《Journal of Water Process Engineering》：Application of integrated coagulation-flocculation and biofilter for the treatment of food-processing industrial wastewater: Performances, microbial community, and cost analysis
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印尼雅加达食品加工废水采用混凝沉淀与厌氧-好氧蜂窝生物滤池联合工艺处理，COD去除率达84.0-95.8%，TSS去除74.9-92.1%，氨氮去除5.7-17.1%。微生物分析显示Elstera和Thauera菌群贡献88.59%氨氮去除，系统运行成本0.936美元/立方米。
Setiyono|Heru Susanto|Sudarno|Muhammad Abdul Kholiq|Arifudin|Fajar Eko Priyanto|Ahmad Shoiful|Sandia Primeia|Hana Salsabila|Nur Muhamad Fuad|Yosep Widi Nugraha|Veny Luvita|Ardie Septian|Rudi Nugroho|Ikbal|Nusa Idaman Said
印度尼西亚三宝垄市迪波内戈罗大学研究生院环境科学博士项目，邮编50275
摘要
尽管组合混凝-絮凝和活性污泥法已广泛用于食品加工工业废水的处理，但厌氧-好氧蜂窝生物过滤系统的生物处理性能尚未得到充分研究。本研究探讨了组合混凝-絮凝与厌氧-好氧蜂窝生物过滤系统在降低大规模食品加工工业废水中的化学需氧量（COD）、总悬浮固体（TSS）和氨氮（NH?–N）方面的效果。混凝-絮凝过程中的最高COD、TSS和NH?–N去除率分别为10,520 g/m3·d（72.99%）、3,080 g/m3·d（83.92%）和17 g/m3·d（14.1%）。在生物处理过程中，厌氧生物过滤器的最大去除率分别为COD 144 g/m3·d（72.92%）、TSS 110 g/m3·d（43.26%）和NH?–N 3 g/m3·d（10.09%）；好氧生物过滤器的去除率分别为COD 440 g/m3·d（86.94%）、TSS 80 g/m3·d（70.25%）和NH?–N 18 g/m3·d（79.65%）。同时分析了微生物群落以及生物膜的形态和功能组。NH?–N的去除主要归功于Elstera属（Elsteraceae科）和Thauera属（Rhodocyclaceae科）微生物，它们形成的生物膜有效去除了氮物质。该废水处理厂设计简单，便于操作和维护，同时具有较高的有机物去除效率，处理每立方米废水的运营成本仅为0.936美元。
引言
在印度尼西亚，食品加工业具有巨大潜力并持续发展。根据印度尼西亚肉类加工商协会（NAMPA）的数据，该行业年均增长率约为7%，主要受国内消费增长的推动[1][2]。收入水平的提高和消费者生活方式的变化进一步推动了这一行业的发展。与其他工业领域相比，食品加工业需要大量的清洁用水。Meneses等人报告称，约30%的工业用水用于食品生产[3]。世界银行也指出，欧洲的肉类加工厂和屠宰场每生产一吨肉类产品会消耗2.5至40立方米的清洁水[4]。
食品加工工业废水的来源主要包括清洗、煮沸、蒸煮、油炸和清洁等过程[5]。这类废水含有高浓度的有机物，如碳水化合物、脂肪、油脂、蛋白质和天然色素，因此其生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）非常高[6]。肉类加工废水的典型参数为：TSS 1164 mg/L、BOD 1209 mg/L、COD 4221 mg/L、总有机碳（TOC）546 mg/L、总氮（TN）427 mg/L、pH值6.95、总磷（TP）50 mg/L、色度290 Pt和浊度275 NTU[7]。相比之下，餐饮业的废水参数为：BOD 1450 mg/L、COD 3678 mg/L、TSS 105 mg/L、总氮56.5 mg/L、总磷7.98 mg/L以及油和油脂667 mg/L[8]。为了实现环境可持续排放，必须配备适当的处理系统。
许多研究报道了多种用于处理食品加工工业废水的技术，无论是单独使用还是组合使用。生物处理方法因其高有机物去除率、低能耗和相对较低的成本而备受关注[9]。然而，由于废水中的有机物浓度高以及生产过程中使用了洗涤剂、消毒剂和杀菌剂，生物处理技术的效率较低。因此，在生物处理前进行预处理以去除大量颗粒有机物是必要的。
已有研究报道了结合混凝-絮凝和厌氧-好氧工艺用于处理烘焙业废水[10]。在各种混凝剂中，氢氧化铝是最有效的絮凝剂，优于氯化铁、硫酸铝和聚合硫酸铝（PAS）。最近的一项研究显示，通过混凝-絮凝-浮选和活性污泥-溶解空气浮选的组合工艺可以有效处理屠宰场废水[11]。本研究中使用氯化铁作为絮凝剂，活性污泥作为辅助处理手段。
作为活性污泥的替代方案，蜂窝生物过滤器可用于处理食品工业废水。与传统活性污泥相比，蜂窝生物过滤器具有空间占用小、产生的污泥少以及耐冲击负荷等优点[12][13]。蜂窝生物过滤器可在好氧或厌氧条件下运行[13][14]。好氧生物过滤能够以较低能耗高效去除碳和氮污染物，并实现高效的硝化/反硝化和磷去除[15][16]。厌氧处理在降解可生物降解化合物和大幅降低有机负荷方面起着重要作用，尤其是在污染物浓度较高的工业和农业废水中。Lydia M. N.等人（2024年）[17]的研究表明，豆腐废水可通过厌氧挡板反应器（ABR）中的生物过滤器处理，COD浓度可从12,400 mg/L降至100 mg/L。
多项研究关注了厌氧和好氧工艺的组合应用，用于处理工业和农业废水[18]。使用装有粘土介质的厌氧-好氧生物过滤系统也能有效处理含有高碳和氮的合成废水，去除效率可达COD 90%、BOD 98%[13]。此外，蜂窝生物过滤器还被证明适用于生活废水处理和改善河流水质[14][19]。据我们所知，目前尚未有研究报道蜂窝生物过滤器在食品加工工业废水处理中的应用。
研究基于蜂窝介质的化学和生物处理方法对食品工业废水中有机污染物的去除效果至关重要。本研究评估了组合混凝-絮凝工艺和厌氧-好氧蜂窝生物过滤反应器在处理印度尼西亚雅加达食品加工工业废水方面的性能。同时分析了微生物群落和生物膜的形成情况，这是印度尼西亚较少采用的方法。此外，还评估了该组合工艺在大型食品加工工业废水处理系统中的效果和效率，并讨论了蜂窝生物过滤器在食品工业废水处理中的成本前景。
食品加工工业废水的特点
本研究在雅加达的一家食品加工企业进行，该公司生产半加工肉类和禽类产品，产品销往印度尼西亚各地。该企业的废水处理能力为每天100立方米。生产过程中产生的废水首先经过油污拦截器去除油脂和固体，然后直接流入均衡池进行均质处理。废水处理前的检测参数包括pH值、油和油脂含量、NH?–N以及总悬浮固体（TSS）等。
废水特性及处理厂性能
废水中污染物浓度波动较大，表明其成分并不稳定，会随生产过程中使用的原材料种类和数量而变化（见表1）。
这种波动性给处理系统带来了挑战，因为其他研究也指出海鲜加工厂的废水污染物浓度存在显著日变化。
结论
采用混凝-絮凝与厌氧-好氧蜂窝生物过滤器组合工艺的废水处理厂能有效降低食品加工工业废水中的COD（84.0–95.8%）、TSS（74.9–92.1%）和NH?–N（5.7–17.1%）。厌氧生物过滤器反应器中的主要微生物属于Eubacteriaceae科（25.66%）和Spirochaetaceae科（23.95%）。好氧生物过滤器反应器中的微生物主要为...
作者贡献声明
Setiyono：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、项目管理、方法论设计、研究实施、资金筹措、数据整理、概念构建。Heru Susanto：指导监督。Sudarno：指导监督。Muhammad Abdul Kholiq：指导监督。Arifudin：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、软件开发、方法论设计、研究实施、数据分析、数据整理。Fajar Eko Priyanto：撰写、审稿与编辑。利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了生物与环境研究组织（ORHL）国家研究与创新机构（BRIN）项目4主题1-29（编号1/III.5/HK/2024）的支持。同时感谢生命科学研究组织、环境与清洁技术研究中心以及迪波内戈罗大学环境研究研究生院的帮助。此外，还感谢实验室提供的设施、科学和技术支持。
