果（如pH调节可以快速沉淀固体），来提升废水处理方法的适用性[23]。由表5可知，生物法是借助生物膜、活性污泥等生物系统，通过微生物的作用分解转化废水中的污染物，从而改善废水水质。综上，物理法、化学法一般应用于废水预处理或前期处理，生物法一般用于生化处理及深度处理，来去除复杂有机物及难降解物质等，生化处理及深度处理等后续环节的处理工艺一般较复杂，要根据废水水质特点来采取物化法和生物法的多项组合联用。
表2 酒类工业废水处理物理法
Table 2 Physical methods of alcoholic drink industrial wastewater treatments
方法作用沉淀、气浮、过滤离心分离法降低悬浮液中固体的浓度，去除一般有机物、悬浮固体和油状物或成悬浮态的油脂等物质[15-17]分离并去除悬浮固体等不溶杂质[24]
表3 酒类工业废水处理化学法
Table 3 Chemical methods of alcoholic drink industrial wastewater treatments
方法作用混凝/絮凝加入絮凝剂使细颗粒凝聚成大颗粒，更易去除悬浮物及有机物等，降低浊度，提升废水的可生化性[20，25-26]化学氧化法壳聚糖法高级氧化法臭氧氧化法湿式空气氧化法Fenton氧化法臭氧氧化法光催化氧化法过硫酸盐氧化法高级电化学氧化法氧化性强，能够除臭脱色、消毒和降解有机物等，不产生二次污染[27]抗冲击负荷高、反应快、去除效率高，没有二次污染[28]处理效率高、成本低、无污染，可处理含蛋白质、淀粉、油脂等加工废水[29]反应迅速、效率高、试剂简单，适用于处理有毒或难降解的有机污染物[30]能够有效消除有毒物质，提高有机污染物的可生化性，不产生污泥，降低COD[31]降解效率高、时间短、降解浓度范围宽、成本低、稳定性好、无二次污染等[32]具有强氧化性，能够氧化绝大多数的有机污染物，使用寿命长，pH适用范围宽[33]用于降解有机污染物，具有环境可持续性，设备简单，操作条件温和[34]
表4 酒类工业废水处理物化法
Table 4 Physicochemical methods of alcoholic drink industrial wastewater treatments
方法作用电絮凝法活性炭技术膜技术微滤超滤纳滤反渗透吸附沉降废水中的胶体和悬浮离子，去除COD、BOD、色度等，适用于处理有机废水[26]水中除色、除味、除臭和有机物的有效方法[24]孔径介于0.1～1 μm，对菌体、悬浮固体等大分子物质进行分离[35]去除悬浮固体、蛋白质和病原体[36]适用于分离小分子颗粒物质，去除多价无机盐和小分子有机物[37-38]去除＜0.001 μm的微粒、碳水化合物、氨基酸，单价离子，包括NH4+等[39]
表5 酒类工业废水处理生物法
Table 5 Biological methods of alcoholic drink industrial wastewater treatments
方法作用好氧生物法厌氧生物法兼氧生物法好氧/厌氧联用生物法生物膜法人工湿地传统活性污泥法喷射环流反应器序批式活性污泥法循环式活性污泥系统曝气生物滤池法升流式厌氧污泥床法颗粒污泥膨胀床法厌氧折流板反应器连续搅拌反应器吸附生物降解法水解酸化工艺水解-好氧法厌氧-缺氧-好氧法（anaerobic anoxic oxic，AAO）膜生物反应器固定床生物膜反应器移动床生物膜反应器COD和TN去除效果良好，活性污泥产量较低[40]混合速度快，氧化电位高，酚类化合物去除率高[19，41]对高浓度有机废水中正磷酸盐去除效果良好[42]组成简单、运行稳定、基础设施成本低等优点，广泛应用于生活污水和工业废水处理[43]处理效果好、耐冲击负荷、工艺流程简单和菌群结构合理等[44]用于处理低浓度、高溶解性和复杂的废水，处理效率高，有机负荷承受能力强[15]广泛用于处理高浓度有机废水，在处理高氨氮、难降解有机废水方面具有明显优势[26]生物质停留时间长，污泥产量低、对油脂和COD处理效果好[45]不需调节pH值，不投加热碱性物质时能够高效稳定的运行，可有效去除TCOD和COD[46]适用于进水污染物含量高、水质波动大的废水，具有良好的沉降性和稳定性[47]提高污水的可生化性。 为后续好氧处理创造条件[47]适用于处理含氮量高和难降解的高浓度有机废水，具有运行稳定、耐冲击负荷力强等优点[48]比其他同时去除氮、有机物和磷的工艺更简单，水力停留时间短，抗冲击载荷能力强，运行成本低[49]占地面积小、可重复使用、作用速度快，可减少污泥产生、能够适应进水负荷的变化[50]有机物还原效率高、占地面积小、不需进行回流和反冲洗[19，41]性价比高，占地面积小，易于安装、控制和操作，污泥产量最低[51-52]美观，设计、施工和维护简单，能耗低，操作成本低[53]
3 酒类工业废水处理工艺及效果
由于酿酒废水中悬浮颗粒多、有机物浓度高、BOD/COD值较大，利用单一技术处理难以达到排放标准，在实际处理中一般采用多种技术联用。 酿酒废水处理工艺按处理环节可分为预处理、生化处理和深度处理等工艺，经过这一系列处理达标后可进行排放，在未达标时则进行回流再处理直至达标。
3.1 预处理工艺及效果
酿酒废水首先进入预处理环节，通常在预处理阶段进行初步处理（格栅拦截废渣、酒糟）和一级处理（沉淀、絮凝等），去除水中悬浮SS、细小的漂浮物，并对部分难降解悬浮物和毒性物质进行预酸化，便于进行下一步处理。例如，某浓香型白酒污水预处理工艺大致为渣水分离工艺+调节池[54]，分离高粱、小麦、糠壳、酒糟等颗粒物，减少对后续工序的影响，对来水的水质、水温、水量、pH值进行调节；前端处理不当会导致后端系统无法正常使用，某白酒废水处理站的预处理工艺改造后为“集水池+浅层气浮池+磁混凝沉淀池+酸化均质池”[55]，可保证后续系统运行正常，使出水达标保障率高；某酱香型白酒废水处理厂的预处理采用“旋转过滤器、调节池、反应沉淀、反应气浮工艺”，COD去除率＞60%，NH3-N去除率＞23.9%，TN去除率＞41%。 TP去除率＞86.3%[56]；啤酒废水的特点是呈深棕色，固形物及悬浮物含量高等，需要通过预处理来减少悬浮颗粒和其他有机负荷；王存彦等[57]采用预处理+生化处理+回用水深度处理啤酒废水，提出了根据废水水质特点对酿造废水和包装废水进行针对性的分流预处理；采用“多介质过滤+超滤+反渗透”工艺来有效截留水中的无机离子、胶体物质和大分子溶质，将啤酒中水回用到生产或外售，实现酿酒废水资源化利用，节约处理成本，因此可将此技术推广运用到其他酒类废水处理中。
国外大多数葡萄酒厂产生的废水与白酒、啤酒酿造废水特点不同，因此处理工艺差异较大，国外酒厂实际采取的预处理工艺有：①稀释/沉淀或好氧生物处理；②类芬顿工艺；由于葡萄酒废水中多酚物质浓度较高，一般会采用预氧化技术来降低多酚物质，处理效果理想，目前采用的预氧化技术一般为其他技术结合芬顿法来降低多酚物质，还能明显降低COD。 JOHNSON M B等[4]采取太阳光-Fenton预处理能够使废水COD降至1 000 mg/L，多酚物质从99 mg/L降至40 mg/L，有利于后续进行好氧处理，SOUZA B S等[58]采用Solar-Photo-Fenton法对葡萄酒废水进行预氧化处理，李金成等[59]采用臭氧预氧化处理葡萄酒废水，色度去除率可达90%，但对COD几乎无去除效果，而Fenton试剂预氧化处理葡萄酒废水，COD去除率可达54%。
废水预处理工艺一般为物理、化学或生物方法中的两种或多种技术进行组合，来改变废水的物理、化学或生物特性[60]，酿酒生产原料和酿酒工艺是影响废水水质的主要因素，所以白酒、啤酒和葡萄酒的预处理工艺设计有一定差别。 废水中会混杂少量的酿酒生产原料，会影响后续处理时废水的输送以及泵等处理设备的运行，所以预处理也是提高后续生化处理和深度处理效率的重要步骤。
3.2 生化处理工艺及效果
3.2.1 生物法组合工艺的效果
酿酒废水的二级处理单元一般采取生化处理，酿酒废水因具有良好的可生化性，经过适当的前期处理和调节，可实现利用微生物分解和转化废水污染物[15]，进一步降低各污染物浓度；生化处理分为厌氧生化处理和好氧生化处理，为稳定高效的进行生物处理，实际处理中一般为生物法与其他处理技术的组合。 PROST-BOUCLE S等[12]根据朗姆酒的生产特点，其废水处理装置优化后确定工艺为：粗筛+缓冲罐+顺序连续反应器（sequencing batch reactor，SBR）+垂直流处理湿地（vertical flow treatment wetlands，VFTWs），对COD和BOD5的总体平均去除率可达到92%和96%。SOLÍS RR等[61]利用城市污水稀释酒厂废水后进行好氧生物-化学综合处理，处理工艺为：过滤（11 μm）+曝气+城市污水稀释+连续搅拌槽反应器，可在180 min内去除55%的COD、48%的总有机碳（total organic carbon，TOC），酚类物质可减少95%。对于COD=3 880 mg/L的酿酒废水采用：混凝+类芬顿法+生物氧化法（SBR），处理系统能够适应酿酒废水的流量和成分变化，COD去除率达到74%（处理后COD=145 mg O2/L），溶解铁低于1 mg/L[62]。 以木薯酒精废水为原料，有机负荷率为12.73 g COD/（L·d），在（36±1）℃下，EGSB反应器的COD去除率在95%以上，甲烷（CH4）产率为202.73 mL CH4/（g COD·d），能量利用率为62.26%[63]。 厌氧-好氧SBR对啤酒废水中正磷酸盐的去除率在33%至81%之间，总体处理效率为69%，COD去除率为54%[64]。 周永奎等[65]采用UASB处理五粮液酒厂废水后的COD去除率超过了90%，所以生化处理环节是去除COD、TN、氨氮的主要环节。 废水进行生化处理后一般可去除大部分有机物等杂质，但各指标还未达到排水标准，需继续进行深度处理。
3.2.2 人工湿地的作用及效果
在废水处理中人工湿地因对环境友好而受到青睐，能够通过其组分间发生一系列的物理、化学和生物反应来进行废水净化，并经验证人工湿地系统可用于处理不同类型的工业废水，包括来自啤酒厂的废水[66]。AKRATOS C S等[67]设计并验证“生物滴滤池-人工湿地”的组合工艺可以有效处理地中海地区小型葡萄酒厂的废水，生物滴滤池和人工湿地对溶解性化学需氧量去除率最高可达94.2%、92%，出水溶解化学需氧量浓度低于规定限值。 ALAYU E等[68]利用两级水平潜流人工湿地处理经厌氧消化的啤酒废水，处理后可用于灌溉盆栽种植的番茄。国外许多酒类废水会采用了人工湿地来进行组合处理，因为人工湿地的设计、施工和维护简单，美观且能耗低，操作成本低。在国内某浓香型白酒厂采取了深度处理结合生态湿地的工艺[69]，但总体国内上对人工湿地处理酒类废水的研究和应用较少，将人工湿地运用于处理国内酒类废水的工艺还需进行深度研究。
3.2.3 微生物对酿酒废水处理效果的影响
由于酿酒废水具有较好的可生化性，所以微生物在酿酒废水处理中有关键作用，其明显优势是处理过程无毒、无害、无污染。 生化处理环节的关键就是控制分解和转化污染物的微生物在生化反应中保持活性。沈丽尧等[70]研究发现在酿造废水厌氧生物处理系统中，微生物种类较丰富，优势种群明显，在废水处理过程中微生物多样性基本稳定，丰度变化明显。优势菌群有甲烷八叠球菌、甲烷短杆菌、史氏甲烷短杆菌和甲烷细菌，对甲烷产气量也有一定的指示作用。杨开明等[71]采用高通量测序来研究白酒酿造废水中的微生物群落结构，发现微生物菌群结构受水质冲击影响较大，其中变形菌门（Proteobacteria），髌骨细菌门（Patescibacteria）和放线菌门（Actinobacteriota）为分段进水多级AO工艺的优势菌门，酸杆菌门（Acidobacteriota）有利于降解单碳化合物；ZHANG W等[72]利用高通量测序技术证实了啤酒废水的混合比例对微生物群落的分布有显著影响。随着啤酒废水混合比例的增加，厚壁菌门（Firmicutes）逐渐取代绿屈菌门（Chloroflexi）成为优势菌群。同时，甲烷菌属（Methanolinea）和甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）成为优势产甲烷菌，而甲烷丝菌属（Methanothrix）的比例显著降低。所以白酒废水和啤酒废水在处理中优势菌群种类不同，优势产甲烷菌种类基本一致。 酿酒废水中微生物种类丰富，但其处理过程中微生物菌群的研究较少，微生物处理机制不够清晰，可继续对其进行深入研究，来精准调控分解和转化污染物的优势微生物。
3.3 深度处理工艺及效果
深度处理也可称作三级处理，深度处理阶段与生化处理环节主要去除物质种类相同，此阶段大多采取物化法进行处理，经合理的深度处理后，大部分污染物能够去除90%以上，处理后水质指标不能超过相应规定的可排放浓度，否则排水时水质超标的风险较大，尤其需关注白酒废水的总磷和总氮，葡萄酒废水的多酚含量、啤酒废水的色度和浊度。INNES P等[73]对处理啤酒废水采用的“UASB+超滤（ultrafiltration，UF）+低压反渗透（low-pressure reverse osmosis，LPRO）”组合工艺进行了优化，UF+颗粒活性炭（granular activated carbon，GAC）吸附工艺+LPRO的COD总去除率为99.3%～99.4%；TN去除率为94.3%～99.7%；TP去除率为98.0%～98.3%，因此GAC可进一步改善出水水质和LPRO的运行性能。JORGE N等[74]对混凝-絮凝-倾析（coagulation flocculation decantation，CFD）工艺进行优化，将CFD和紫外（ultraviolet，UV）-C/铁/臭氧工艺结合，对酿酒废水中总悬浮物、总多酚和浊度的去除率分别为97.6%、87.8%和98.3%，UV-C/亚铁/臭氧系统优化后的总有机碳（totalorganiccarbon，TOC）去除率为63.2%，臭氧/亚铁/UV-C/CFD系统的TOC去除率能够达到66.1%。 然而深度处理完成后能否可以排放取决于规定的排放浓度限值，未达标时则回流继续处理直至达标。
近年来研究和开发出了越来越多先进高效的物化处理法，在废水处理能够更加低耗环保，也是目前废水处理技术的发展方向。PERUMAL A等[75]采用UV紫外线、H2O2、UV/H2O2、直流电（direct current，DC）/交流电（alternating current，AC）+电芬顿（electro-fenton，EF）和UV+DC/AC+EF技术来处理酒厂的工业废水。与其他处理方法相比，UV+AC+EF组合工艺以4 kW·h的低能耗能够达到100%的总色度去除率和100%的COD去除率；因此光处理是一种理想且有效的技术，可用于改进传统的交流电芬顿技术，且适用于废水和工业废水处理。 PERUMAL A等[75]采取臭氧-Fenton工艺处理酿酒工业废水的化学需氧量、色度，并计算其单位电能值，得到在O3/Fe2+/H2O2工艺的最佳条件下，在最低EE/O为0.5315 kW/（h·m3）下的色度去除率和COD去除率分别可达到100%、96.875%。AFOLABI O A等[76]研究了过氧化氢浓度和反应时间对啤酒废水电芬顿（EF）工艺处理BOD和COD的影响，在过氧化氢2 000 mg/L和反应时间120 min时，BOD和COD的最佳去除率分别为88.96%（46.79 mg/L）和93.16%（58.51 mg/L）。 PEARLMAN K S等[77]通过实验室罐式试验以聚合氯化铝对啤酒厂废水进行化学混凝处理，COD和浊度的去除率为59.36%和90.50%，去除效果明显。SOUSA Y C等[78]研究结果表明，利用电化学法从可含有机磷及无机磷的废水中回收磷，磷的去除率、回收率分别达到90%、96%，可利用回收磷生产肥料来作为磷矿生产的替代品，酿酒废水中总磷浓度较高，可将此技术应用于酿酒废水中进行除磷和回收磷，是能够促进循环经济和可持续发展的理想废水除磷方法。
4 总结与展望
国家现已大力提倡各行各业实行绿色低碳高质量发展，由于白酒在我国属于重要特色产业，白酒的需求和产量大，因此废水处理也是白酒生产过程的重要环节。 由于许多酒厂的废水处理能力有限，运行情况不稳定，以及处理效果不佳等情况会导致其废水排放风险高，处理成本高等问题，且目前酿酒废水资源化利用的发展空间较大，所以归纳总结了不同酒类废水的水质特征、处理工艺及应用现状得出以下结论和展望：
不同酒类废水因生产原料、工艺等差异导致水质特点差异明显（浓香型白酒COD高达20 000 mg/L，葡萄酒废水多酚含量高），各环节处理的条件和目的不同（生化处理环节要注意对微生物的控制），因此相应工艺的设计区别较大。 白酒和啤酒废水预处理以悬浮物去除与均质为主，葡萄酒废水需通过类芬顿法等预氧化技术来降解多酚。生化处理中，UASB、 改良AAO等工艺对高浓度有机废水（如浓香型白酒）的COD去除率可超90%；人工湿地在国外酒厂废水处理中应用广泛（COD去除率＞92%），国内相关研究及应用不足，可进一步探索将人工湿地、微藻处理等生物技术与传统工艺的进行合理组合优化，提升处理效率，减少化学药剂使用，更加绿色环保。
微生物在酒类废水生化处理中起关键作用，而各处理环节水质波动大，微生物群落结构差异显著，但目前相关研究不足，还需通过高通量测序等微生物组学技术深入探究不同酒类废水中微生物群落结构与功能，优化菌群调控策略，提升生物处理系统的稳定性与耐冲击能力。
废水处理新技术如电芬顿、臭氧-芬顿联用、光催化技术等已展现出高效低耗的优势，可进行应用于酿酒废水处理中的深入研究。资源化利用方面，沼气回收已成熟应用，而微藻培养、电化学法回收磷技术等可进一步推广，促进实现酿酒废水的资源化利用。
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