糕点行业废水处理技术剖析与工程实践

许华诚

（福建高科环保研究院有限公司，福建 泉州 352000）

1 引言

糕点行业是我国七大类食品制造业之一，糕点食品是以面粉、酵母、食盐、砂糖和水为基本原料，添加适量油脂、乳品、鸡蛋、添加剂等，经一系列复杂的工艺烘焙而成的焙烤食品。它不仅具有丰富的营养，而且品类繁多、形色俱佳、应时适口。近几年，受益于行业生产技术的不断提高和下游需求市场的不断扩大，我国糕点业的发展不断加快，根据行业协会不完全统计，2010年全国糕点行业企业有7000余家，其中规模以上企业896家，业内专家预测，2013年整个糕点行业将会达到1300亿元人民币的产业规模。随着行业质量及服务竞争意识的不断增强，ISO9000、HACCP、GMP、QS等各类认证、制度的不断完善，糕点企业经营模式从国有企业向私有合伙制有限责任公司转变，作坊式生产也向企业化、规模化、现代化转变，集团化和品牌连锁已成为目前糕点行业的主要规模化经营模式。

与此同时，随着糕点行业的迅速发展、生产的规模化和产品的多样化，糕点企业生产废水排水量也在不断增加，排水量由每天几吨上升到几百吨甚至几千吨，废水水质也更加复杂。糕点行业废水属于食品工业废水，其本身无毒性，但通常含有大量的可生物降解的有机物，CODCr、BOD5、SS值较高，而且还含有较高浓度的动植物油，若不经处理直接排入水域中，将会迅速大量地消耗水中的溶解氧，使水质恶化，造成水体缺氧，使鱼类和水生生物死亡；废水中的油类及浮渣会覆盖水面，阻止空气中的氧向水中扩散；废水中的悬浮物沉入河底，在厌氧条件下分解，产生臭气恶化水质，污染环境。若将废水引入农田进行灌溉，会影响农业果实的品质，并污染地下水源；废水中可能存在的病毒、病菌将导致疾病的传播，直接危害人畜健康，因而其废水处理正引起越来越多的关注和重视。如何提高和改进糕点行业废水处理技术，采用科学的工艺技术路线组合，切实解决糕点行业废水治理问题，对整个行业乃至国家经济发展都影响深远。

2 糕点行业废水分析

糕点行业废水主要来源于糕点生产设备清洗水、容器清洗水、生产车间地面清洗水等，在糕点生产过程中，大部分均是直接采用清水涮洗糕点烘烤机台（板），因而废水中含有大量成品或半成品的下脚料，如糕点屑、淀粉、蛋白以及各种添加剂的残余物等。糕点行业废水属于中高浓度有机废水，既具有食品废水的一般特性，也具有自身独特的特点，其主要特点如下：1）水质水量随糕点企业制作工艺、生产条件、季节变换等各方面的不同而变化；2）悬浮物含量高，SS为500～3000mg/L，悬浮物主要为糕点屑、蛋白、淀粉、油脂、胶体等；3）溶解有机物含量高，CODCr、BOD5浓度高，CODCr在800～12,000mg/L，BOD5在500～6000mg/L，溶解的有机物包括糖类、有机酸、多元醇以及添加剂等，主要以碳水化合物为主；4）废水BOD/COD值在0.4～0.7之间，可生化性好；5）含有较高浓度的动植物油，在15～1200mg/L不等；6）废水易腐败发臭、酸化，使废水pH值下降到5左右，引起废水中的蛋白质变性凝结成块，较轻的动植物油吸附悬浮物和变性蛋白质后浮于水面形成浮渣层，易结块（见图1），结块物质含油、含水率高，污泥比阻大，脱水困难。

图1 糕点行业废水水面结块组图

3 糕点行业废水处理技术现状分析

糕点行业废水属于食品工业有机废水，处理方法较多，但目前国内外有关糕点行业废水处理情况的研究报道较少，国内报道的仅有谢昕等人采用生物接触氧化法处理糕点行业废水试验性研究[1]和廖柳芳采用隔油调节池-UASB-接触氧化工艺处理糕点废水工程实例分析[2]，可供直接借鉴的工程经验较少。由于企业规模的大小不同，其排水量差别较大，根据排水量和企业的环保投入不同，所采用的处理方法也不同。通过对已配套有一定废水处理设施的糕点企业的调查发现，比较常用的糕点废水处理工艺一般有物理法、物化法和生化法工艺技术路线。

3.1 物理处理法

物理处理法对物质的化学组成不产生任何的改变，通过物理分离作用去除呈颗粒状或油状的污染物，常用于糕点废水的物理处理工艺单元有隔油（渣）、沉淀、筛滤。该法的优点在于操作简单，设备大多相对廉价，投入少，购置方便，对于糕点废水的油（渣）分离效果较好，在很多作坊式小企业的小水量（≤20m3/d）简单处理中应用较为广泛，但其出水水质一般很差，大多是排入市政污水管网由城市污水处理厂进行最终的二级处理。

3.2 物化处理法

物化处理法是由物理方法和化学方法组成的废水处理系统，通常以絮凝法和沉淀（或气浮）工艺相结合去除废水中的悬浮物、动植物油以及部分有机物等。使用此法出水水质较好，且比较稳定，对糕点行业废水中的油（渣）等悬浮物的去除效率高，常作为糕点行业废水的预处理工艺；缺点是处理系统的设备和日常运行维护费用比较高，而且会产生大量的油渣污泥，污泥比阻大，脱水困难，脱水污泥含水率仍然较高，污泥处理处置费用高。

3.3 生物处理法

糕点行业废水是可生化性好的有机废水，生物法是其主要的二级处理工艺。生物处理法是利用微生物细菌的代谢作用，分解氧化吸附糕点行业废水中的有机物，使其转化为无害的物质，起到对废水的净化作用。根据微生物的代谢种类可以分为厌氧型和好氧性两种处理方法。

3.3.1 厌氧生物法

厌氧生物法是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌来降解有机物，大分子的有机物首先被水解成小分子化合物，然后被转化成CH4和CO2等。该法具有动力消耗低、剩余污泥量少、能降解某些好氧处理难于降解的物质，目前常用于糕点行业废水处理的厌氧生物处理反应器有升流式厌氧污泥床（UASB）和厌氧折流板反应器（ABR）等。

（1）UASB

UASB反应器是荷兰学者G.Lettinga等人在20世纪70年代初开发的[3]，主要由进水分配系统、反应区、三相分离器、出水系统以及排泥系统组成。该反应器设有三相分离器，使得反应器内的污泥不易流失，反应器内并能维持很高的生物量，同时由于反应器的固体滞留时间很长，使得反应器具有很高的容积负荷、处理效率及运行稳定。另外，UASB池内不需设置搅拌装置，上升的水流和产生的沼气可满足搅拌要求，反应器内不需要填装填料，构造简单，易于操作运行，便于维护管理。但UASB反应器的进水分配系统、三相分离器的设计是否合理及颗粒污泥的培养直接影响着厌氧处理效果；且该工艺还存在对含高浓度悬浮物的废水处理效果不好、颗粒污泥难以培养等缺点，这些缺点在不同程度上限制了其在糕点行业废水处理中的应用和推广。

（2）ABR

ABR（Anaerbic Barffled Reactor）是Bachmann和Mc-Carty等人在20世纪80年代提出的一种新型高效厌氧反应器[4]，使用一系列垂直折流板使被处理的废水在反应器内沿折流板上下流动，借助于处理过程中产生的气体使反应器内的微生物在折流板所形成的隔室内作上下膨胀和沉淀运动，但整个反应器内的水流则以较慢的速度作水平流动。由于废水在折流板的作用下，水流绕其流动而使其流经的总长度加长，再加之折流板的阻挡及污泥的沉降作用，死区体积较小，生物固体被有效地截留在反应器内，悬浮物质也可被有效截留和吸附。该法无需三相分离器，且对悬浮物含量高的废水有较好的适应能力，具有结构简单、有效容积高、污泥截留能力强、稳定性高、投资和运行费用省等优点。近年来，为了进一步提高ABR的性能或用于处理某些特殊性质的废水，对其结构进行不同型式的优化改造成为厌氧反应器领域内的研究热点之一，在糕点行业废水处理中具有广阔的应用前景。

3.3.2 好氧生物法

污水的好氧生物处理常用的为活性污泥法和生物膜法，这两种工艺在处理有机废水方面和化学法及物理化学法相比具有处理效率高、处理效果好、处理较为稳定、运转经验丰富、运行费用低等优点，在国内外被普遍采用。

（1）活性污泥法

活性污泥法是利用悬浮流动着的活性污泥来吸附和氧化分解去除废水中有机物的方法，运行方式多种多样，目前用于糕点行业废水处理的有SBR及其变型工艺等。但由于该法存在着抗冲击负荷能力差、容易出现污泥膨胀现象，设计污染负荷低、曝气时间长、占地面积大，而且污泥产量大、含水率高、脱水难度大等缺点，在糕点行业废水处理中应用较少。

（2）生物膜法

生物膜法是依靠附着于固体表面滤料的介质上而生长繁殖的微生物净化有机物的好氧处理方法，目前应用较多的是生物接触氧化法。生物接触氧化法具有工艺适用广、占地小、耐冲击、污泥产量少、不产生污泥膨胀、高效低耗和管理方便等优点，随着更为理想的新型填料的开发，该工艺已在中小型废水处理中被大量采用。

近年来，生物接触氧化法与活性污泥法的新型结合技术也逐渐在食品废水处理中被试验研究和实际应用，新型结合技术结合了生物接触氧化法和活性污泥法的优点，克服了各自的缺点，代表技术为复合生物反应器。

复合生物反应器[5]是将生物膜法与传统的活性污泥法进行有机结合的一种新型高效污水处理工艺，可以由活性污泥法曝气池中投加填料或由接触氧化法的二沉池污泥回流来形成复合生物反应器，由于污泥的回流，为微生物提供了更加有利的生存环境，附着和悬浮生长的微生物协作完成对污染物的降解过程，其中附着型生长微生物占多数，两相之间的可转化性增强了系统的调节机制，使复合系统具有更强的适应性和稳定性，系统的复杂生态结构使其具备了较强的抗冲击负荷能力。在反应器内沿着水流到载体的方向，构成一个悬浮好氧型、附着好氧型、附着兼氧型和附着厌氧型的多种不同活动能力、呼吸类型、营养类型的微生物系统。微生物之间形成了互相联系、互相制约的动态平衡体系，对污染物的去除由多种微生物协作完成。在反应器内特定的微环境中会成形成特定的优势菌种，从而增强了反应器的处理能力和适应性。该工艺具有占地面积省、基建投资低、处理效率高、耐冲击、适应性强、可避免污泥膨胀、污泥产生量较少，兼具了脱氮除磷功能等优点，在糕点行业废水处理中具有较好的应用前景。

鉴于糕点行业废水的特点，污染物浓度高和成分的复杂性，仅靠单一的处理工艺很难使出水达标排放，且存在一次性投资大、运行成本高等问题，提高和改进处理技术，采用科学合理、经济的工艺组合处理糕点行业废水尤为关键。经过对糕点行业废水的多方面研究，结合小试试验数据，提出了以“改进型ABR+复合生物反应器”组合工艺为主体的糕点行业废水处理工艺，并将该组合工艺应用于实际工程中，在工程实践中获得了良好的效果，具有一定的借鉴和推广应用价值。

4 工程实例

泉州某食品有限公司主要从事法式面包、蛋黄派、饼干、膨化食品等糕点食品的开发、生产和销售经营业务，其生产废水主要来源于糕点烘烤机台涮洗水以及其他设备冲洗水、容器清洗水、生产车间地面清洗水等，项目主体工艺采用“改进型ABR+复合生物反应器”，经过工程实践证明，系统运行稳定，处理效果良好，出水指标均能稳定达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级排放标准。

4.1 处理水量与水质

根据该企业的生产能力和废水排放情况，工程设计建设规模为1000m3/d。

该项目的主要废水处理水质指标设计值、实际值和排放标准见表1。

表1 废水水质

4.2 处理工艺流程（见图2）

图2 工艺流程图

4.3 工艺特点及主要构筑物

（1）格栅井

主要去除废水中的大块固体杂物，以防后续设备堵塞，设置粗、细格栅各一套。

（2）隔油池

该项目糕点生产废水含有较高浓度的动植物油脂，为避免油脂进入后续生化系统包围活性污泥造成生物活性下降，以及造成活性污泥容易随油脂上浮而流失，设置了两格隔油池，隔油池采用中部过水孔，使得油脂上浮于水面，残渣沉于池底，便于打捞，同时也不会引起过水孔的堵塞，这样就克服了采用传统气浮方法造价高和耗能的缺点，既减少了工程造价，也降低了运行费用。隔油池有效容积100m3，HRT = 2.4h。

（3）调节池

由于废水排放量及水质波动性较大，因此在处理前设置调节池是必要的，另外，为防止废水中的糕点残渣在调节池内淤积、上浮结块、发臭、酸化等，调节池内设置大气泡空气搅动装置，主要起搅动打碎糕点残渣的作用。

调节池有效容积480m3，HRT=11.5h，配置提升泵2台。

（4）初沉（隔油）池

废水中的糕点残渣经过调节池大气泡空气搅动打碎后，残渣中的油脂与固体物分离，因此有必要设置初沉（隔油）池进一步隔除废水中的油脂和沉淀去除较大块的固体物；另外，废水偏酸性，在初沉（隔油）池前设置pH调节区，调节废水pH在6.5～7.5。

初沉（隔油）池表面负荷1.0m3/m2·h，有效容积130m3，HRT=3.0h。

（5）改进型ABR池

该工程所采用改进型ABR是根据该糕点行业废水的特性和小试试验数据，对ABR的进水、隔室宽度、填料设置等进行改良和优化，并增设混合液回流装置。

该池分为6个单元格，每个单元格分为2个区，下向流与上向流体积比为1 ∶ 4。最后一个单元格上向流中上部设置生物填料，有效防止厌氧污泥的流失；最后一格配置两台混合液回流泵，混合液回流至第一格，回流厌氧污泥并有效降低进水有机冲击负荷，增大废水在ABR池中的流速及搅动强度，促使废水中的非溶解态糕点残渣物质逐步转化为溶解态有机物，避免糕点残渣在ABR池内因流速低结块上浮，影响处理效果及沼气的释放，前5个单元格的上向流流速不小于0.55mm/s。

改进型ABR池有效容积1200m3，HRT = 28.8h，容积负荷2.5kgCOD /m3·d。

（6）复合生物反应器

采用由接触氧化法的二沉池污泥回流来形成复合生物反应器，回流比30%～50%。

复合生物反应器有效容积1200m3，HRT=28.8h，悬挂式填料填充率50%，配置鼓风机2台，功率30kW。

（7）二沉池

复合生物反应器出水进入二沉池进行泥水分离，污泥一部分回流到ABR池进行厌氧消化减量，另一部分回流到复合生物反应器用来增加生物量；剩余污泥排入污泥浓缩池处理。

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

（8）污泥处理系统

该项目污泥主要为ABR池剩余污泥和二沉池剩余污泥以及初沉池污泥，采用污泥浓缩池+带式污泥脱水机处理污泥。污泥浓缩池有效容积120m3，带式压滤机带宽0.5m。

4.4 主要经济指标

（1）总投资构成

废水处理站总投资319.75万元：土建费183.70万元，设备购置及安装费105.20万元，工艺调试及菌种培养费5.30万元，工程管理费5.0万元，设计费10.00万元，税金10.55万元。

（2）运行费用

每天需操作人员3人，人工费0.15元/m3；电费0.29元/m3；药剂费0.11元/m3；合计直接运行费用为每天0.55元/m3。

4.5 调试与运行结果

工程于2010年12月竣工，2011年1月起开始设备试运行及工艺调试。工艺调试主要是进行改进型ABR的厌氧污泥、复合生物反应器的挂膜和活性污泥的培养和驯化。为了提高系统启动速度，投加泉州市某污水处理厂的脱水剩余污泥（含水率75%～80%）进行微生物接种，其中改进型ABR池投加40t，复合生物反应器投加15t，采用间歇进水、连续小水量进水和逐步加大连续进水量的调试方法，由于调试期间外界气温及废水进水水温相对较低（进水水温在15℃～23℃），菌种培养驯化时间较长，85d后进水量达到设计处理水量，各个单元基本实现预定的去除率，系统出水CODCr均在55～93mg/L之间。

工程于2011年5月由当地环境监测站取样监测，结果表明，处理出水各项指标均达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级排放标准（见表2）。

系统运行一年多来，日常检测数据显示，该工艺耐冲击负荷强，出水水质一直都能稳定达到排放标准要求，图3为二沉池进、出水情况图。

表2 监测结果

图3 二沉池进、出水情况

4.6 工程实践小结

（1）采用改进型ABR+复合生物反应器处理糕点废水可获得良好的处理效果，出水稳定，达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级排放标准。

（2）调节池采用大气泡搅动系统打碎废水中的糕点残渣，可有效减少糕点残渣在后续处理工艺中上浮结块。

（3）调试初期，改进型ABR池必须投入足够的接种污泥，否则糕点废水的残渣容易在ABR池内上浮结块，很难培养出厌氧污泥；运行正常的改进型ABR对糕点废水中的悬浮物具有较高的去除率。

（4）该工艺组合剩余污泥产量小，节约占地面积，较大幅度地降低了工程造价，操作管理简便、维修方便、运行稳定、费用低，具有一定的借鉴和推广应用价值。

5 结语

综上所述，糕点行业废水的处理工艺虽然较多，但各种工艺都有其局限性，在实际应用中通常是几种工艺组合使用。通过提高和改进处理技术，采用科学合理的工艺组合，能够使糕点废水处理达到满意的效果。鉴于水资源的短缺和污染的加剧，应更加重视清洁生产，从源头减少污染和考虑废水处理后的中水回用等问题。随着糕点行业的快速发展和科学技术的突飞猛进，处理糕点行业废水的技术和工艺将不断发展，在不久的将来一定会研制出新的工艺使糕点行业的废水处理能更经济、有效。

[1]谢昕，王国惠，雷恒毅.生物接触氧化法处理糕点行业废水试验性研究[J].环境科学与技术，2006，29（3）：23-25.

[2]廖柳芳.隔油调节池-UASB-接触氧化工艺处理食品废水[J].广东化工，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]王建龙，施汉昌.复合生物反应器处理废水的研究及进展[J].工业水处理，1997， 17（1）：6-8.