曹書(shū)翰,陳立功,劉先杰,向 碩
(后勤工程學(xué)院軍事油料應(yīng)用與管理工程系,重慶 4 01311)
餐廚垃圾油水分離技術(shù)與方法研究
曹書(shū)翰,陳立功,劉先杰,向 碩
(后勤工程學(xué)院軍事油料應(yīng)用與管理工程系,重慶 4 01311)
分析了餐廚垃圾中的含油污水分離技術(shù)的現(xiàn)狀,并根據(jù)主要特點(diǎn)將其分為物理分離、化學(xué)分離、物理化學(xué)分離和生物化學(xué)分離。研究了這4種分離技術(shù)的原理和優(yōu)缺點(diǎn),并展望了發(fā)展趨勢(shì)。
餐飲廢水;油水分離;技術(shù);應(yīng)用
在餐廚垃圾中的含油污水(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“餐飲廢水”)中,油脂的成分和存在形式復(fù)雜,一般以懸浮油、分散油、乳化油、溶解油和含油固體等主要形式存在,其中最難處理的是高濃度呈乳化狀的油脂[1]。目前除油技術(shù)可以歸納為4大類(lèi):物理分離(如重力分離技術(shù)、過(guò)濾分離技術(shù)、粗?;蛛x技術(shù)、膜分離技術(shù)等)、化學(xué)分離(如絮凝沉淀分離技術(shù)、電解分離技術(shù)、酸化分離技術(shù)等)、物理化學(xué)分離(如浮選分離技術(shù)、吸附分離技術(shù)、磁吸附分離技術(shù)等)和生物化學(xué)分離(如活性污泥分離技術(shù)、生物膜分離技術(shù)等)。
1.1 重力分離技術(shù)
重力分離技術(shù),作為物理除油技術(shù)中最簡(jiǎn)單且運(yùn)用最廣泛的一種方法,是利用油脂與水的密度差及互不相溶性來(lái)實(shí)現(xiàn)油珠、懸浮物與水的分層與分離。重力分離技術(shù)常用的設(shè)備是隔油池,包括平流隔油池(API)、斜板隔油池(PPI)、波紋斜板隔油池 (CPI)[2]等類(lèi)型。
離心分離技術(shù)[3]是利用兩相的密度差,通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生不同的離心力,使輕組分油和重組分水分布在旋轉(zhuǎn)器壁面和中心,最終實(shí)現(xiàn)較為徹底的油水分離。該技術(shù)所需的停留時(shí)間較短,也不需要過(guò)大的設(shè)備體積;但同時(shí)存在著阻力較大、能耗過(guò)高、維護(hù)不易等缺點(diǎn)。離心分離技術(shù)常用的工作設(shè)備是水力旋流器。
物理分離技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)是繼續(xù)改進(jìn)油水分離技術(shù),并研制出新的分離設(shè)備。張霖霖等[4]采用重力分離技術(shù)對(duì)餐飲廢水進(jìn)行油水分離。在先后經(jīng)過(guò)除雜、破乳和吸附等一系列程序后,位于水面上層的油由濾油槽收集,底部的清水則通過(guò)下方的出口排放。
羅樹(shù)雄等[5]采用了液位器與重力分離技術(shù)相結(jié)合的途徑來(lái)進(jìn)行油水分離。此方法改善了分離后液位監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化程度,并且降低了制造成本。不足之處是只能除掉餐飲廢水中的部分懸浮油和分散油,油水分離效果不明顯,只能作為餐飲廢水除油的前期處理手段。
徐可可等[6]采用了斜板聚結(jié)和連通器原理來(lái)改進(jìn)餐飲廢水的重力分離技術(shù)。裝置中為了達(dá)到充分聚結(jié)、減小集油面積以及收集不同液位油層的目的,分別采用了斜板填充容器、傾斜箱蓋和旋轉(zhuǎn)式空心圓筒型集油器等改進(jìn)技術(shù),并最終通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了該裝置分離效果的可行性。
魏紅江等[7]將餐飲廢水傳統(tǒng)收集法(指用廢水罐靜置)和收集罐法(指自行設(shè)計(jì)的廢水回收裝置)、水洗過(guò)濾法和離心法進(jìn)行了對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用餐飲廢水收集罐法得到的提油率顯著高于傳統(tǒng)法,水洗過(guò)濾法的提油率高于在30℃和粉碎條件下的離心法,兩者均是有效分離城市餐飲泔水油的新方法。
運(yùn)用重力分離技術(shù)不僅除油效果穩(wěn)定,而且具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、節(jié)省面積等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用。其主要用于分離餐飲廢水中的懸浮油和分散油,但不適于溶解油或乳化油的去除。
1.2 粗?;蛛x技術(shù)
粗?;蛛x技術(shù),又名聚結(jié)分離技術(shù)。當(dāng)餐飲廢水通過(guò)具有親油疏水性質(zhì)的粗?;癁V料時(shí),微小的油珠吸附聚集在濾料表面,形成一層油膜。當(dāng)達(dá)到一定的厚度之后,油膜便在浮升力和水流剪切力的共同作用下,形成顆粒較大的油珠并脫離濾料表面,浮升到水面完成分離過(guò)程。此分離技術(shù)的關(guān)鍵是粗粒化材料的選擇,當(dāng)前常用的親油疏水性材料包括蠟狀球、聚烯系球體以及聚氨酯發(fā)泡體等。
粗?;牧系拈_(kāi)發(fā)和新型聚結(jié)分離技術(shù)的研究是今后粗粒化分離技術(shù)的發(fā)展方向。劉蓉等[8]比較了W型和H型改性聚丙烯酰胺纖維作為粗?;癁V料處理餐飲廢水的效果,試驗(yàn)結(jié)果表明H型比W型材料具有更顯著的除油性能。運(yùn)用粗?;夹g(shù)預(yù)處理餐飲廢水,能有效降低餐飲廢水中的油脂含量和COD濃度,對(duì)后續(xù)的生化處理有利。
任連海等[9]改進(jìn)了粗?;退蛛x器。首先通過(guò)濕熱水解技術(shù)增加餐飲廢水中的可浮油含量,并利用粗?;牧霞岸鄬影褰Y(jié)構(gòu)提高油水的分離效果。試驗(yàn)證明此方法有利于餐廚垃圾固相油脂的液化以及浸出,還可以大幅度提高油脂的回收率。
賈隨堂等[10]將重力分離技術(shù)與粗?;蛛x技術(shù)相結(jié)合處理餐飲廢水。首先在重力的作用下除去上層浮油,下層廢水中的乳化油則通過(guò)粗?;橘|(zhì)進(jìn)一步與水分離,最終經(jīng)溢流管排出污水。
粗?;蛛x技術(shù)可以把粒徑5~l0 μm以上的油珠完全與水分離,不需要外加其他化學(xué)試劑,不會(huì)造成二次污染,并且設(shè)備占地面積較小,基建費(fèi)用較低。但是此技術(shù)不適用于懸浮物濃度高的餐飲廢水,因?yàn)榫糜脮?huì)使聚結(jié)材料堵塞,導(dǎo)致效率下降。
1.3 膜分離技術(shù)
膜分離技術(shù)是近20多a迅速發(fā)展起來(lái)的分離技術(shù)[11]。研究膜分離技術(shù)的關(guān)鍵是膜組件的選擇。
陳廣春等[12]采用無(wú)機(jī)陶瓷膜處理餐飲廢水。通過(guò)研究得知操作條件對(duì)膜通量及COD去除率均有一定影響。為達(dá)到較好的COD去除效果,應(yīng)選用小孔徑的陶瓷膜,并且其去除率與進(jìn)水濃度成正比,但與膜內(nèi)壓力相互關(guān)系不大。
何毅等[13]采用無(wú)機(jī)膜-好氧組合工藝處理高油脂濃度的餐飲廢水。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)水力停留時(shí)間在56 h以上時(shí),餐飲廢水的COD去除率超過(guò)90%,但通過(guò)改變溫度發(fā)現(xiàn),處理效果并不受很大影響。
膜分離技術(shù)除油效率較高,但由于濃差極化等原因,在分離過(guò)程中極易出現(xiàn)膜污染而使通量降低,并且膜的使用壽命短,膜清洗困難,操作費(fèi)用高。
2.1 氣浮分離技術(shù)
氣浮分離技術(shù)(浮選分離技術(shù))能使大量微細(xì)氣泡吸附在欲去除的顆粒 (油珠)上,利用氣體本身的浮力將油滴帶出水面,從而實(shí)現(xiàn)油水分離。一般在餐飲廢水中加入絮凝劑,還會(huì)進(jìn)一步提高油水的分離效果。氣浮分離技術(shù)按照產(chǎn)氣方式不同分為溶氣氣浮、充氣氣浮和電解氣浮等類(lèi)別。
氣浮裝置和溶氣系統(tǒng)的改進(jìn)是氣浮分離技術(shù)的主要發(fā)展方向。G.H.Chen等[14]將電凝分離技術(shù)與電浮選分離技術(shù)結(jié)合起來(lái)對(duì)餐飲廢水進(jìn)行油水分離的研究。研究發(fā)現(xiàn)將這2項(xiàng)技術(shù)結(jié)合起來(lái)能縮短分離停留時(shí)間。并且油脂、COD、SS的去除效率分別高達(dá)99%、88%和98%。
X.B.Li等[15]提出運(yùn)用浮選柱來(lái)實(shí)現(xiàn)油水分離。此方法中氣泡產(chǎn)生器是關(guān)鍵部件。加入絮凝劑和表面活性劑可以增強(qiáng)浮選效果。在溶氣壓力為 0.25~0.35 MPa,進(jìn)料速率為 0.6 L/min,回流率為20%~30%等條件下除油效率可達(dá)90%以上。
氣浮分離技術(shù)處理餐飲廢水油水分離效果好且穩(wěn)定,但動(dòng)力消耗較大,構(gòu)造復(fù)雜,維修保養(yǎng)困難,且浮渣難處理[16]。
2.2 吸附分離技術(shù)
吸附分離技術(shù)是利用多孔性固相物質(zhì)吸著、分離水中污染物的過(guò)程。吸附劑一般分為炭質(zhì)吸附劑、無(wú)機(jī)吸附劑和有機(jī)吸附劑。高效吸附劑的研制與開(kāi)發(fā)是吸附分離技術(shù)的主要研究方向。X.B.Li等[17]采用煤炭對(duì)餐飲廢水進(jìn)行除油處理。實(shí)驗(yàn)表明煤炭的種類(lèi)和顆粒的大小是吸附油的重要影響因素,無(wú)煙煤是所有測(cè)試樣品中吸附效果最好的,并且良好的顆粒大小也有助于吸附油。無(wú)煙煤的吸油服從弗倫德利希等溫吸附定律。
運(yùn)用吸附技術(shù)分離后的出水水質(zhì)較好,也節(jié)省了占地面積,但是吸附劑再生的困難使得投資費(fèi)用較高。
磁吸附分離技術(shù)是指用磁性粒子吸附微小油珠,然后含油磁粒用磁分離裝置分離,以達(dá)到油水分離的目的。朱又春等[18]研究了磁粉在油水分離過(guò)程中與油類(lèi)物質(zhì)的作用機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用磁分離技術(shù)可明顯降低出水含油量,并且通過(guò)電泳試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),含乳化油的污水在磁粉的作用下,破乳效果明顯。磁粉雖然比表面積小于二氧化硅和硅膠,但卻有較多的吸附負(fù)荷。磁粉與油珠一般通過(guò)直接吸附的方式相結(jié)合,但粒徑8 μm以?xún)?nèi)的細(xì)小磁粉還可以通過(guò)磁絮凝的方式與油珠結(jié)合。
磁吸附分離技術(shù)消耗動(dòng)力較大,設(shè)備制造昂貴且磁種回收循環(huán)使用困難,因而應(yīng)用尚不廣泛。
3.1 絮凝沉淀分離技術(shù)
絮凝沉淀分離技術(shù)[19]是目前國(guó)內(nèi)外用來(lái)進(jìn)一步分離油水的方法中應(yīng)用最廣泛、成本最低廉的一種。絮凝沉淀分離技術(shù)是借助絮凝劑對(duì)膠體粒子的靜電中和、吸附、架橋等作用使膠體粒子脫穩(wěn),發(fā)生絮凝沉淀以除去污水中的懸浮物和可溶性污染物質(zhì)[20]。
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)絮凝沉淀分離技術(shù)的研究,最關(guān)鍵問(wèn)題之一是絮凝劑的選擇。用于餐飲廢水處理的絮凝劑主要包括無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑和無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)配或復(fù)合絮凝劑3類(lèi)。實(shí)際處理中要根據(jù)餐飲廢水的具體特性選擇絮凝劑。
目前,絮凝沉淀分離技術(shù)的研究主要是開(kāi)發(fā)新型絮凝劑。韓香云[21]改良了絮凝劑的組成,促使餐飲廢水中的乳化油破乳分離。實(shí)驗(yàn)表明將聚合硫酸鐵、聚丙烯和腐植酸鈉酰胺混合起來(lái)使用,油渣與水的分層迅速。
尹艷華等[22]將氯化鋁、堿式氯化鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁鉀5種單一絮凝劑對(duì)餐飲垃圾的油水分離效果與硫酸鋁鉀-聚丙烯酰胺復(fù)合絮凝劑進(jìn)行了對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果表明硫酸鋁鉀-聚丙烯酰胺復(fù)合絮凝劑的絮凝分離效果比單一絮凝劑要好,使用復(fù)合絮凝劑可使COD和濁度的去除率分別達(dá)到83.3%和76.9%,且餐飲廢水的pH、絮凝劑的投放量和方式都對(duì)處理效果有很大影響。
M.C.Xue等[23-24]采用電絮凝分離技術(shù)處理餐飲廢水。通過(guò)對(duì)電極材料的選擇、電極間的距離、進(jìn)水pH等參數(shù)的研究,找到了最適于油水分離的參數(shù)范圍,并取得了不錯(cuò)的分離效果。
絮凝沉淀分離技術(shù)的工藝成熟且效果較好,但不足之處是占地面積大、藥劑量大以及難以去除浮渣。
3.2 電解技術(shù)
電解分離技術(shù)指在電解過(guò)程中所釋放的大量小氣泡吸附在欲去除的油滴上表面,隨著氣泡的上浮將油滴帶出水面,從而達(dá)到分離目的的方法。
張鳳娥等[25]采用鑄鐵屑內(nèi)電解分離技術(shù)進(jìn)行餐飲廢水的除油,并分別考察了多種反應(yīng)條件對(duì)除油率的影響。結(jié)果表明,運(yùn)用鑄鐵屑內(nèi)電解分離技術(shù)可以將餐飲廢水中80%以上的油分分離。餐飲廢水的除油效果受溫度的影響較大,但在實(shí)際處理過(guò)程中不必特意提高溫度;廢水電導(dǎo)率與反應(yīng)時(shí)間成反比,但與油水分離效果無(wú)關(guān)。
林美強(qiáng)等[26]對(duì)微電解預(yù)處理和電解分離技術(shù)相結(jié)合的除油效果進(jìn)行了研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)大試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn),該方法可以有效地除去部分污染物,而且廢水的導(dǎo)電性得到提高,除油效果更加顯著。
電解分離技術(shù)雖然除油效率高,但耗電量大、裝置復(fù)雜。
生化分離技術(shù)是指利用微生物將餐飲廢水中的烴類(lèi)物質(zhì)分解氧化成為二氧化碳和水,從而去除廢水中的乳化油和溶解油等烴類(lèi)物質(zhì)[27]。
餐飲廢水生化分離技術(shù)包括活性污泥分離技術(shù)和生物膜分離技術(shù)。前者是利用吸附、濃縮在流動(dòng)狀態(tài)的絮凝體 (活性污泥)表面上的微生物來(lái)分解有機(jī)物,后者是使微生物附著在固定的載體(濾料)上,污水從上而下流經(jīng)濾料表面過(guò)程中,污水中的有機(jī)物質(zhì)便被微生物吸附和分解破壞[28]。
孫水裕等[29]將生物分離技術(shù)和磁分離技術(shù)相結(jié)合對(duì)餐飲廢水進(jìn)行油水分離。在與普通活性污泥分離技術(shù)對(duì)比后,發(fā)現(xiàn)該技術(shù)的出水透光率和COD去除率都比普通活性污泥分離技術(shù)要高,并且極大改善了活性污泥絮體結(jié)構(gòu)和沉降性能。
尹艷華等[30]利用單通道管狀陶瓷生物膜反應(yīng)器對(duì)餐飲廢水進(jìn)行了油水分離研究。研究結(jié)果表明,餐飲廢水經(jīng)膜生物反應(yīng)器處理后,油水分離效果明顯。其膜通量會(huì)受到壓力和溫度的影響,但過(guò)高的膜面流速并不會(huì)有太好的分離效果。
生物分離技術(shù)處理餐飲廢水對(duì)油水分離有較好的處理效果,出水水質(zhì)好,但是對(duì)進(jìn)水要求較高,需要專(zhuān)業(yè)人員維護(hù),而且基建費(fèi)用高。
餐飲廢水的油水分離技術(shù)雖然種類(lèi)較多,但各種技術(shù)都有其局限性。目前物理和化學(xué)分離技術(shù)比較成熟且應(yīng)用廣泛;物理化學(xué)和生物化學(xué)分離技術(shù)雖然面臨較多的技術(shù)難點(diǎn),但仍具有很大的發(fā)展前景。在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)餐飲廢水中油分子的存在形式改進(jìn)分離技術(shù),在物理和化學(xué)分離技術(shù)的基礎(chǔ)上采用多級(jí)處理工藝,以達(dá)到滿(mǎn)意的油水分離效果。
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Oil-water Separation Technology and Method of Food Waste
Cao Shuhan,Chen Ligong,Liu Xianjie,Xiang Shuo
(Department of Oil Application&Management Engineering,Logistical Engineering University,Chongqing 401311)
The status of separation technology for wastewater containing oil from food waste was analyzed.And they were divided into physical separation,chemical separation,physicochemical separation and biochemical separation based on their main features.The principles,merits and drawbacks of 4 kinds of the separation technology were researched.And the development trend of the technologies was proposed.
restaurant wastewater;oil-water separation;technology;application
X705
A
1005-8206(2012)02-0039-04
2012-01-12
曹書(shū)翰(1987—),主要研究方向?yàn)槌鞘胁惋嫃U水的油水分離方法與技術(shù)。
(責(zé)任編輯:劉冬梅)