随着改革开放的不断深化、消费水平的不断提升，人们的物质生活愈加丰富起来。在这样的时代背景下，人们对于饮食上的多样化、多层次需求为餐饮行业的发展提供了强劲的增长动力。近年来，我国餐饮业的数量不断增加且规模不断扩张，尤其是农家乐、饭店、食堂等在内的中小型企业。作为满足人们基础需求的行业，它的发展势不可挡，但同时由此产生的餐饮废水也大幅增加。据不完全统计，我国每年未经处理的餐饮废水排放量达上亿多吨，且有不断上升的趋势［1］。餐饮废水中含有动植物油脂、植物纤维和大量有机污染物等，成分复杂，处理难度大［2］。若未经处理直接排入市政管网，会严重污染城市水环境，给污水处理厂带来重大负荷［3］。

因此，如能设计出一套一体化餐饮废水处理反应器，并达标排放具有重要意义。

           目前，餐饮废水的处理方法主要有物理法、化学法和生物法等［4-5］。物理法虽普遍具有工艺简单的特点，但是该方法的进行需要专业处理设备，需要投入的资金大，一般仅会考虑用于餐饮废水的预处理；化学法具有处理效率较高、占地面积较小的优势，但是存在处理费用高、产生的污泥量大、污泥无处排放或处理棘手等问题；生物法则通常存在占地面积大、停留时间长、处理周期长、效果慢等问题。受限于安装空间、运行费用、二次污染等因素，上述方法均不适用于中小型餐饮业，市场上急需一种性价比高，值得推广的工艺和技术来改变当前餐饮废水处理困难的局面。［6］。由于兼氧和好氧一体式 A/O 工艺具有成本低、占地小、处理效果好、操作方便等优点，近年来已成为生活污水或工业废水处理领域的有效技术之一［7］，然而该工艺很少用于餐饮废水的处理［8］。

基于上述问题，本文将兼氧生物滤池和好氧生物接触氧化法结合，形成A/O生物膜工艺，再将A/O生物膜工艺与隔油池融合在一起，设计了一种小型化、家用化、操作方便的一体式隔油-A/O反应器（A/O-IOSR），在实现油水有效分离的同时，相应地削减餐饮废水中的 COD、TN 和 TP 等污染物的浓度，旨在为量广面大的饮食行业提供一种有效  的餐饮废水处理新技术和新装备。 

           1 实验部分

            1.1 实验装置
             用于处理餐饮废水的 A/O-IOSR 实验装置如图1 所示。它是由耐腐蚀性好的有机玻璃材料制成，规格为 L×B×H=90 cm×30 cm×40 cm，有效容积为102 L，反应器内部被分为除渣隔油区、兼氧区（A 区）、接触氧化区（O 区）和沉淀区等 4 部分，其容积比为 6：5：5：1。除渣隔油区内设有方便安装与取出的滤网和装有过滤接头的送水管，A 区和 O 区内悬挂廉价的纤维组合填料（直径100 mm，间距70 mm，比表面积约为2450 m2/m3），填充率在65%左右。沉淀区与 O 区由倾斜隔板分隔，并设有集水槽。A 区内不曝气保持缺氧甚至厌氧环境；O 区底部设有曝气砂头，底部进水，水流通过纤维组合填料上升；同时使废水在好氧区和兼氧区间进行反复循环流动，实现污染物的高效去除；也使得填料进行一定程度的抖动，有利于去除老化污泥，保证生物膜具有较高的活性；剩余污泥和脱落的生物膜通过排泥口排出，经沉淀区澄清后的废水通过集水槽从排水口排出。

            1.2 餐饮废水

             实验用水取自宁波市某饭店，该饭店废水排放高峰出现在中午和晚间两个时段。废水中的动植物油脂为 253.46～334.86 mg/L，悬浮固体浓度（SS）为336.46～435.86 mg/L，COD、NH3-N、TN 和 TP 分别为 1 582～2 287、15.67～21.80、25.96～36.12、4.71～7.30 mg/L。 对 照 GB/T 31962－2015，除 N、P 外 ，COD、动植物油、SS等存在明显的超标问题，这意味着多数中小型餐饮企业面临着严峻的环保压力。 

           1.3 生物膜优势菌种

实验所用的复合菌种购自某环保技术有限公司，主要成分：硝化细菌属、反硝化细菌、芽孢杆菌属（Bacillus Cohn）、假单胞菌属（Pseudomonas）和活化酶以及多糖等营养物质。 

           1.4 分析方法

DO 采用哈希便携式 DO 仪测定（SensION6）；pH 采用便携式 pH 计测定（pHB-9）；COD、NH3-N、TN、TP、SS、混合液悬浮固体浓度（MLSS）、混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）、动植物油的测定，参照《水和废水监测分析方法》测试［9］；氧吸收速率（OUR）参照文献方法测定［10］。

           1.5 A/O-IOSR的启动与运行

A/O-IOSR 装置采用优势菌种挂膜启动，向 A 区、O 区泵入隔油池出水，浸没纤维组合填料，然后投加适量的复合菌种后，充分搅拌混合均匀。保持O 区 DO 质量浓度为 3～4 mg/L，pH 控制在 6.5～ 8.5，温度在 24～34 ℃，连续曝气 24 h 后，此后每天向A区、O区泵入10 L的新鲜废水，替换经排泥口排出的废水，并测定COD指标。

由图 2 可以看出，挂膜初期 COD 出水为 1 825mg/L，高于进水1 550 mg/L，其主要原因是复合菌种中存在适合微生物生长的培养基，导致水体中COD升高。随着复合菌种的驯化和对环境的适应，出水COD 逐渐降低，8 d 后出水 COD 降低到并维持在395 mg/L，去除率 73% 左右。现场观察发现 O 区填料上挂着一层絮状的黄色生物膜；A 区填料呈黑灰色、絮状，生长状况良好，表明系统内生物膜上的微生物已经初步具有去除污染物的能力，驯化成熟，启动成功。此后正式进入运行阶段：阶段Ⅰ（7 月 31 日～9 月 9 日，温度 21～34 ℃），阶段Ⅱ（9 月 10 日～11月 10 日，温度 12～30 ℃），阶段Ⅲ（11 月 11 日～1 月11日，温度 6～14 ℃），保持 DO不变，阶段初期将反应器内的剩余污泥排空，以促进生物膜的生长；模拟该餐饮单位间歇排放的特点，每天处理2个批次。

 

            2 结果与讨论

            2.1 对油脂和SS的处理效果

处理餐饮废水的首要一步是实现除渣隔油，在完成油水初步分离后，A/O 工艺中的生物膜才能更好地发挥作用。由图 3 可知，A/O-IOSR 启动后，在整个运行阶段油脂和 SS 的去除效果较好且受温度影响较小，油脂和 SS 的平均去除率达到了 93.12% 和91.16%。在进水油脂质量浓度为253.46～334.86mg/L，SS 质量浓度为 336.46～435.86 mg/L 范围波动下，除渣隔油区对油脂隔离后出水保持在92.93～136.81 mg/L，SS 出水保持在 132.93～176.81 mg/L之间。原因是除渣隔油区设有除渣滤网以及送水管的底部设有过滤接头，在两者的作用下较大的悬浮颗粒物被阻滞在除渣隔油区，同样由于油的密度比水小，废水中大量的悬浮态油脂浮在水面被隔离在该区。余下的乳化状油脂和微小悬浮物进入A/O区可以作为微生物的能源和碳源，通过微生物的新陈代谢作用将油脂酶解成脂肪酸、甘油，最后分解为CO2、H2O和 CH4等［8］，最终反应器出水油脂和 SS质量浓度在近半年内分别维持在 16.73～23.58、21.75～51.75 mg/L之间，优于纳管排放标准。
 
 

           2.2 对COD的去除效果

           在 3个不同阶段下，反应器对 COD 的去除效果如图 4 所示。实验中进水 COD 为 1 582～2 287 mg/L，均值为 1 968 mg/L，反应器出水 COD 为 144～258 mg/L，COD总去除率（阶段Ⅰ、阶段Ⅱ和阶段Ⅲ共同去除效果）平均值是 90.19%，这说明反应器具有相当强的抗冲击负荷能力，出水COD优于纳管排放标准。由图 4可知，COD 去除率从夏季至冬季逐渐降低，阶段Ⅰ、阶段Ⅱ和阶段Ⅲ去除率分别为 91.29%、90.89% 和 88.74%，对比阶段Ⅰ和阶段Ⅱ，阶段Ⅲ对COD 的去除略有降低。这是因为不同阶段间存在较明显的温度差异，温度对微生物的活性产生了影响。CHEVALIER 等［11］研究表明，温度对好氧池的吸附性能、沉降性能、微生物生长发育、种群组成和总氧转移效率有显著影响，水温降低，酶的催化作用减弱，微生物代谢能力下降，生化反应速度降低，进而系统对 COD 的去除率降低。活性污泥法中微生物的活性与温度间并不只是简单的线性关系，经实验数据显示活性污泥法微生物的适宜生长温度为8 ～35 ℃，当温度在一定范围内升高时，微生物的代谢速率将加快，而当温度降低时，微生物的代谢速率将降低［12］。

           2.3 对NH3-N、TN和TP的去除效果

图 5 为 A/O-IOSR 启动后，对水体中 NH3-N、TN和TP的去除效果。实验期间进水NH3-N、TN、TP的质量浓度分别为 15.67～21.80、25.96～31.24、4.71～7.30 mg/L。经 A/O-IOSR 处理后，NH3-N、TN 和 TP的平均去除率分别为 87.41%、77.29% 和 69.04%。

           结果表明，A/O-IOSR具有脱氮除磷功能。而在不同阶段 N、P 质量浓度的变化与 COD 类似，阶段ⅢNH3-N、TN和 TP的去除率均弱于阶段Ⅰ、阶段Ⅱ。温度对系统中 TN 去除也有着显著影响，且这种影响是非线性的，实验阶段Ⅰ至阶段Ⅲ，随着温度的降低，微生物降解 TN 的能力减弱。一般来说，15～35 ℃是生物硝化的最适温度范围，当温度低于 10℃时，生物硝化作用明显受到抑制。而温度对生物除磷机理的影响尚不完全清楚，多数学者认为温度对生物除磷的影响不同，随着温度的升高，磷的释放和吸收速率变化不大，这表明温度对磷的去除影响很小。

例如，姜体胜等［13］研究了温度对活性污泥法脱氮除磷效果的影响，实验发现随着温度的升高，磷的释放和吸收速率变化不大，由此认为磷的去除受温度影响很小。HELMER等［14］发现，当温度从5 ℃变化到15 ℃时，温度对生物除磷能力没有明显影响。 

 

            2.4 工艺参数分析

DO 和 HRT 是污水处理技术中的重要影响参数，对于大多数餐饮单位而言，其直接影响投资成本和运行费。图 6为运行阶段周期内 DO 对油脂、SS、COD、NH3-N、TN 和 TP 去除率的影响。可以看出，随着 DO 的增大，油脂和 SS 去除率变化不大，始终维持在较高的水平，平均去除率分别可达93.25%和90.96%。而COD、NH3-N、TN和TP的去除率则波动较大，当 O 区 DO 为质量浓度 1～2 mg/L 时，COD、NH3-N、TN、TP去除率较差；当 DO质量浓度为 4～5mg/L 时，COD、NH3-N、TN、TP 的去除率达到最大，分别为 90.27%、85.51%、76.58%、64.36%；继续增大DO，当 O 区 DO 质量浓度为 5～6 mg/L 时，COD 和NH3-N 去 除 率 基 本 保 持 不 变 ，分 别 为 90.23% 和85.34%，而 TN 和 TP 的去除率却逐渐下降分别为75.44% 和 61.22%。其原因是，当 DO 较低时，微生物的活性能力差，导致污染物去除率低，随着DO的增加，异养菌的活性能力变强，对有机物的降解较彻底，进而促进反硝化菌的脱氮效果［15］，同时聚磷菌的活性也变强，使混合液中磷的浓度大量下降，但当O区DO进一步增大时，使得A区内缺氧区和厌氧区的空间逐渐减小，导致微生物脱氮除磷作用效果变差。因此，当 DO 质量浓度为 4～5 mg/L 时，反应器的脱氮除磷效果最好。

            7为运行阶段周期内 HRT对油脂、SS、COD、NH3-N、TN 和 TP 去除率的影响。控制 O 区 DO 为 4 ～5 mg/L，通过改变废水的处理量来调节 HRT 大 小，使 HRT分别为 4、6、8、10、12 h（废水处理量分别为 25.5、17、12.7、10.2、8.5 L/h），由图 7 可知，随着HRT 的延长，油脂和 SS 的去除率趋于稳定，平均去除率分别可达 93.29% 和 91.44%，而 COD、NH3-N、TN和TP的去除率先增大后趋于稳定，当HRT为4 h 时，COD、NH3-N、TN 和 TP 的去除率仅为 75.39%、67.82%、62.16% 和 59.52%，而 当 HRT 为 8 h 时 ，COD、NH3-N、TN 和 TP 的平均去除率可达 92.45%、88.11%、79.31% 和 72.83%，进一步延长 HRT 去除率趋于稳定。其原因可能是，废水停留时间HRT较短时，微生物对 COD 和 NH3-N 的吸收降解不完全，从而抑制反硝化菌的脱氮效果，同时聚磷菌摄取磷酸盐不完全，除磷效果也受影响；当停留时间达到 8 h及以上时，有机物在异养菌的作用下降解较彻底，硝化菌和反硝化菌有足够的时间进行硝化和反硝化作用，聚磷菌也有足够时间摄取磷酸盐。

            2.5 反应器内填料生物膜活性

不同生物接触氧化法的生物膜活性存在一定差异。生物膜活性的研究有助于从微观角度了解不同生物处理方法的特点。反应器在不同阶段最优工况下生物膜活性如图 8所示。在 3个不同运行阶段期间，分别从O区上、中、下3处取生物膜，测定生物膜活性（以OUR表示）。取样时将反应器停止曝气，取出载体后直接剪断刮膜测量［16］。在3个阶段运行当中，①下部生物膜的活性都优于中部和上部，原因可能是填料处于反应器升流区，反应器升流区出水首先冲刷载体下部生物膜，使其更新较快，导致填料下部的生物膜保持了较高活性；②阶段Ⅲ生物膜的活性要弱于弱于阶段Ⅰ、阶段Ⅱ，因此更加确定温度对生物膜的吸附性能、沉降性能、微生物生长发育、种群组成及好氧池中的氧总转移效率有着重要的影响。

           2.6 A/O-IOSR污泥产量

剩余污泥少，无需人工排泥是 A/O-IOSR 的研制及其用于餐饮废水预处理的初衷。整个运行阶段污泥总产量为 714.31 gMLSS，污泥的平均产量为5.76 gMLSS/d，平 均 污 泥 产 率 为 0.0964（gMLSS/gCOD），通常普通生物膜工艺的污泥产率系数为0.185（gMLSS/gCOD）［17］。其主要原因可能是 A/OIOSR拥有自己独立的优势生物菌群，生物膜上除生长着真菌、丝状菌和菌胶团外，还有多种捕食细菌的原生动物和后生生物，形成稳定的食物链；O区溶解氧高，微生物内源呼吸进行得更加充分，合成物质被进一步氧化。

              3 结 论

               实验采用优势菌种挂膜法，历时10 d实 现了反应器的快速启动。反应器在阶段Ⅰ、阶段Ⅱ和阶段Ⅲ运行期间，A/O-IOSR 对动植物油脂、SS 和 COD 等主要超标污染物的平均去除率分别达到了 93.12%、91.16%和90.19%，出水水质优于纳管的排放标准且受温度影响较少。除此以外，A/O-IOSR还具有脱氮除磷功能，且受温度影响较大，阶段Ⅲ NH3-N、TN和TP的去除率均弱于阶段Ⅰ和阶段Ⅱ。

DO 和 HRT 是污水处理技术中的重要影响参数，当 HRT 为 8 h，DO 质量浓度为 4～5 mg/L 时，A/O-ICBR对餐饮废水中油脂、SS、COD、NH3-N、TN和TP 的 平 均 去 除 率 可 达 93.29%、91.44%、92.45%、88.11%、79.31%和72.83%。不同阶段反应器内填料生物膜具有较高的生物活性，其中生物膜的下部活性要高于中部和上部活性；段Ⅲ生物膜的活性要弱于弱于阶段Ⅰ、阶段Ⅱ；填料污泥产率系数为 0.096 4 （gMLSS/gCOD），低于普通生物膜工艺。

            A/O-IOSR结构上以隔油池为原型，A/O生物膜工艺为原理，对餐饮废水进行油水分离的同时进一步实现废水中悬浮物、有机物、总氮和总磷等污染物浓度的削减。在整体装置上力求做到简练、结构紧凑、提高处理效率、减小占地面积，并降低运行成本，突出适用于中小型餐饮企业或度假村餐饮废水的处理，具有可观的应用前景。

          原标题：一体式隔油-A/O反应器（A/O-IOSR）的研制及其处理餐饮废水的效果研究

          原作者：林方聪，王国贺，王趁义*，田 啸，管晨博，张 念（浙江万里学院 生物与环境学院，浙江 宁波 315100）