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餐飲廢水油水分離設備發展現狀及展望

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 摘  要:隨著餐飲服務業的發展,地下餐飲廢水的處理和排放難題越來越受到國內學者、專家、產業設計者的關注。而現階段用來解決此類問題的油水分離設備存在隔油效果差、自動化程度低、密封性差、工業化設計程度不高、運輸通道受限等缺陷。本文將總體介紹設備的發展現狀,總結設備運行中的問題,提出油水分離設備發展設計思路,以供探討。
 
        關鍵詞:餐飲廢水;油水分離設備;現狀;方向探討
 
 
1油水分離技術發展狀況
 
      針對廚房餐飲廢水的預處理,傳統的方式是建造隔油池,包括平流隔油池(API)、斜板隔油池(PPI)、波紋斜板隔油池(CPI)[1]等類型。隔油池用于職工食堂、營業餐廳的廚房等需要清除油污的室外排水管道上,為了便于經常清除隔油池內隔板上的油污設置了活動鋼蓋板。隔油池分磚砌池和鋼筋混凝土池兩類,磚砌池和鋼筋混凝土池均按無覆土和有覆土兩種情況,且均不考慮過車;磚砌池按無地下水設計。隔油池有四種型號,按設計秒流量選用[2]。
 
       隨著第三產業的發展,商業綜合體建筑應聲而起,在室外大肆設置隔油池已違背節約占地的宗旨,餐飲廢水產生量越大,所需建造的隔油池容積越大,室內外占地面積就越大。在此需求下,隔油器專用設備取代隔油池功能開始在全國餐飲服務業場所應用。
 
       隔油池是一種建筑結構,隔油效果不錯,但是占地面積偏大,而隔油器,就是將餐飲含油廢水中的雜質、油、水分離的一種專用設備。如果是處理含有污水量特別大的情況下,使用隔油池效果會更好,但是如果是污水量較小的情況下,隔油器的安裝則是更加便捷,更加方便的。
 
 
       隔油器適用于賓館、飯店、食堂等廚房和食品加工場油污及其他含油廢水的處理。包含地上式隔油器、地上式帶濾芯隔油器、地上式自動刮油隔油器、地上式自動刮油帶氣浮隔油器、懸掛式隔油器、懸掛式自動刮油帶濾芯隔油器、集中式隔油器等,其技術參數要求如下:
 
       ⑴廢水流量按設計秒流量計;
 
       ⑵流速≤0.005m/s;
 
       ⑶停留時間為2 ~10min;
 
       ⑷存油部分容積不小于隔油器有效容積的25%。
 
        日常使用時,必須按實際情況定時清理隔油器內的雜物及油脂。間隔時間應根據實際情況綜合確定或按以下規定執行:雜物~24h,油脂~24h,徹底清理~1周[3]。
 
        自從隔油池設備化,升級為隔油器之后,維護管理、周邊污染、室外占地等問題得到了有效的改進、改善與避免,獲得了較大的經濟效益與社會效益。隔油器在實際使用過程中也存在一些問題,如:餐飲廢水中垃圾在固液分離區內堆積阻塞及垃圾含水率高、油水分離區浮油易凝結及設備維修維護不便的問題等。為了更進一步提高隔油器的技術水平,更方便的運行管理和維護、維修,2014年住建部還特對原標準《餐飲廢水隔油器》CJ/T 295-2008進行了修訂。同時,國外的油水分離器也開始在國內高檔餐飲場所應用,此時的技術原理普遍采用重力密度差物理方法,將餐飲廢水中的油脂與廢水分離,避免油脂堵塞排污管道。
 
 
        隨著城市發展,商業綜合體建筑群拔地而起,而隨之配套的餐飲服務業占有重要的位置,面對其產生的餐飲廢水,國內設計師針對國情嘗試了許多有效的方法,同時也存在室外隔油池占地、地上安裝隔油器無空間、地下室設置隔油池和潛污泵提升弊病多等問題,解決地下餐飲廢水或將地上餐飲引入到地下室設備間排放的隔油提升一體化設備得到廣泛應用。2013年住建部還頒布實施了《隔油提升一體化設備》CJ/T 410-2012行業標準,填補了中國地下餐飲廢水處理專用設備行業的一個空白,對于地下空間應用和地下餐飲廢水的處理提供了必要的技術和設備保障,為日益快速發展的新城鎮化建設提供了積極的推動作用,同時將為行業健康、有序地發展產生積極的影響。此類設備運行兩年多時間,發現國內餐飲廢水的復雜性、廚房排水的不確定性、設備維護清理不及時、手動操作的局限性等問題存在,一種能自動將餐飲廢水中的大顆粒雜物、油脂、殘渣與廢水分離收集的設備開始設計并廣泛應用。各類全自動隔油提升設備廣泛推向市場,廢水中的雜物首先被自動攔截歸集至垃圾桶,浮油、浮渣被自動隔離歸集至集油桶,殘渣沉積定期排放,預處理后廢水中動植物油脂含量低于100 mg/L,通過水泵壓力提升排放至地上污水檢查井流入市政污水管網。有效地解決了餐飲廢水堵塞污水管道、管理維護復雜、雜物不清理堵塞導致設備溢水、油脂凝結難以排出、殘渣堆積堵塞內部水流管道等問題,目前此類設備成為市場的主流設計。
 
    與此同時,一些關于餐飲廢水油脂降解技術的工藝原理方法,如負離子、臭氧、活性離子、超聲波等得到了大量的試驗研究,進而為高活性離子技術在各種油污廢水處理中的廣泛應用提供科學依據。利用負離子通入水中產生的高活性物質,對餐廚油污廢水進行處理,研究結果表明,處理8 h后的餐廚油污廢水pH值達到6.0左右,CODcr的去除率達到了40%,氨氮、總氮、總磷的質量濃度分別為18.78、19.98、3.26mg/L,達到了GB 8978-1996《污水綜合排放標準》的三級排放標準的要求。負離子于水中所形成的高活性物質能夠使油污廢水中的大分子有機物得到有效降解[4]。
 
    本文在編寫前全面分析和研究了國內外油水分離設備的現狀,并與有關研究機構和專家學者進行了廣泛的技術交流,最終對現階段設備使用狀況與未來研究方向進行探討,有效解決地下餐飲廢水油水分離與提升排放的難題。
 
 
 
2 油水分離設備使用中存在的問題
 
     油水分離設備若使用不當或存有故障,極易影響周邊環境,引發排水故障,國內調查發現普遍存在以下問題:
 
     ⑴ 由于油脂與洗滌液化合并與廢水中的雜物粘結,漂浮油的的狀態一般為較為粘稠的泡沫狀,停留一定時間后會皂化變質,導致排油、清理都較為困難。
 
     ⑵ 含油污水中的其它形態油脂,與其中的雜物粘結后,形成油塊沉積到箱體底部,導致內部結構通流部分堵塞、冒水。(此現象會被誤認為是前端雜物濾網及后端排水管堵塞)。
 
 
     ⑶ 餐飲廢水中有機物及油脂含量較高,由于排水時間集中而非工作時間箱體內污水停留時間較長,極容易變質,滋生細菌并產生惡臭。
 
     ⑷ 由于使用地點分散、每天產生的油脂量相對較少、統一收集的成本及難度較大,分離出的油脂容易成為“地溝油”。
 
     ⑸ 如不經過另外的污水處理設備,無法達到排水標準。
 
     ⑹ 脂肪酸異味重,污染環境,影響居民健康,影響商業氛圍。
 
     ⑺ 手動清理不及時,設備管理維護差,很難保證設備在設計要求的條件下正常運行,導致溢水、堵塞等狀況出現。
 
     ⑻ 排泥功能不夠強,易造成污泥沉積難以排除。
 
     ⑼ 密度差物理分離的原理,只能對上部浮油有效果,對于廢水中的乳化油和溶解油很難去除,提升箱側壁、浮球會粘附油脂,影響出水水質,提高故障率,影響浮球與水泵的運行,安全隱患大。
 
     ⑽ 設備運轉過程中,自動化部件間工藝聯動設計上與提升泵關聯不合理,提升泵自動啟停受液位浮球關聯較大,若浮球故障,則會出現設備無法正常運轉。
 
     ⑾ 餐飲廢水的油水分離技術雖然種類較多,但各種技術都有其局限性。目前物理和化學分離技術比較成熟且應用廣泛;物理化學和生物化學分離技術雖然面臨較多的技術難點,但仍具有很大的發展前景。在實際應用中,應根據餐飲廢水中油分子的存在形式改進分離技術,在物理和化學分離技術的基礎上采用多級處理工藝,以達到滿意的油水分離效果[5]。
 
 
 
3 油水分離設備未來研究方向探討
 
    餐飲廢水雜物對系統運轉的影響,細渣、飯粒等小顆粒雜物的處置,細渣污泥長期沉積對餐飲油水分離效果的影響,自動化部件工藝聯控,以及整體裝配的貼合程度等問題,必然導致部分功能運轉過程中出現一些問題,現就國內油水分離設備未來研究考慮的因素做如下探討:
 
3.1雜物分離與去除系統
 
     油污廢水中除含有以浮油、乳化油、以及溶解性油等形式存在的油脂類物質外,還含有大量的懸浮物質,易堵塞排水管網[6]。餐飲廢水排水性質導致排水量不確定,水質成分復雜,油脂、雜物含量多,前端設置的格柵會因這些因素影響而導致雜物分離效果不佳,安全隱患大等問題;設備運行過程中,雜物自動分離歸集模塊如果底部網孔被堵塞,那么會出現部分廢水隨絞龍部件進入垃圾桶,導致垃圾桶滿溢的問題;設計中為降低堵塞故障率,增設毛刷類特殊材料,與絞龍連接運轉,清掃格柵四周網孔,若內部絞龍與格柵筒體網孔間隙設計不合理,則會出現間隙過大,雜物漏出且清掃不到網孔極易造成堵塞;間隙過小,運轉噪音大,損壞毛刷等問題。因此,雜物分離與去除系統須考慮以下內容:
 
    1. 雜物顆粒大小與截留孔徑的貼合設計;
 
 
    2. 雜物堵塞截留孔的解決思路;
 
    3. 雜物類別對系統運轉的影響;
 
    4. 間隙補償關鍵技術的建立;
 
    5. 穩定運轉與進水聯控關系的建立。
 
3.2 油水分離與去除系統
 
     油水分離與去除系統做為油水分離設備的核心功能區域,其設計考慮的內容對油水分離的效果影響較大,總結起來主要有:
 
    1. 油水自動分離工藝原理的建立;
 
    2. 影響餐飲廢水與動植物油脂分離效果的因素;
 
    3. 水力停留時間設定與流體形態控制;
 
    4. 排油方式的選擇原則,油脂收集轉運系統構建;
 
    5. 油脂在廢水中的各形態分析,廢水中乳化油去除原理方法的建立;
 
    6. 油脂降解技術(如臭氧、負離子、活性離子等)的試驗性研究;
 
    7. 穩定運轉與進水聯控關系的建立。
 
3.3污泥排出與處置系統
 
    油水分離設備運轉一段時間,箱底部會沉積大量細渣,如:飯粒、碎骨頭、魚刺及腐化物質等,不排出則會減少箱體有效容積,影響水力停留時間,嚴重的會造成出水流通管道堵塞。采用人工定期排放,涉及人為因素,實際達不到及時清理的效果,所以應采用自動化排出。因油水分離設備多數安裝在地下負層,采用人工定期排出收集,含水率大,不脫水搬運勞動強度大、運輸成本高,本文依據油水分離設備運行的現狀,提出以下研究思路,以最終實現細渣污泥減量化、再利用、資源化的設計運行要求。
 
    1. 細渣、飯粒等小顆粒雜物形態分析與處置設計;
 
    2. 評價污泥長期沉積對餐飲油水分離效果的影響;
 
    3. 污泥的存在形式與水體流態混合后的分析判斷;
 
    4. 排泥方式的選擇原則,污泥排出點的選擇,收集與轉運系統構建;
 
    5. 污泥減量化處置技術的試驗性研究;
 
    6. 穩定運轉與進水聯控關系的建立。
 
3.4智慧型控制系統
 
    隨著以人工操作為主的油水分離設備逐漸淡出市場,以全自動運行、人工維護管理為輔的自動化設備被廣泛應用,其元器件控制方式也將升級為智能化控制,包含各種保護、故障提醒、人性化識別操作、可監可視等,融入互聯網、物聯網,未來智能化控制方式也將升級為智慧型控制,本文提出以下內容供探討:
 
    1. 自動化部件工藝聯控;
 
    2. 運轉可監控、操作可遠程、維護可觀測;
 
    3. 探測油層界面、介質分層、水流、液位傳感元件等與整機控制系統的結合;
 
    4. 人機對話識別與操作,智慧型控制概念的提出與實現;
 
    5. 互聯網+工業設備進行深度融合,創造新的發展生態;
 
    6. 互聯網+智慧:云計算、大數據、人工智能,融入“中國制造2025”。
 
    以上分析探討的部分內容在現階段全自動油水分離設備上已有考慮和設計,充分體現了本文在設計前期對各類問題的搜集、分析、攻關解決等成熟程度,力求油水分離設備能在實際應用中更加安全、可靠、先進。
 
 
 
4 結論
 
    現階段國內針對餐飲廢水預處理排放問題,基本實現設備化,由先前的取代隔油池功能,不斷發展成為具有人性化、自動化、智能化的油水分離設備,設備本身也在升級換代。油水分離設備使用場合存在特殊性、復雜性、不確定性等因素影響,其設計與應用需要大量實例驗證,此類設備做為建筑給排水領域的關鍵處理設備,必須符合技術先進、安全可靠、經濟適用、功能宜人、節能環保等中國建筑給水排水設備技術創新要點。
 
 
 
 
參考文獻
 
[1] Chen A S,Flynm J T,Cook R G,etal.  Removal of Oil,Grease and Suspended Solids from Produced Water with       Ceramic Crossflow Microfiltration[J].SPE Production Eng,1991(6):131-136.
 
[2] 04S519小型排水構筑物[S]. 
 
[3] 04S301建筑排水設備附件選用安裝[S].
 
[4] 陳晶晶,徐偉,賀文智,等. 負離子技術處理餐廚油污廢水試驗研究[J]. 工業用水與廢水第43卷第5期,2012.
 
[5] 曹書翰,陳立功,劉先杰,向碩. 餐廚垃圾油水分離技術與方法研究[J]. 環境衛生工程第20卷第2期,2012.
 
[6] 聶旭,廖雷,江成. 類Fenton試劑法(Fe-H2O2)處理餐飲油脂廢水[J].桂林理工大學學報 2010,30(4):608-611.
 
 
 
作者簡介
 
 
     王玉峰,男,工學學士,清華MBA,國家注冊一級建造師(市政),先后在《建筑給水排水》、《城市建設理論研究》、《商品與質量》發表專業論文4篇;參與編寫兩項國家城鎮建設行業標準,被聘請為全國建筑油水分離技術研發中心委員,榮獲縣科學技術進步獎一等獎、市科學技術獎二等獎、省環保產業先進工作者。
 
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     安徽省合肥市經濟技術開發區天都路1號天健工業園(230601)
 
    
 
     
 
作者簡介
 
       耿博,男,清華MBA,先后在《建筑給水排水》發表專業論文2篇;被聘請為全國建筑油水分離技術研發中心委員。
 
       安徽天健環保股份有限公司
 
       安徽省合肥市經濟技術開發區天都路1號天健工業園(230601)
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