糕點行業廢水處理技術剖析與工程實踐

許華誠

（福建高科環保研究院有限公司，福建 泉州 352000）

1 引言

糕點行業是我國七大類食品制造業之一，糕點食品是以面粉、酵母、食鹽、砂糖和水為基本原料，添加適量油脂、乳品、雞蛋、添加劑等，經一系列復雜的工藝烘焙而成的焙烤食品。它不僅具有豐富的營養，而且品類繁多、形色俱佳、應時適口。近幾年，受益于行業生產技術的不斷提高和下游需求市場的不斷擴大，我國糕點業的發展不斷加快，根據行業協會不完全統計，2010年全國糕點行業企業有7000余家，其中規模以上企業896家，業內專家預測，2013年整個糕點行業將會達到1300億元人民幣的產業規模。隨著行業質量及服務競爭意識的不斷增強，ISO9000、HACCP、GMP、QS等各類認證、制度的不斷完善，糕點企業經營模式從國有企業向私有合伙制有限責任公司轉變，作坊式生產也向企業化、規模化、現代化轉變，集團化和品牌連鎖已成為目前糕點行業的主要規模化經營模式。

與此同時，隨著糕點行業的迅速發展、生產的規模化和產品的多樣化，糕點企業生產廢水排水量也在不斷增加，排水量由每天幾噸上升到幾百噸甚至幾千噸，廢水水質也更加復雜。糕點行業廢水屬于食品工業廢水，其本身無毒性，但通常含有大量的可生物降解的有機物，CODCr、BOD5、SS值較高，而且還含有較高濃度的動植物油，若不經處理直接排入水域中，將會迅速大量地消耗水中的溶解氧，使水質惡化，造成水體缺氧，使魚類和水生生物死亡；廢水中的油類及浮渣會覆蓋水面，阻止空氣中的氧向水中擴散；廢水中的懸浮物沉入河底，在厭氧條件下分解，產生臭氣惡化水質，污染環境。若將廢水引入農田進行灌溉，會影響農業果實的品質，并污染地下水源；廢水中可能存在的病毒、病菌將導致疾病的傳播，直接危害人畜健康，因而其廢水處理正引起越來越多的關注和重視。如何提高和改進糕點行業廢水處理技術，采用科學的工藝技術路線組合，切實解決糕點行業廢水治理問題，對整個行業乃至國家經濟發展都影響深遠。

2 糕點行業廢水分析

糕點行業廢水主要來源于糕點生產設備清洗水、容器清洗水、生產車間地面清洗水等，在糕點生產過程中，大部分均是直接采用清水涮洗糕點烘烤機臺（板），因而廢水中含有大量成品或半成品的下腳料，如糕點屑、淀粉、蛋白以及各種添加劑的殘余物等。糕點行業廢水屬于中高濃度有機廢水，既具有食品廢水的一般特性，也具有自身獨特的特點，其主要特點如下：1）水質水量隨糕點企業制作工藝、生產條件、季節變換等各方面的不同而變化；2）懸浮物含量高，SS為500～3000mg/L，懸浮物主要為糕點屑、蛋白、淀粉、油脂、膠體等；3）溶解有機物含量高，CODCr、BOD5濃度高，CODCr在800～12,000mg/L，BOD5在500～6000mg/L，溶解的有機物包括糖類、有機酸、多元醇以及添加劑等，主要以碳水化合物為主；4）廢水BOD/COD值在0.4～0.7之間，可生化性好；5）含有較高濃度的動植物油，在15～1200mg/L不等；6）廢水易腐敗發臭、酸化，使廢水pH值下降到5左右，引起廢水中的蛋白質變性凝結成塊，較輕的動植物油吸附懸浮物和變性蛋白質后浮于水面形成浮渣層，易結塊（見圖1），結塊物質含油、含水率高，污泥比阻大，脫水困難。

圖1 糕點行業廢水水面結塊組圖

3 糕點行業廢水處理技術現狀分析

糕點行業廢水屬于食品工業有機廢水，處理方法較多，但目前國內外有關糕點行業廢水處理情況的研究報道較少，國內報道的僅有謝昕等人采用生物接觸氧化法處理糕點行業廢水試驗性研究[1]和廖柳芳采用隔油調節池-UASB-接觸氧化工藝處理糕點廢水工程實例分析[2]，可供直接借鑒的工程經驗較少。由于企業規模的大小不同，其排水量差別較大，根據排水量和企業的環保投入不同，所采用的處理方法也不同。通過對已配套有一定廢水處理設施的糕點企業的調查發現，比較常用的糕點廢水處理工藝一般有物理法、物化法和生化法工藝技術路線。

3.1 物理處理法

物理處理法對物質的化學組成不產生任何的改變，通過物理分離作用去除呈顆粒狀或油狀的污染物，常用于糕點廢水的物理處理工藝單元有隔油（渣）、沉淀、篩濾。該法的優點在于操作簡單，設備大多相對廉價，投入少，購置方便，對于糕點廢水的油（渣）分離效果較好，在很多作坊式小企業的小水量（≤20m3/d）簡單處理中應用較為廣泛，但其出水水質一般很差，大多是排入市政污水管網由城市污水處理廠進行最終的二級處理。

3.2 物化處理法

物化處理法是由物理方法和化學方法組成的廢水處理系統，通常以絮凝法和沉淀（或氣浮）工藝相結合去除廢水中的懸浮物、動植物油以及部分有機物等。使用此法出水水質較好，且比較穩定，對糕點行業廢水中的油（渣）等懸浮物的去除效率高，常作為糕點行業廢水的預處理工藝；缺點是處理系統的設備和日常運行維護費用比較高，而且會產生大量的油渣污泥，污泥比阻大，脫水困難，脫水污泥含水率仍然較高，污泥處理處置費用高。

3.3 生物處理法

糕點行業廢水是可生化性好的有機廢水，生物法是其主要的二級處理工藝。生物處理法是利用微生物細菌的代謝作用，分解氧化吸附糕點行業廢水中的有機物，使其轉化為無害的物質，起到對廢水的凈化作用。根據微生物的代謝種類可以分為厭氧型和好氧性兩種處理方法。

3.3.1 厭氧生物法

厭氧生物法是利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌來降解有機物，大分子的有機物首先被水解成小分子化合物，然后被轉化成CH4和CO2等。該法具有動力消耗低、剩余污泥量少、能降解某些好氧處理難于降解的物質，目前常用于糕點行業廢水處理的厭氧生物處理反應器有升流式厭氧污泥床（UASB）和厭氧折流板反應器（ABR）等。

（1）UASB

UASB反應器是荷蘭學者G.Lettinga等人在20世紀70年代初開發的[3]，主要由進水分配系統、反應區、三相分離器、出水系統以及排泥系統組成。該反應器設有三相分離器，使得反應器內的污泥不易流失，反應器內并能維持很高的生物量，同時由于反應器的固體滯留時間很長，使得反應器具有很高的容積負荷、處理效率及運行穩定。另外，UASB池內不需設置攪拌裝置，上升的水流和產生的沼氣可滿足攪拌要求，反應器內不需要填裝填料，構造簡單，易于操作運行，便于維護管理。但UASB反應器的進水分配系統、三相分離器的設計是否合理及顆粒污泥的培養直接影響著厭氧處理效果；且該工藝還存在對含高濃度懸浮物的廢水處理效果不好、顆粒污泥難以培養等缺點，這些缺點在不同程度上限制了其在糕點行業廢水處理中的應用和推廣。

（2）ABR

ABR（Anaerbic Barffled Reactor）是Bachmann和Mc-Carty等人在20世紀80年代提出的一種新型高效厭氧反應器[4]，使用一系列垂直折流板使被處理的廢水在反應器內沿折流板上下流動，借助于處理過程中產生的氣體使反應器內的微生物在折流板所形成的隔室內作上下膨脹和沉淀運動，但整個反應器內的水流則以較慢的速度作水平流動。由于廢水在折流板的作用下，水流繞其流動而使其流經的總長度加長，再加之折流板的阻擋及污泥的沉降作用，死區體積較小，生物固體被有效地截留在反應器內，懸浮物質也可被有效截留和吸附。該法無需三相分離器，且對懸浮物含量高的廢水有較好的適應能力，具有結構簡單、有效容積高、污泥截留能力強、穩定性高、投資和運行費用省等優點。近年來，為了進一步提高ABR的性能或用于處理某些特殊性質的廢水，對其結構進行不同型式的優化改造成為厭氧反應器領域內的研究熱點之一，在糕點行業廢水處理中具有廣闊的應用前景。

3.3.2 好氧生物法

污水的好氧生物處理常用的為活性污泥法和生物膜法，這兩種工藝在處理有機廢水方面和化學法及物理化學法相比具有處理效率高、處理效果好、處理較為穩定、運轉經驗豐富、運行費用低等優點，在國內外被普遍采用。

（1）活性污泥法

活性污泥法是利用懸浮流動著的活性污泥來吸附和氧化分解去除廢水中有機物的方法，運行方式多種多樣，目前用于糕點行業廢水處理的有SBR及其變型工藝等。但由于該法存在著抗沖擊負荷能力差、容易出現污泥膨脹現象，設計污染負荷低、曝氣時間長、占地面積大，而且污泥產量大、含水率高、脫水難度大等缺點，在糕點行業廢水處理中應用較少。

（2）生物膜法

生物膜法是依靠附著于固體表面濾料的介質上而生長繁殖的微生物凈化有機物的好氧處理方法，目前應用較多的是生物接觸氧化法。生物接觸氧化法具有工藝適用廣、占地小、耐沖擊、污泥產量少、不產生污泥膨脹、高效低耗和管理方便等優點，隨著更為理想的新型填料的開發，該工藝已在中小型廢水處理中被大量采用。

近年來，生物接觸氧化法與活性污泥法的新型結合技術也逐漸在食品廢水處理中被試驗研究和實際應用，新型結合技術結合了生物接觸氧化法和活性污泥法的優點，克服了各自的缺點，代表技術為復合生物反應器。

復合生物反應器[5]是將生物膜法與傳統的活性污泥法進行有機結合的一種新型高效污水處理工藝，可以由活性污泥法曝氣池中投加填料或由接觸氧化法的二沉池污泥回流來形成復合生物反應器，由于污泥的回流，為微生物提供了更加有利的生存環境，附著和懸浮生長的微生物協作完成對污染物的降解過程，其中附著型生長微生物占多數，兩相之間的可轉化性增強了系統的調節機制，使復合系統具有更強的適應性和穩定性，系統的復雜生態結構使其具備了較強的抗沖擊負荷能力。在反應器內沿著水流到載體的方向，構成一個懸浮好氧型、附著好氧型、附著兼氧型和附著厭氧型的多種不同活動能力、呼吸類型、營養類型的微生物系統。微生物之間形成了互相聯系、互相制約的動態平衡體系，對污染物的去除由多種微生物協作完成。在反應器內特定的微環境中會成形成特定的優勢菌種，從而增強了反應器的處理能力和適應性。該工藝具有占地面積省、基建投資低、處理效率高、耐沖擊、適應性強、可避免污泥膨脹、污泥產生量較少，兼具了脫氮除磷功能等優點，在糕點行業廢水處理中具有較好的應用前景。

鑒于糕點行業廢水的特點，污染物濃度高和成分的復雜性，僅靠單一的處理工藝很難使出水達標排放，且存在一次性投資大、運行成本高等問題，提高和改進處理技術，采用科學合理、經濟的工藝組合處理糕點行業廢水尤為關鍵。經過對糕點行業廢水的多方面研究，結合小試試驗數據，提出了以“改進型ABR+復合生物反應器”組合工藝為主體的糕點行業廢水處理工藝，并將該組合工藝應用于實際工程中，在工程實踐中獲得了良好的效果，具有一定的借鑒和推廣應用價值。

4 工程實例

泉州某食品有限公司主要從事法式面包、蛋黃派、餅干、膨化食品等糕點食品的開發、生產和銷售經營業務，其生產廢水主要來源于糕點烘烤機臺涮洗水以及其他設備沖洗水、容器清洗水、生產車間地面清洗水等，項目主體工藝采用“改進型ABR+復合生物反應器”，經過工程實踐證明，系統運行穩定，處理效果良好，出水指標均能穩定達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）中的一級排放標準。

4.1 處理水量與水質

根據該企業的生產能力和廢水排放情況，工程設計建設規模為1000m3/d。

該項目的主要廢水處理水質指標設計值、實際值和排放標準見表1。

表1 廢水水質

4.2 處理工藝流程（見圖2）

圖2 工藝流程圖

4.3 工藝特點及主要構筑物

（1）格柵井

主要去除廢水中的大塊固體雜物，以防后續設備堵塞，設置粗、細格柵各一套。

（2）隔油池

該項目糕點生產廢水含有較高濃度的動植物油脂，為避免油脂進入后續生化系統包圍活性污泥造成生物活性下降，以及造成活性污泥容易隨油脂上浮而流失，設置了兩格隔油池，隔油池采用中部過水孔，使得油脂上浮于水面，殘渣沉于池底，便于打撈，同時也不會引起過水孔的堵塞，這樣就克服了采用傳統氣浮方法造價高和耗能的缺點，既減少了工程造價，也降低了運行費用。隔油池有效容積100m3，HRT = 2.4h。

（3）調節池

由于廢水排放量及水質波動性較大，因此在處理前設置調節池是必要的，另外，為防止廢水中的糕點殘渣在調節池內淤積、上浮結塊、發臭、酸化等，調節池內設置大氣泡空氣攪動裝置，主要起攪動打碎糕點殘渣的作用。

調節池有效容積480m3，HRT=11.5h，配置提升泵2臺。

（4）初沉（隔油）池

廢水中的糕點殘渣經過調節池大氣泡空氣攪動打碎后，殘渣中的油脂與固體物分離，因此有必要設置初沉（隔油）池進一步隔除廢水中的油脂和沉淀去除較大塊的固體物；另外，廢水偏酸性，在初沉（隔油）池前設置pH調節區，調節廢水pH在6.5～7.5。

初沉（隔油）池表面負荷1.0m3/m2·h，有效容積130m3，HRT=3.0h。

（5）改進型ABR池

該工程所采用改進型ABR是根據該糕點行業廢水的特性和小試試驗數據，對ABR的進水、隔室寬度、填料設置等進行改良和優化，并增設混合液回流裝置。

該池分為6個單元格，每個單元格分為2個區，下向流與上向流體積比為1 ∶ 4。最后一個單元格上向流中上部設置生物填料，有效防止厭氧污泥的流失；最后一格配置兩臺混合液回流泵，混合液回流至第一格，回流厭氧污泥并有效降低進水有機沖擊負荷，增大廢水在ABR池中的流速及攪動強度，促使廢水中的非溶解態糕點殘渣物質逐步轉化為溶解態有機物，避免糕點殘渣在ABR池內因流速低結塊上浮，影響處理效果及沼氣的釋放，前5個單元格的上向流流速不小于0.55mm/s。

改進型ABR池有效容積1200m3，HRT = 28.8h，容積負荷2.5kgCOD /m3·d。

（6）復合生物反應器

采用由接觸氧化法的二沉池污泥回流來形成復合生物反應器，回流比30%～50%。

復合生物反應器有效容積1200m3，HRT=28.8h，懸掛式填料填充率50%，配置鼓風機2臺，功率30kW。

（7）二沉池

復合生物反應器出水進入二沉池進行泥水分離，污泥一部分回流到ABR池進行厭氧消化減量，另一部分回流到復合生物反應器用來增加生物量；剩余污泥排入污泥濃縮池處理。

二沉池采用多泥斗平流式沉淀池，表面負荷0.7m3/m2·h，配置污泥回流泵2臺。

（8）污泥處理系統

該項目污泥主要為ABR池剩余污泥和二沉池剩余污泥以及初沉池污泥，采用污泥濃縮池+帶式污泥脫水機處理污泥。污泥濃縮池有效容積120m3，帶式壓濾機帶寬0.5m。

4.4 主要經濟指標

（1）總投資構成

廢水處理站總投資319.75萬元：土建費183.70萬元，設備購置及安裝費105.20萬元，工藝調試及菌種培養費5.30萬元，工程管理費5.0萬元，設計費10.00萬元，稅金10.55萬元。

（2）運行費用

每天需操作人員3人，人工費0.15元/m3；電費0.29元/m3；藥劑費0.11元/m3；合計直接運行費用為每天0.55元/m3。

4.5 調試與運行結果

工程于2010年12月竣工，2011年1月起開始設備試運行及工藝調試。工藝調試主要是進行改進型ABR的厭氧污泥、復合生物反應器的掛膜和活性污泥的培養和馴化。為了提高系統啟動速度，投加泉州市某污水處理廠的脫水剩余污泥（含水率75%～80%）進行微生物接種，其中改進型ABR池投加40t，復合生物反應器投加15t，采用間歇進水、連續小水量進水和逐步加大連續進水量的調試方法，由于調試期間外界氣溫及廢水進水水溫相對較低（進水水溫在15℃～23℃），菌種培養馴化時間較長，85d后進水量達到設計處理水量，各個單元基本實現預定的去除率，系統出水CODCr均在55～93mg/L之間。

工程于2011年5月由當地環境監測站取樣監測，結果表明，處理出水各項指標均達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）中的一級排放標準（見表2）。

系統運行一年多來，日常檢測數據顯示，該工藝耐沖擊負荷強，出水水質一直都能穩定達到排放標準要求，圖3為二沉池進、出水情況圖。

表2 監測結果

圖3 二沉池進、出水情況

4.6 工程實踐小結

（1）采用改進型ABR+復合生物反應器處理糕點廢水可獲得良好的處理效果，出水穩定，達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）中的一級排放標準。

（2）調節池采用大氣泡攪動系統打碎廢水中的糕點殘渣，可有效減少糕點殘渣在后續處理工藝中上浮結塊。

（3）調試初期，改進型ABR池必須投入足夠的接種污泥，否則糕點廢水的殘渣容易在ABR池內上浮結塊，很難培養出厭氧污泥；運行正常的改進型ABR對糕點廢水中的懸浮物具有較高的去除率。

（4）該工藝組合剩余污泥產量小，節約占地面積，較大幅度地降低了工程造價，操作管理簡便、維修方便、運行穩定、費用低，具有一定的借鑒和推廣應用價值。

5 結語

綜上所述，糕點行業廢水的處理工藝雖然較多，但各種工藝都有其局限性，在實際應用中通常是幾種工藝組合使用。通過提高和改進處理技術，采用科學合理的工藝組合，能夠使糕點廢水處理達到滿意的效果。鑒于水資源的短缺和污染的加劇，應更加重視清潔生產，從源頭減少污染和考慮廢水處理后的中水回用等問題。隨著糕點行業的快速發展和科學技術的突飛猛進，處理糕點行業廢水的技術和工藝將不斷發展，在不久的將來一定會研制出新的工藝使糕點行業的廢水處理能更經濟、有效。

[1]謝昕，王國惠，雷恒毅.生物接觸氧化法處理糕點行業廢水試驗性研究[J].環境科學與技術，2006，29（3）：23-25.

[2]廖柳芳.隔油調節池-UASB-接觸氧化工藝處理食品廢水[J].廣東化工，2010， 37（3）：156-158.

[3]Lettinga G，Van Velson A F M，Hobma，et al.Use of the upflow sludge blanket （USB） reactor concept for biological wastewater treatment，especially for anaerobic treatment[J]. Biotechnol Bioeng，1980，22：699-734.

[4]Bachmann A， Beard V L， McCarty P L. Performance characteristics of the anaerobic baffled reactor[J]. Wat Res，1985，19（1）：99-106.

[5]王建龍，施漢昌.復合生物反應器處理廢水的研究及進展[J].工業水處理，1997， 17（1）：6-8.