廚余廢水深度處理技術(shù)研究進展

摘要：廚余垃圾是我國城市管理的一個重要環(huán)境問題，也是須嚴格監(jiān)管的重要工作。廚余垃圾處理與資源化為我國當(dāng)前重大需求，但作為其關(guān)鍵技術(shù)之一的廚余廢水處理尚未形成成熟的技術(shù)路線。因此，綜述廚余廢水水質(zhì)特點，重點論述廚余廢水深度處理技術(shù)研究進展，分析膜技術(shù)、混凝沉淀、芬頓氧化、臭氧氧化、電催化法等技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，展望廚余廢水深度處理技術(shù)發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：廚余廢水；深度處理；處理技術(shù)；研究進展

中圖分類號：X52 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）07-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.07.074

Research Progress on Advanced Treatment Technology of Kitchen Wastewater

TAO Xia1，2，3， JIANG Jianhong1，2，3， CHEN Xu1，2，3， XU Li1，2，3

（1. China Machinery International Engineering Design amp; Research Institute Co.， Ltd.; 2. Hunan Engineering Research Center for Water Treatment Process amp; Equipment; 3. Changsha Innovation Center for Water Treatment Process amp; Equipment， Changsha 410007， China）

Abstract： Kitchen waste is an important environmental issue in China’s urban management and an important task that must be strictly regulated." Kitchen waste treatment and resource utilization are the major needs of the country， but as one of the key technologies， kitchen wastewater treatment has not yet formed a mature technical route. Therefore， we summarize the water quality characteristics of food waste wastewater， focus on the research progress of kitchen wastewater deep treatment technology， analyze the current status of the application of membrane technology， coagulation and precipitation， Fenton oxidation， ozone oxidation， electrocatalytic method， etc.， and look forward to the development trend of kitchen wastewater deep treatment technology.

Keywords： kitchen wastewater; advanced treatment; treatment technology; research progress

廚余垃圾為生活垃圾的重要組成部分，占比接近60%。隨著垃圾分類的推進，我國城鎮(zhèn)廚余垃圾年產(chǎn)量已超1億t，年增速在10%以上[1]。廚余垃圾具有污染物和資源的雙重屬性，其有效處理與資源化是我國生態(tài)文明建設(shè)、雙碳戰(zhàn)略、新型城鎮(zhèn)化以及無廢城市建設(shè)等國家戰(zhàn)略實施的必然要求。

廚余廢水具有高有機物、高氨氮、高油脂以及高鹽分特性，屬于典型的難降解有機廢水，穩(wěn)定達標(biāo)排放難度極大[2]。廚余廢水處理作為廚余垃圾處理與資源化技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，尚未形成成熟的技術(shù)路線，成為廚余垃圾資源化項目的瓶頸。分析我國廚余廢水水質(zhì)特征基礎(chǔ)上，論述其深度處理技術(shù)的優(yōu)缺點及應(yīng)用前景，以期為廚余廢水深度處理技術(shù)的選擇提供

參考。

1 廚余廢水水質(zhì)特征

廚余廢水源自儲運過程的滲濾和處理設(shè)施產(chǎn)生的工藝廢水。廢水中污染物復(fù)雜多樣，包括碳水化合物、蛋白質(zhì)、油脂、氨氮、無機離子（Cl-、NO3-、NH4+、K+、Ca2+）等[3]。因廚余垃圾來源、處理工藝的不同，廚余廢水水質(zhì)存在差異。總體而言，具有高有機物、高氨氮（1 500～2 000 mg/L）、高懸浮物（大于8 000 mg/L）[4]、高油脂（1%～5%）、高鹽分（1%～3%）[5]的特點。經(jīng)物化、生化處理后，出水化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）仍在300～500 mg/L，但五日生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand after 5 days，BOD3）與COD的比值已降至0.1以下，屬于典型的難降解有機廢水。

根據(jù)對國內(nèi)一百余座已知技術(shù)路線的餐廚垃圾處理廠（規(guī)模為50 t/d以上）的統(tǒng)計，采用厭氧發(fā)酵技術(shù)的占比76.1%，可見厭氧發(fā)酵已成為國內(nèi)廚余垃圾處理的主流技術(shù)。廚余廢水經(jīng)厭氧處理后，能夠降解大部分高濃度有機物，氨氮（NH3-N）濃度相比處理前有所增加。厭氧發(fā)酵處理出水經(jīng)二級生物處理（缺氧-好氧二級生物處理）后，COD在300～500 mg/L，NH3-N在2～20 mg/L，總氮（Total Nitrogen，TN）濃度可達70 mg/L左右。

學(xué)者們進一步探究了廚余廢水中的有機組分特征。賈艷萍等[6]發(fā)現(xiàn)，廚余廢水的三維熒光光譜顯示出可溶性微生物副產(chǎn)物熒光峰和類腐殖酸熒光峰，而在紫外光區(qū)（400 nm以下）出現(xiàn)較強吸收峰，說明廢水中腐殖質(zhì)芳香性較高；王廣[7]利用傅里葉變換紅外光譜分析廚余廢水，有機物中存在碳碳雙鍵、酯基、醛基以及酮基等基團；YONGSHENG等[8]通過GC-MS分析發(fā)現(xiàn)，廚余廢水中的有機物碳原子數(shù)量在12～39，其中C18、C19、C35濃度最高，分別達273.6 mg/L、246.9 mg/L、159.6 mg/L，廚余廢水中含有大量大分子量物質(zhì)。

廚余廢水是一類含鹽的高碳高氮有機廢水，經(jīng)二級生物處理后，出水COD仍存在苯環(huán)類物質(zhì)等難降解污染物，需深度處理使出水達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）的一級標(biāo)準(zhǔn)。

2 廚余廢水深度處理技術(shù)

廚余廢水深度處理，一般采用膜處理、混凝沉淀、高級氧化（芬頓、臭氧氧化、電催化等）或多種工藝聯(lián)用。

2.1 膜處理

膜處理一般包括納濾和反滲透。納濾膜可有效截留二價和高價離子，以及相對分子量大于200的有機小分子，傳質(zhì)主要為篩分效應(yīng)；反滲透膜為無孔半透膜，在壓力下部分離子選擇性通過，傳質(zhì)主要為靜電效應(yīng)。廚余廢水經(jīng)“納濾+反滲透”深度處理對污染物處理率高，但存在處理成本高、膜濃縮液需二次處置等問題。安徽某餐廚垃圾處理廠[9]的規(guī)模為50 t/d，采用“CSTR反應(yīng)器+離心、氣浮+二級A/O+MBR+NF”工藝，廢水處理成本高達101.9元/m3。

南寧市某餐廚垃圾處理廠[10]采用“化學(xué)氧化+混凝沉淀”處理餐廚廢水膜濃縮液，膜濃縮液處理成本達50元/m3。

2.2 混凝沉淀法

混凝沉淀法可有效去除廢水中的顆粒態(tài)和部分膠體態(tài)的污染物。研究顯示[11]，經(jīng)絮凝沉淀后，廚余廢水二級生物處理出水中的COD和總磷可去除率分別為36%、83%。但混凝沉淀對污染物去除效果有限，一般須與其他技術(shù)聯(lián)用。

2.3 芬頓法

芬頓法是通過Fe2+和H2O2反應(yīng)生成羥基自由基，具有較強的氧化能力，適用于處理難降解廢水。屈勇軍等[12]采用芬頓法深度處理重慶某餐廚垃圾處理廠厭氧消化廢水，試驗結(jié)果表明COD去除率在50%以上。由于芬頓工藝反應(yīng)條件較為苛刻（最佳pH值為3左右），F(xiàn)e2+和H2O2投加量難以精準(zhǔn)調(diào)控，嚴重腐蝕設(shè)備，且產(chǎn)生大量污泥（可能屬危險廢物），所需藥劑為易爆或強腐蝕化學(xué)品，管理要求嚴格，在工程應(yīng)用中存在限制。

2.4 臭氧氧化法

臭氧氧化法是利用臭氧作為強氧化劑氧化廢水中的污染物，以達到減污、消毒或脫色的目的。河北省某餐廚垃圾處理廠采用臭氧氧化深度處理工藝，出水COD小于350 mg/L，達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）三級標(biāo)準(zhǔn)[13]。臭氧氧化工藝造價高，電耗高，臭氧利用率低，選擇性地與含親核基團如碳碳雙鍵、芳香環(huán)等官能團反應(yīng)，在低劑量和短時間內(nèi)不能完全礦化污染物，應(yīng)用有一定的局限性。

2.5 電催化氧化法

電催化氧化技術(shù)通過外加電場，利用電子轉(zhuǎn)移及產(chǎn)生的強氧化自由基降解污染物，對于各類有機物、氨氮、色度具有低選擇性的降解特征。采用脈沖三維電催化處理廚余廢水二級生物處理出水，反應(yīng)30 min后，出水達到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）的一級標(biāo)準(zhǔn)[14]。但是，該技術(shù)建設(shè)成本及運行能耗高，在廚余廢水處理領(lǐng)域工程規(guī)模應(yīng)用較少。

2.6 多工藝聯(lián)用

在廚余廢水深度處理中，常常采用兩種或以上工藝聯(lián)用，發(fā)揮多種工藝的優(yōu)勢以達到出水水質(zhì)要求。重慶某餐廚垃圾廠[15]的廢水處理采用“芬頓+混凝沉淀”深度處理工藝，出水COD可穩(wěn)定低于100 mg/L。李姣[16]采用“生物-電解”耦合深度處理工藝，TN、COD去除率分別在80%、70%以上。

3 結(jié)論

基于廚余廢水二級生物處理出水的高污染物濃度、可生化性差、含鹽量高等水質(zhì)特征，開發(fā)具有廣譜低選擇性、滿足高標(biāo)準(zhǔn)排放的深度處理技術(shù)，對新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、我國水環(huán)境安全和生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。廚余廢水深度處理工藝需根據(jù)進水水質(zhì)、處理需求，統(tǒng)籌考慮投資運行成本進行選擇。電催化技術(shù)對污染物降解徹底，無須投加藥劑，不產(chǎn)生污泥，無二次污染，反應(yīng)條件溫和，運行操作簡單，極具應(yīng)用前景。

參考文獻

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