餐厨垃圾油水分离技术与方法研究

曹书翰，陈立功，刘先杰，向 硕

（后勤工程学院军事油料应用与管理工程系，重庆 4 01311）

餐厨垃圾油水分离技术与方法研究

曹书翰，陈立功，刘先杰，向 硕

（后勤工程学院军事油料应用与管理工程系，重庆 4 01311）

分析了餐厨垃圾中的含油污水分离技术的现状，并根据主要特点将其分为物理分离、化学分离、物理化学分离和生物化学分离。研究了这4种分离技术的原理和优缺点，并展望了发展趋势。

餐饮废水；油水分离；技术；应用

在餐厨垃圾中的含油污水（以下简称“餐饮废水”）中，油脂的成分和存在形式复杂，一般以悬浮油、分散油、乳化油、溶解油和含油固体等主要形式存在，其中最难处理的是高浓度呈乳化状的油脂［1］。目前除油技术可以归纳为4大类：物理分离（如重力分离技术、过滤分离技术、粗粒化分离技术、膜分离技术等）、化学分离（如絮凝沉淀分离技术、电解分离技术、酸化分离技术等）、物理化学分离（如浮选分离技术、吸附分离技术、磁吸附分离技术等）和生物化学分离（如活性污泥分离技术、生物膜分离技术等）。

1 物理分离

1.1 重力分离技术

重力分离技术，作为物理除油技术中最简单且运用最广泛的一种方法，是利用油脂与水的密度差及互不相溶性来实现油珠、悬浮物与水的分层与分离。重力分离技术常用的设备是隔油池，包括平流隔油池（API）、斜板隔油池（PPI）、波纹斜板隔油池 （CPI）［2］等类型。

离心分离技术［3］是利用两相的密度差，通过高速旋转产生不同的离心力，使轻组分油和重组分水分布在旋转器壁面和中心，最终实现较为彻底的油水分离。该技术所需的停留时间较短，也不需要过大的设备体积；但同时存在着阻力较大、能耗过高、维护不易等缺点。离心分离技术常用的工作设备是水力旋流器。

物理分离技术的主要发展趋势是继续改进油水分离技术，并研制出新的分离设备。张霖霖等［4］采用重力分离技术对餐饮废水进行油水分离。在先后经过除杂、破乳和吸附等一系列程序后，位于水面上层的油由滤油槽收集，底部的清水则通过下方的出口排放。

罗树雄等［5］采用了液位器与重力分离技术相结合的途径来进行油水分离。此方法改善了分离后液位监测的自动化程度，并且降低了制造成本。不足之处是只能除掉餐饮废水中的部分悬浮油和分散油，油水分离效果不明显，只能作为餐饮废水除油的前期处理手段。

徐可可等［6］采用了斜板聚结和连通器原理来改进餐饮废水的重力分离技术。装置中为了达到充分聚结、减小集油面积以及收集不同液位油层的目的，分别采用了斜板填充容器、倾斜箱盖和旋转式空心圆筒型集油器等改进技术，并最终通过实验证明了该装置分离效果的可行性。

魏红江等［7］将餐饮废水传统收集法（指用废水罐静置）和收集罐法（指自行设计的废水回收装置）、水洗过滤法和离心法进行了对比。实验结果表明，采用餐饮废水收集罐法得到的提油率显著高于传统法，水洗过滤法的提油率高于在30℃和粉碎条件下的离心法，两者均是有效分离城市餐饮泔水油的新方法。

运用重力分离技术不仅除油效果稳定，而且具有设备结构简单、操作容易、节省面积等优点，因此被广泛应用。其主要用于分离餐饮废水中的悬浮油和分散油，但不适于溶解油或乳化油的去除。

1.2 粗粒化分离技术

粗粒化分离技术，又名聚结分离技术。当餐饮废水通过具有亲油疏水性质的粗粒化滤料时，微小的油珠吸附聚集在滤料表面，形成一层油膜。当达到一定的厚度之后，油膜便在浮升力和水流剪切力的共同作用下，形成颗粒较大的油珠并脱离滤料表面，浮升到水面完成分离过程。此分离技术的关键是粗粒化材料的选择，当前常用的亲油疏水性材料包括蜡状球、聚烯系球体以及聚氨酯发泡体等。

粗粒化材料的开发和新型聚结分离技术的研究是今后粗粒化分离技术的发展方向。刘蓉等［8］比较了W型和H型改性聚丙烯酰胺纤维作为粗粒化滤料处理餐饮废水的效果，试验结果表明H型比W型材料具有更显著的除油性能。运用粗粒化技术预处理餐饮废水，能有效降低餐饮废水中的油脂含量和COD浓度，对后续的生化处理有利。

任连海等［9］改进了粗粒化油水分离器。首先通过湿热水解技术增加餐饮废水中的可浮油含量，并利用粗粒化材料及多层板结构提高油水的分离效果。试验证明此方法有利于餐厨垃圾固相油脂的液化以及浸出，还可以大幅度提高油脂的回收率。

贾随堂等［10］将重力分离技术与粗粒化分离技术相结合处理餐饮废水。首先在重力的作用下除去上层浮油，下层废水中的乳化油则通过粗粒化介质进一步与水分离，最终经溢流管排出污水。

粗粒化分离技术可以把粒径5～l0 μm以上的油珠完全与水分离，不需要外加其他化学试剂，不会造成二次污染，并且设备占地面积较小，基建费用较低。但是此技术不适用于悬浮物浓度高的餐饮废水，因为久用会使聚结材料堵塞，导致效率下降。

1.3 膜分离技术

膜分离技术是近20多a迅速发展起来的分离技术［11］。研究膜分离技术的关键是膜组件的选择。

陈广春等［12］采用无机陶瓷膜处理餐饮废水。通过研究得知操作条件对膜通量及COD去除率均有一定影响。为达到较好的COD去除效果，应选用小孔径的陶瓷膜，并且其去除率与进水浓度成正比，但与膜内压力相互关系不大。

何毅等［13］采用无机膜-好氧组合工艺处理高油脂浓度的餐饮废水。研究发现，当水力停留时间在56 h以上时，餐饮废水的COD去除率超过90%，但通过改变温度发现，处理效果并不受很大影响。

膜分离技术除油效率较高，但由于浓差极化等原因，在分离过程中极易出现膜污染而使通量降低，并且膜的使用寿命短，膜清洗困难，操作费用高。

2 物理化学分离

2.1 气浮分离技术

气浮分离技术（浮选分离技术）能使大量微细气泡吸附在欲去除的颗粒 (油珠)上，利用气体本身的浮力将油滴带出水面，从而实现油水分离。一般在餐饮废水中加入絮凝剂，还会进一步提高油水的分离效果。气浮分离技术按照产气方式不同分为溶气气浮、充气气浮和电解气浮等类别。

气浮装置和溶气系统的改进是气浮分离技术的主要发展方向。G．H．Chen等［14］将电凝分离技术与电浮选分离技术结合起来对餐饮废水进行油水分离的研究。研究发现将这2项技术结合起来能缩短分离停留时间。并且油脂、COD、SS的去除效率分别高达99%、88%和98%。

X．B．Li等［15］提出运用浮选柱来实现油水分离。此方法中气泡产生器是关键部件。加入絮凝剂和表面活性剂可以增强浮选效果。在溶气压力为 0．25～0．35 MPa，进料速率为 0．6 L/min，回流率为20%～30%等条件下除油效率可达90%以上。

气浮分离技术处理餐饮废水油水分离效果好且稳定，但动力消耗较大，构造复杂，维修保养困难，且浮渣难处理［16］。

2.2 吸附分离技术

吸附分离技术是利用多孔性固相物质吸着、分离水中污染物的过程。吸附剂一般分为炭质吸附剂、无机吸附剂和有机吸附剂。高效吸附剂的研制与开发是吸附分离技术的主要研究方向。X．B．Li等［17］采用煤炭对餐饮废水进行除油处理。实验表明煤炭的种类和颗粒的大小是吸附油的重要影响因素，无烟煤是所有测试样品中吸附效果最好的，并且良好的颗粒大小也有助于吸附油。无烟煤的吸油服从弗伦德利希等温吸附定律。

运用吸附技术分离后的出水水质较好，也节省了占地面积，但是吸附剂再生的困难使得投资费用较高。

磁吸附分离技术是指用磁性粒子吸附微小油珠，然后含油磁粒用磁分离装置分离，以达到油水分离的目的。朱又春等［18］研究了磁粉在油水分离过程中与油类物质的作用机理。实验结果表明，采用磁分离技术可明显降低出水含油量，并且通过电泳试验发现，含乳化油的污水在磁粉的作用下，破乳效果明显。磁粉虽然比表面积小于二氧化硅和硅胶，但却有较多的吸附负荷。磁粉与油珠一般通过直接吸附的方式相结合，但粒径8 μm以内的细小磁粉还可以通过磁絮凝的方式与油珠结合。

磁吸附分离技术消耗动力较大，设备制造昂贵且磁种回收循环使用困难，因而应用尚不广泛。

3 化学分离

3.1 絮凝沉淀分离技术

絮凝沉淀分离技术［19］是目前国内外用来进一步分离油水的方法中应用最广泛、成本最低廉的一种。絮凝沉淀分离技术是借助絮凝剂对胶体粒子的静电中和、吸附、架桥等作用使胶体粒子脱稳，发生絮凝沉淀以除去污水中的悬浮物和可溶性污染物质［20］。

目前国内外对絮凝沉淀分离技术的研究，最关键问题之一是絮凝剂的选择。用于餐饮废水处理的絮凝剂主要包括无机絮凝剂、有机絮凝剂和无机-有机复配或复合絮凝剂3类。实际处理中要根据餐饮废水的具体特性选择絮凝剂。

目前，絮凝沉淀分离技术的研究主要是开发新型絮凝剂。韩香云［21］改良了絮凝剂的组成，促使餐饮废水中的乳化油破乳分离。实验表明将聚合硫酸铁、聚丙烯和腐植酸钠酰胺混合起来使用，油渣与水的分层迅速。

尹艳华等［22］将氯化铝、碱式氯化铝、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铝钾5种单一絮凝剂对餐饮垃圾的油水分离效果与硫酸铝钾-聚丙烯酰胺复合絮凝剂进行了对比。试验结果表明硫酸铝钾-聚丙烯酰胺复合絮凝剂的絮凝分离效果比单一絮凝剂要好，使用复合絮凝剂可使COD和浊度的去除率分别达到83．3%和76．9%，且餐饮废水的pH、絮凝剂的投放量和方式都对处理效果有很大影响。

M．C．Xue等［23-24］采用电絮凝分离技术处理餐饮废水。通过对电极材料的选择、电极间的距离、进水pH等参数的研究，找到了最适于油水分离的参数范围，并取得了不错的分离效果。

絮凝沉淀分离技术的工艺成熟且效果较好，但不足之处是占地面积大、药剂量大以及难以去除浮渣。

3.2 电解技术

电解分离技术指在电解过程中所释放的大量小气泡吸附在欲去除的油滴上表面，随着气泡的上浮将油滴带出水面，从而达到分离目的的方法。

张凤娥等［25］采用铸铁屑内电解分离技术进行餐饮废水的除油，并分别考察了多种反应条件对除油率的影响。结果表明，运用铸铁屑内电解分离技术可以将餐饮废水中80%以上的油分分离。餐饮废水的除油效果受温度的影响较大，但在实际处理过程中不必特意提高温度；废水电导率与反应时间成反比，但与油水分离效果无关。

林美强等［26］对微电解预处理和电解分离技术相结合的除油效果进行了研究。通过实验室试验和现场扩大试验后发现，该方法可以有效地除去部分污染物，而且废水的导电性得到提高，除油效果更加显著。

电解分离技术虽然除油效率高，但耗电量大、装置复杂。

4 生物化学分离

生化分离技术是指利用微生物将餐饮废水中的烃类物质分解氧化成为二氧化碳和水，从而去除废水中的乳化油和溶解油等烃类物质［27］。

餐饮废水生化分离技术包括活性污泥分离技术和生物膜分离技术。前者是利用吸附、浓缩在流动状态的絮凝体 (活性污泥)表面上的微生物来分解有机物，后者是使微生物附着在固定的载体(滤料)上，污水从上而下流经滤料表面过程中，污水中的有机物质便被微生物吸附和分解破坏［28］。

孙水裕等［29］将生物分离技术和磁分离技术相结合对餐饮废水进行油水分离。在与普通活性污泥分离技术对比后，发现该技术的出水透光率和COD去除率都比普通活性污泥分离技术要高，并且极大改善了活性污泥絮体结构和沉降性能。

尹艳华等［30］利用单通道管状陶瓷生物膜反应器对餐饮废水进行了油水分离研究。研究结果表明，餐饮废水经膜生物反应器处理后，油水分离效果明显。其膜通量会受到压力和温度的影响，但过高的膜面流速并不会有太好的分离效果。

生物分离技术处理餐饮废水对油水分离有较好的处理效果，出水水质好，但是对进水要求较高，需要专业人员维护，而且基建费用高。

5 结束语

餐饮废水的油水分离技术虽然种类较多，但各种技术都有其局限性。目前物理和化学分离技术比较成熟且应用广泛；物理化学和生物化学分离技术虽然面临较多的技术难点，但仍具有很大的发展前景。在实际应用中，应根据餐饮废水中油分子的存在形式改进分离技术，在物理和化学分离技术的基础上采用多级处理工艺，以达到满意的油水分离效果。

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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

曹书翰（1987—），主要研究方向为城市餐饮废水的油水分离方法与技术。

（责任编辑：刘冬梅）