餐厨垃圾废水处理研究进展

刘光博，李小皎，伍海辉，胡晓钧

(1.上海应用技术大学，上海 201418;2.上海艺迈实业有限公司，上海 200504)

引 言

餐厨垃圾，亦称厨余垃圾或餐饮垃圾，即从事餐饮服务、企业学校食堂及家庭等的在生产、加工处理、食用过程中产生的残余。随着我国的居民生活质量不断提高，日常生活中食品种类不断广泛多样化，浪费现象愈加普遍，因此餐厨垃圾的产量也随之增加。据上海市相关年鉴统计[1]，在2015年餐厨垃圾清运量已达到31.5万t，并且保持15%的速率不断增加。

相关统计数据表明，我国目前有 400 多万家大大小小餐馆，由此餐厨垃圾产生的数量巨大。由于这些餐点较为分散，把这些餐厨垃圾集中处理又会增大成本，因此如何安全合理环保节约成本的去处理这些餐厨垃圾是一项重大挑战。餐厨垃圾过多且集中度不够，就会造成餐厨垃圾的分散处理方式，而分散就地处理过程中会产生一部分较为难处理的废水，即餐厨垃圾废水。其主要特点是水质复杂，化学需氧量高，油含量高，并且高氨氮高磷等，所以餐厨垃圾废水不经过严格的处理会对生态环境造成严重污染。

由于餐厨垃圾废水水质复杂，水质波动大，污染程度高，因此对处理技术开发与研究提出了较高的挑战，目前针对此类废水的处理方法主要有物理处理法、化学处理法、物理化学处理法、土地处理法、生物处理法、联合处理法。虽已有相关文献进行相关报道，但其是从资源化利用及油水分离角度展开的综述[2]，而本文将从处理效果及设计参数方向针对上述方法进行归纳并分析其优缺点。

1 物理处理法

物理法指通过重力分离、离心分离、膜分离、过滤、粗粒化蒸发等除去废水中的大部分悬浮物及油类的方法，仅仅使用物理法只能有限的去除废水中的污染物。刘蓉等[3]以W型和H型改性聚丙烯纤维作为粗粒化材料，发现H型改性聚丙烯纤维有更好的处理油的效果，采用粗粒化技术能有效降低餐饮废水中的含油量，并较大程度降低了化学需氧量。刘全諹等[4]提到超滤膜技术，能够很好地处理含有乳化剂、顽固油质等油脂的废水，且超滤膜技术对于处理氧化物质有明显的效果，同时能够有效的清理乳化剂中的油性物质。

碟管式反渗透(DTRO)是反渗透的一种该处理方法，属于膜分离技术。此工艺可直接处理餐厨垃圾废水，也可做预处理，同时还可与生化处理相结合，应用广泛，应用价值较高， DTRO工艺具有出水稳定达标、运行灵活性和抗冲击性较好、抗结垢和膜污染且寿命长、易于维护、运行费用低可自动化等特点。但此工艺只是对废水高度浓缩，浓缩液还需进一步处理。目前此法应用在餐厨垃圾废水的案例较少，多数案例应用于垃圾渗滤液的处理方面，杜宏伟[5]对云南省某建制镇生活垃圾填埋场中渗滤液处理工程所采用的两级DTRO工艺从工艺流程设计、处理效果、运行成本等方面进行分析，结果表明处理量为15 m3/d的两级DTRO工艺对COD、BOD5、NH3-N、TN去除率分别约为99.72%、99.72%、99.33%、99.33%。出水水质稳定且满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)对渗滤液排放标准的要求。

高鑫等[6]对四川安岳县垃圾填埋场中的渗滤液采用两级 DTRO系统作为应急处理的主工艺，从工艺流程设计、处理效果、运行成本等方面进行综合分析，结果表明进水量为200 m3/d的DTRO工艺对COD、NH3-N、TP、TN、SS都有较好的去除效果，其中出水中的COD、NH3-N的浓度分别低于17 mg/L、6 mg/L，且工程总投资 (694.12 万元) 和运行成本 (41.82 元/t) 较低，经济性好。

特征出水水质稳定且满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)对渗滤液排放标准的要求。其中二级DTRO设计参数如表1。

表1 二级DTRO 系统设计参数Tab.1 Design parameters of second-level DTRO system

2 化学处理法

3 物理化学法

物理化学法通过物理化学的手段将污染物转化为无害物质的方法，采用物理化学法可以较为有效的去除废水中的无机或有机污染物。出水较为稳定且不易受到进水水质的制约，但成本较高。主要有湿式催化氧化法、焚烧法、气浮法、萃取法、电化学法、气化等。徐玲等[10]采用新型的尖晶石型铁酸镁FeMgxO1.5+x复合氧化物催化剂，对餐厨废水进行湿式催化氧化处理发现该催化剂具实用性，但其稳定性有待加强。Hyeon Su Heo[11]通过Py-GC/MS催化剂作用，利用高温分解方法，有效地使餐厨垃圾渗滤液中各种油脂成分分馈出来，使其成为一种重要的资源生物油。Satish等[12]人研究了无介质双室微生物燃料电池(MFC)的产酸发酵及电化学性能，即以高锰酸钾作为阴极，以餐厨垃圾废水作为阳极，当COD浓度为5 000 mg/L时，MFC的电流密度为66.75 A/m3，功率密度为15.14 W/m3，COD去除率达到90%。证明了利用餐厨垃圾废水可以进行生物发电的可行性。王宇飞等[13]采用隔油/电凝聚气浮法处理食堂含油废水，试验结果表明当处理条件为电流密度为30 A/m2，停留时间为20 min时，处理效果较好，对动植物油去处理可达到90%以上，对固体悬浮物去除率可达80%以上，对化学需氧量可达到50%以上，最高可达85%。出水基本达到《污水排入城市下水道水质标准》 (CJ 343—2010) 的要求。

4 土地处理法

5 生物处理法

生物法利用微生物(好氧菌、厌氧菌及兼性厌氧菌)将废水中的污染物作为自身的营养物质，从而使污水得到净化的方法。该法具有处理量大、易于控制、经济可行、无二次污染等特点，受到专家学者的亲睐。但生物法易受到pH、温度等因素影响，而且培养时间过长。此外，虽然餐厨垃圾废水可生化性较高，但其中含有一部分油脂，油脂会包裹在污泥表面，影响生物对其的去除效果，故废水进入生化系统前，应尽可能的出去餐厨垃圾废水中的油脂含量。生物法一般分为好氧处理与厌氧处理。厌氧处理一般处理高浓度有机废水，好氧处理主要处理低浓度废水。单纯的厌氧处理或好氧处理很难达到处理要求，因此往往采用厌氧-好氧等联合工艺。厌氧生物处理的方法主要包括 CSTR、厌氧接触消化池、升流式厌氧污泥床反应器(UASB)、厌氧颗粒污泥膨胀床反应器(EGSB)、内循环厌氧反应器(IC)厌氧生物滤池、厌氧流化床和厌氧生物转盘。好氧生化处理工艺有活性污泥法、生物接触氧化法、A2/O、A/O、HCR、SBR 及衍变工艺。Liwen Luo等[17]研究了餐厨垃圾渗滤液循环率对固体废物降解的影响，得出了微生物种群和代谢产物浓度的关系。在50%的渗滤液再循环比下，渗滤床反应器中产生最高的氢产量，在相应的甲烷生成阶段产生最高的甲烷产量，比其他条件下至少高出15%。

膜生物反应器(MBR)属于废水处理的新工艺，即由膜技术和生物法的有机结合。 有膜组件、生物反应器、物料输送装置三部分组成。具有的优点有：能较高效的实现固液分离、出水水质稳定且出水悬浊物基本为零的；由于膜的截留作用，完全实现了水力停留时间和污泥龄的分离，使泥龄控制更加灵活便捷；同时膜生物反应器内的微生物浓度较高，对更浓度有机废水也有较好的耐冲击效果；同时，此设备占地面积小可实现全程自动化。汤萌萌[18]等采用预处理/MBR/臭氧高级氧化技术处理餐厨垃圾废水，其中MBR工艺采用二级硝化反硝化系统，在MBR系统总水力停留时间约为7 d，进水废水COD约为10 750 mg/L，NH3-N约为1 250 mg/L，经此工艺处理后，COD的去除率可达到97.26%，NH3-N的去除率可达到98.87%，达到《污水综合排放标准》 (GB 8978—1996) 中的三级排放标准，且出水水质较为稳定。

围绕生物处理法的工艺较多，以下简要分析一下几种国内主要的生物处理法工艺的优缺点[19～21]，见表2。

表2 主要的生物处理工艺的优缺点Tab.2 Advantages and disadvantages of major biological processing processes

6 联合处理法

目前，在对餐厨废水的处理方法的选择上，从实际处理效果出发，单一的处理方式由于其本身缺点所限制，很难满足处理要求，为了进一步满足出水的要求，多种方法联合使用以使各种处理方法优劣互补是很有必要的，不同处理方法的优缺点如表3所示。

表3 各种处理方法的优缺点比较Tab.3 Comparison of advantages and disadvantages of various treatment methods

因为餐厨垃圾可生化性较高，因此目前大多数的处理工艺都有生化部分，但由于其中含有较多的油脂，故在进入生化处理前应添加预处理部分以尽可能的去除废水中的油脂。大多数的处理工艺围绕如何提高生化部分的效果展开。

谭益民[22]将废水经过IC反应器，CASS反应器，芬顿氧化器，MBR 池等过程，成功的将高浓度餐厨废水处理为符合国家污水综合排放三级标准，经过处理其中COD去除率为98.3%，氨氮去除率为93.25%，总磷的去除率为99.3%，固体悬浮物去除率为96.5%，达到污水处理厂接管标淮。工艺流程图见图1。

图1 谭益民处理餐厨垃圾废水工艺流程Fig.1 Tan Yimin process flow chart of kitchen waste wastewater treatment

朱霞[23]等将餐厨废水经过气浮处理后，处理后水质为COD为1.5～5.0 g/L，NH3-N为100～310 mg/L，TN为180～430 mg/L，TP为80～180 mg/L。将此类预处理后的水进入UASB-A2/O-MBR组合工艺生化系统处理后排出，其中组合工艺参数如下：UASB有效容积为22 m3停留时间为一天；A2/O使用O型填料，总停留时间为52 h，其中厌氧停留时间18h，缺氧停留时间14 h，好氧停留时间为20 h；MBR池有效容积为13 m3，停留时间为14h，采用浸没式聚偏氟乙烯中空纤维膜，溶解氧浓度控制为3～4 mg/L，混合液回流比为300%，MBR运行方式为运行7 min，反冲洗1 min。结果表明：系统对水中COD、NH3-N、TP、TN的去除率分别为96.8%、96.4%、70%及80%，其中，UASB对COD去除效果较为显著，A2/O-MBR系统对NH3-N、TP、TN处理效果较好，此外，系统稳定性较高，具有较强的抗冲击负荷能力。其技术路线如图2。

图2 朱霞等处理餐厨垃圾废水工艺流程图Fig.2 Zhu Xia et al.process flow chart for treatment of kitchen waste wastewater

7 结 语

总的来说，不同工艺的优缺点也各不相同，物理化学的方法较多应用于餐厨垃圾废水的预处理，对悬浮物、油脂、无机盐等有较好的去除效果，但处理效果有限。膜法效果较好且出水较为稳定，但后续浓缩液处理方法需要进一步探究。土地处理法时间较为漫长，且土地资源有限，因此此方法局限性较大。生物法经济可行，处理量也较为理想，但容易受到pH、温度等条件因素的制约，且前期培养驯化菌种花费时间过长。如何优速优质的完成菌种培养及驯化，是其问题所在。MBR技术基本成熟且效果较好，是一种较为理想处理餐厨废水方式。考虑到环境及成本问题，物化法和生物处理法联合使用是一种处理餐厨垃圾废水经济、可行的方法。