農產品加工廢水處理工藝技術發展現狀及展望

摘 要： 農產品加工過程產生的廢水因含有高濃度有機物和營養物質會導致水體富營養化，促進藻類過度繁殖，進而破壞水生態平衡。廢水中的化學物質可能對水生生物造成毒性影響，導致生物多樣性減少。廢水中可能還含有病原體和寄生蟲等微生物，對環境與食品安全及人類健康構成重大威脅。傳統廢水處理方法存在處理成本高、效率低和適用范圍小等問題，優化處理工藝、應用先進技術，在提高處理效率效果和擴大適用范圍方面取得顯著進展。物聯網和大數據技術的應用，有望大幅提高水處理設備的智能化水平，以及數據收集、整理、分析效率。未來，廢水處理技術裝備將聚焦提升處理效率、降低能耗、擴大應用范圍、強化資源回收利用，以及推動廢水處理裝備智能化管理等方面。

關鍵詞：農產品加工；廢水處理；生物處理；膜生物反應器；膜污染；氧化技術

中圖分類號：S273 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）05-0063-05

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.05.011

0 引言

2023 年9 月，在河南省駐馬店市召開的“第25 屆中國農產品加工業投資貿易洽談會”發布的數據表明，我國已建設180 個特色產業集群、300 個現代農業產業園、1 509 個產業強鎮，并認定1 952 家國家重點龍頭企業。截至2022 年底，規模以上農產品加工企業有9萬家，營業收入超過19 萬億元，成為鄉村產業發展的關鍵力量[1]。

隨著農產品加工行業的迅速擴展，農產品加工產生的廢水量也隨之增大，廢水中可能含有大量的有機物質（糖分、蛋白質和脂肪）、無機鹽（硝酸鹽和磷酸鹽）、懸浮固體（原料殘留和加工副產品）、重金屬和病原體等，直接排出會嚴重破壞水質，導致溶解氧水平下降、水中生物中毒甚至死亡，并可能引起水華等生態問題[2]。此外，廢水中的有害化學物質和病原體還可能通過食物鏈累積，對人類健康構成潛在風險[3]。土壤通過灌溉等途徑接觸這些廢水時，也會遭受污染，影響農作物生長和土壤生態平衡。因此，農產品加工行業急需采用有效的廢水處理技術裝備，去除廢水中的污染物，減少對環境的影響。

1 農產品加工廢水污染物來源及處理工藝

1.1 廢水污染物來源

農產品加工廢水中污染物來源及類型如表1 所示[4-7]。

1.2 廢水處理工藝

農產品加工行業的廢水處理通常包括預處理、生物處理和深度處理3 個階段，去除廢水中的有機物、無機物、懸浮物和病原體等污染物，確保廢水排放符合相關環保標準[8-10]。

（1）預處理。預處理目的是去除廢水中的懸浮物質和大顆粒物質，防止后續處理過程中設備堵塞或損壞，常見的預處理工藝有篩分、沉淀和調節池。篩分：去除廢水中的大顆粒固體物質。沉淀：通過靜置讓質量大的懸浮物沉到底部，減少后續處理負擔。調節池：均化廢水的流量和污染物濃度，使之更適合生物處理。

（2）生物處理。生物處理是主要的處理階段，采用生物方法去除廢水中的有機污染物，通過微生物的代謝作用將有機物轉化為水、二氧化碳等無害物質，常用的生物處理工藝有3 種。活性污泥法：利用懸浮生長的微生物去除廢水中的有機物，是最常見的生物處理工藝之一。生物膜法（如生物濾池、生物轉盤）：微生物附著在固定或移動的載體上，以去除有機物。厭氧消化法：主要用于高濃度有機廢水的處理，通過厭氧微生物分解有機物，可能產生沼氣作為副產品。

（3）深度處理。深度處理是在主要處理之后，進一步去除廢水中的營養鹽（如氮、磷）、有機物和細菌等，以滿足更高標準的排放要求或循環利用需要，常見的深度處理工藝有3 種。過濾：通過砂濾、活性炭過濾等物理方法去除懸浮物和部分溶解性污染物。膜技術（如反滲透、超濾）：高效去除廢水中的微粒、細菌、病毒和溶解性物質。消毒：通過氯化、紫外線照射等方法殺滅廢水中的病原體，確保廢水安全排放或循環利用。

2 技術工藝組合

農產品加工行業的廢水處理技術選擇和組合可以根據廢水特性、處理目標和經濟因素等進行綜合考慮，以達到高效處理和資源化利用的目的。常見技術工藝組合如表2 所示。

3 新興技術

當前，我國對環境保護工作日益重視，作為政策導向型產業，隨著各項政策的出臺，環保產業得到了迅速發展，同時農產品加工行業廢水處理領域也涌現出多項新技術，旨在解決膜污染、高處理成本、難降解有機物處理困難、氮磷去除不徹底及處理系統復雜度高等行業痛點。主要新興技術有以下9 種。

（1）預處理。采用預處理技術減輕膜污染，預處理技術是提升膜處理技術效能、緩解膜污染的有效方法，膜前預處理可以有效去除水體中的污染物，降低膜污染形成速率，使出水水質更好，過膜壓力上升更慢[25]。

（2）高級氧化技術。高級氧化技術是近年來發展起來的一項新技術，主要用于處理難降解有機物。許多從事廢水處理的單位都采用了高級氧化法，并對此進行了大量研究，獲得了較好的應用效果，實踐證明，高級氧化是行之有效的廢水治理技術。高級氧化技術的特點是環境適應性強、無二次污染、自然降解有機物能力優異、操作簡便和維護成本低等[26]。主要方法有光催化氧化、臭氧化和Fenton 反應等。

（3）生物膜系統。膜曝氣生物膜反應器是一項近年迅速發展的水處理技術，具有能耗低、脫氮效率高和污泥產量低的優勢[27]。采用移動床生物反應器和生物濾池的新型設計和材料，提高了生物處理的效率和系統的穩定性。

（4）膜技術。納濾膜技術是一種位于超濾和反滲透之間的壓力驅動膜技術，膜孔徑0.5～2.0 nm，能有效截留200～1 000 Da 范圍內的溶質[28]。納濾技術能有效去除微量有機物、消毒副產物、重金屬、藻類和細菌等，同時保留對人體有益的礦物質，確保水質生物安全[29]。

（5）節能技術。優化傳統曝氣結構，如新型脈沖曝氣節能控制技術在MBR 系統的應用中表現出優異的性能，在與傳統穿孔曝氣的對比中，脈沖曝氣在保證提供足夠溶解氧及對膜沖刷強度的條件下，曝氣量節省明顯，使MBR 系統顯著節能。

（6）電化學技術。利用電解過程去除廢水中的污染物，如電絮凝、電Fenton 反應和電吸附，這些技術在處理某些特定類型的廢水中顯示了高效性。

（7）構建濕地系統。利用人工濕地或構建濕地系統進行廢水生物凈化，通過模擬自然濕地環境中的物理、化學和生物過程，實現對有機物、氮、磷的去除，同時提供生物多樣性環境[30]。

（8）厭氧消化技術和沼氣回收。通過改進反應器設計和操作條件，增強厭氧消化過程中的生物甲烷產量，實現高效能源回收[31-32]。

（9）智能化和自動化技術。通過物聯網和人工智能技術實現廢水處理過程的智能監控和自動化管理，提高運營效率和處理效果的穩定性。智能化控制系統降低了操作和維護的難度。

以上介紹了農產品加工行業廢水處理領域的技術創新趨勢，這些新技術不僅能有效提高污水處理效率和出水水質，還有助于降低運營成本，實現廢水處理過程的可持續性，同時確保系統的穩定運行，進一步推動農產品加工行業向環境友好、可持續發展轉型。

4 結束語

農產品加工廢水處理產業發展迅速，處理工藝多樣化，包括物理處理、生物處理和化學處理等，這些方法在一定程度上有效去除了廢水中的有機物和營養鹽，但仍然面臨成本高、處理效率低及對難降解物質處理不足等挑戰。在技術創新方面，生物處理技術優化、高級氧化和膜技術應用，顯著提高了處理效率，并在處理難降解物質上取得了進展。未來發展應重點關注提高處理效率、降低能耗、強化資源回收，并結合智能化管理。如發展、改進曝氣裝置，以提高曝氣效率降低能源消耗，并促進能源正循環；將廢水中的營養成分回收用作肥料，經過深度處理的水用于灌溉和工業用途；引入物聯網和大數據優化廢水處理流程，智能化管理提升處理效率，確保系統穩定運行等。另外，依托國家政策支持，大力發展水處理技術裝備，實現廢水中污染物的高效去除、能源節約和資源回收再利用，實現行業可持續發展。