水务一线｜伦敦下水道那座130吨“脂肪山”，给全球排水行业留下了什么遗产？

原文刊发于《国际环境科学与技术》 2026年·第23卷·第161页

作者：N. Ahmed¹ · A. Straub¹ · M. Ali² （通讯作者：Ahmednav@b-tu.de）

译者注

图注：伦敦博物馆内白教堂脂肪山的一块存留样本

链接：https://www.londonmuseum.org.uk/collections/london-stories/whitechapel-fatberg/

2017年，伦敦下水道清出一座重达130吨的"脂肪山"（Fatberg），清掏耗时数周、耗资数百万英镑，震惊全球。这一极端案例并非孤例——全球30%~40%的管网堵塞由油脂（FOG）沉积引发，年治理成本以百亿计。然而，业界长期将沉积归因于"油脂冷却凝固"这一似是而非的判断，成熟治理手段迟迟未能落地。本文作者来自德国勃兰登堡工业大学与意大利都灵大学，他们以翔实证据推翻传统认知：沉积的真正主因是游离脂肪酸与钙离子的皂化反应；隔油池内微生物产酸反成下游沉积"帮凶"；生物强化去除率虽达97%~99%，工程验证仍严重不足。正因危害深重而对策未熟，这篇综述对排水行业厘清机理、补齐管控短板的价值尤为突出。

图文摘要｜ 综述围绕"去除技术｜引言｜FOG形成机理与管控"三大主线展开

【核心导读】油脂（FOG，Fats, Oils & Grease）是水环境管理领域的重大难题。据估算，全球约30%~40%的管道堵塞由管网内FOG沉积物造成，大幅提升市政管网运维年成本。美国每年FOG管网治理成本约250亿美元，英国为1500万~5000万英镑（原文：the projected yearly control costs for theUnited States and the United Kingdom were $25 hillion and $15-50 million）。本文系统梳理了FOG的组分与理化特征、剖析了各类污染源及其对管网系统与污水处理厂的多重危害，评价了FOG沉积生成机理及各类管控技术，分物理、化学、生物三大类详细阐述了主流FOG去除工艺。

一、FOG：被忽视的全球性水环境难题

餐饮服务企业（FSEs）是多层住宅市政管网中FOG的首要排放源（He 等人，2017；Sultana 等人，2025）。若FOG不经管控，会在管道内累积，或与废水中其他组分结合生成不溶性固体沉积物，堵塞管道并引发污水溢流（SSOs）（Arumugam 等人，2025）。溢流未经处理的污水不仅污染自然水体，还会将致病菌、有毒有害物质暴露给人群（Moore 等人，2004）。

几个触目惊心的数据足以说明问题的全球性：美国40%~50%因管道堵塞引发的污水溢流，根源均为FOG沉积（Ducoste 等人，2009）；英国每年约发生25,000起管网内涝事故，其中超50%由FOG堵塞导致（Williams 等人，2012）。澳大利亚21%的管网堵塞由FOG造成（Marlow 等人，2010）；马来西亚70%的污水溢流归因于FOG（Husain 等人，2014）。

"美国每年FOG管网治理成本约250亿美元，英国为1500万~5000万英镑，主要支出为人工清掏与高压水射流冲洗FOG沉积物（He 等人，2017）。"

当前全球针对管网FOG污染的研究主要聚焦三大方向：

1. FOG沉积物生成机理与动力学规律；
2. FOG沉积所需化学组分的来源；
3. 削减FOG污染的去除技术。

依托近年研究成果，学界推翻了部分传统认知。过去普遍认为，排入管道的饱和脂肪冷却凝固是FOG沉积唯一成因；但现有研究证实，FOG沉积物中含有大量长链游离脂肪酸（LCFFAs）以及钙等金属矿物（Keener 等人，2008；He 等人，2011；Williams 等人，2012）。He 等人对比实地管网沉积物与实验室钙脂肪酸盐，二者组分高度吻合，证实大部分FOG沉积物是皂化反应生成的二价钙脂肪酸盐；美国三座城市管网沉积物中也检出微量甘油三酯（He 等人，2017）。因此，管网FOG管控不能仅关注总浓度，还需兼顾长链游离脂肪酸迁移、混凝土管道腐蚀释钙等多重因素。

隔油池（GIs）是商用厨房截留FOG、保护管网的核心设施。但池内微生物代谢会大量生成C14~C22长链脂肪酸，随出水进入管网，成为沉积前驱体，因此隔油池设计、运行、运维（O&M）必须纳入微生物产酸影响。同时隔油废弃物资源化潜力突出：可厌氧发酵产沼气，也可提取粗油脂制备生物柴油，资源化收益可倒逼企业规范运维，从源头降低管网FOG负荷。

本文系统阐述FOG组分、理化特性、污染源、沉积机理、公众宣教方案与全流程管控手段，重点分析FOG带来的各类环境问题，并梳理全部去除工艺。

二、FOG由什么组成？

FOG组分随排放源、加工工艺存在明显差异，主体为磷脂、游离脂肪酸（FFAs）、甘油三酯等脂类，同时含蛋白质、碳水化合物与多种微量元素。脂肪酸多为非水溶性甘油酯，统称油脂（甘油酯）（Mohana 等人，2023）。

图 1｜ FOG的一般组分（General Components in FOG deposition）
脂肪酸（FA，Cis/Trans）+ 甘油酯（单/二/三甘油酯）+ FA皂

2.1 游离脂肪酸（FFAs）

游离脂肪酸由长碳氢链与羧基（-COOH）组成（图1）。自然界上千种脂肪酸中仅20余种存在于食品，碳链长度8~22碳，含单/多根双键。羧基具备水解、氧化、酯化反应活性，是FOG核心活性组分（He 等人，2017；Mohana 等人，2023）。餐饮废水游离脂肪酸最高占比15%，显著改变水体pH。FOG黏度、熔点、反应活性完全由脂肪酸碳链长度与不饱和度决定。

2.2 甘油酯

甘油酯由甘油与脂肪酸酯化生成，是动植物油脂主体。餐饮废水中甘油三酯占FOG绝大部分；甘油分子含3个羟基，按酯化数量分为单、二、三甘油酯。甘油三酯密度小于水，常温可固/液态。天然油脂均为多种甘油三酯混合物，混合配比直接决定油脂整体理化性质。管网FOG沉积物孔隙率极低，脂质、含水率、力学强度波动范围极大（Keener 等人，2008）。

2.3 脂肪酸金属沉淀物（金属皂）

金属皂是FOG关键组分，由金属离子与脂肪酸结合生成，金属离子以Ca²⁺为主，来源为管道混凝土腐蚀、生活硬水（Montefrio 等人，2010；He 等人，2011）。脂肪酸碳链越长，水溶性越高，但疏水性同步增强；碳链越长的脂肪酸盐毒性越强。钠、钾离子同样可形成皂体，钠离子多来自食盐、高钠洗涤剂，生成坚硬白色皂层附着管壁。不同钙源（氯化钙、氢氧化钙、硫酸钙）生成的皂体颜色、质地差异显著。

2.4 酯类蜡质

蜡由中长链醇、烃、醛、脂肪酸、酯混合构成，分为植物蜡（巴西棕榈蜡、荷荷巴蜡）、动物蜡（蜂蜡、羊毛脂）。

2.5 磷脂

磷脂为两亲性物质，精炼植物油中大部分磷脂被去除，但仍有微量残留，最终进入FOG混合体系。

2.6 甾醇与甾醇酯

胆固醇等甾醇理化性质接近油脂；原油含0.1%~2.2%植物甾醇，40%~80%以游离态存在，剩余与长链脂肪酸酯化形成甾醇酯。

三、FOG的基础理化特征

FOG是复合混合物而非单一化学品，主体碳氢化合物化学性质稳定，但整体油水体系易受环境参数影响。纯油脂不溶于水，与皂、单甘油酯、胶质混合后可形成稳定乳液，按油滴粒径分为四类：

类型

粒径范围

特征

浮油

≥150 μm

最易分离去除

分散油

20~150 μm

中等难度

乳化油

<20 μm

较难处理

溶解油

<5 μm

极难分离

（来源：Mohana 等人，2023）

饱和、不饱和长链游离脂肪酸均可形成沉积，不饱和脂肪酸生成的沉积层更厚。废水中钙离子来自天然水体与微生物腐蚀混凝土，水硬度越高，水体钙离子越多；油脂过量生成膏状沉积物，钙离子过量形成颗粒半固体。钠、钾离子参与皂化反应，改变沉积物硬度与外观。各类金属离子共同稳定FOG乳液，提升管壁黏附能力。

四、FOG从哪里来？ 4.1 FOG整体污染源

• ️ 餐饮门店（FSEs）—— 核心排放源：

  亚洲餐、快餐、海鲜店产油量最高；乳制品、冰淇淋厂同样排放高浓度脂肪废水。

• 居民住宅：

  高层住宅（7层以上）产污量接近餐馆，单户产污速率暂无量化数据；北欧调研显示高层管网油脂问题仅次于市中心餐饮区。

• 工业源：

  屠宰、水产加工行业为主，普通工业FOG堆积问题较轻。

• ① 油脂水解：

  煎炸、烘烤时油脂遇水快速水解；隔油池碱性环境、管道长期水力接触、混凝土腐蚀释碱均加速水解。

• ② 微生物降解：

  管网、隔油池细菌分泌脂肪酶分解甘油三酯，大量生成C14~C22长链脂肪酸；商用洗涤剂脂肪酶会加剧水解。

• ③ 转化过程：

  管道微生物可将油酸等不饱和脂肪酸转化为棕榈酸（饱和脂肪酸），棕榈酸是沉积物优势组分。

• ④ 其他次要来源：

  洗护皂类、人体粪便（硬脂酸、棕榈酸占排泄物4%~7%），相关贡献暂无系统验证。

• ①

  生活硬水本底钙；

• ②

  微生物诱导混凝土腐蚀：产硫酸腐蚀管壁，大量溶出钙离子，pH越低溶出量越高；

• ③

  人体尿液、高钙餐厨食材（牛奶、豆腐、绿叶菜），该路径对沉积的影响暂无完整研究佐证。

地面、厨具冲洗泥沙、管道锈蚀砂砾、可冲湿巾/卫生纸；疏水FOG会持续吸附碎屑形成复合沉积，加剧管道堵塞。

五、管网FOG沉积物是什么样的？

图 2｜ 市政污水管内的FOG沉积（FOG deposits in a sewer pipe）
沉积层牢牢附着管壁，过水断面大幅缩窄（He 等人，2017）

FOG沉积物黏性极强，牢固附着管壁，质地类似砂岩，颜色浅棕至白色，内部为油脂层与碎屑层交替的不规则层理；孔隙率极低，棕榈酸为优势脂肪酸，检出大量油酸、亚油酸，含高浓度钙离子、铁、硫元素——证明混凝土腐蚀是钙的主要来源。

沉积物以游离脂肪酸、钙皂为主体，甘油三酯少量存在，单、二甘油酯水解中间产物未检出；现有样本表征尚不全面，仍存在未识别组分，需进一步研究。

六、FOG如何堵塞管道？——沉积生成机理

⚠️ 过去普遍认为"饱和脂肪冷却凝固"是FOG沉积唯一成因
但现有研究已推翻这一传统认知！

过去认为排入管道的饱和脂肪冷却凝固是FOG沉积的唯一成因。但现有研究证实：FOG沉积物中含有大量长链游离脂肪酸（LCFFAs）以及钙等金属矿物，大部分FOG沉积物实际上是皂化反应生成的二价钙脂肪酸盐！FTIR光谱证实实验室钙皂与实地沉积物结构完全一致。

6.1 核心机理①：皂化反应（主导）

甘油三酯水解生成游离脂肪酸，游离脂肪酸与管道钙离子发生皂化反应，生成不溶性钙脂肪酸盐，黏附管壁形成沉积核心。

2 FFA + Ca²⁺ ⟷ Ca(FFA)₂

不饱和脂肪酸钙盐黏性远高于饱和脂肪酸；钙、油脂供给间断会形成夹层碎屑；不同钙源、油脂生成皂体外观、力学性能差异明显

6.2 核心机理②：团聚作用

未反应游离脂肪酸、微量甘油三酯围绕皂化核心持续富集、团聚，扩大沉积体积，DLVO理论可解释该吸附富集过程。

6.3 次要过程：微生物降解

管网好氧区、沉积内部反硝化区可缓慢降解FOG，但降解速率远低于皂化沉积速率，对堵塞抑制作用微弱。

图 3｜ FOG沉积形成的完整流程（FOG deposit formation in sewers）
油脂水解 → 游离脂肪酸分配至油水界面 → 界面皂化生成固态钙皂（管壁核心）→ 游离脂肪酸团聚扩大沉积（He 等人，2017；Williams 等人，2012）

七、脂肪结块（Fatberg）——下水道里的"怪兽"

定义：FOG、一次性卫生用品（湿巾、棉签、纸尿裤）、泥沙团聚形成巨型固体堵塞团块。术语由英国泰晤士水务创立，2015年被收录进牛津词典。

图 4｜ 脂肪结块（Fatberg）的危害与生成机理
(a)~(e) 现场堵塞照片与清理过程；(f) 居家/餐馆/咖啡馆排放的油脂与卫生用品在管道中沉积成块的示意图

Fatberg 典型案例与危害

• 伦敦曾清理出10吨、15吨级别的巨型脂肪结块；
• 全域管网堵塞：

  导致污水倒灌、城市内涝；

• 清掏代价高昂：

  需封路、动用大型机械，运维成本暴涨；

• 公共卫生威胁：

  结块滋生致病菌、鼠类，严重威胁人群健康与水环境。

八、FOG带来哪些危害？

图 5｜ FOG堵塞的多重实际后果
(a) 排水管道内FOG沉积；(b) 污水管结块堵塞；(c) 含油污水溢流污染水体

8.1 对市政管网系统的危害

• 缩小过水断面，

  引发污水溢流、城市内涝——英国年均24 750起管网积水，50%以上由FOG导致；香港60%管道堵塞源于油脂；

• 老旧管网维护成本极高：

  英国年清掏费用1 500~5 000万英镑，全国管网更换造价1 040亿英镑；美国年治理成本250亿美元；

• 厌氧沉积释放恶臭，

  加速混凝土管道微生物腐蚀；溢流污水污染地表水，人群暴露传染病风险；

• 中国特有地沟油风险：

  下水道回收油脂非法回流餐桌，氧化产生有毒物质，国内约10%餐饮菜品存在地沟油使用隐患。

• FOG进入水厂堵塞沉淀、澄清构筑物，运维成本提升；测算FOG相关支出占污水处理总费用 25% ；

• 降解消耗水体溶解氧，抑制活性污泥微生物活性，降低污水处理效率；

• 出水残留油脂破坏景观、休闲水体，影响蓝旗水质认证。

  
  

九、FOG全流程管控体系

FOG管控分三级：源头管控→管网原位管控→末端资源化处理

图 6｜ FOG三级全流程管控体系
（At the source / Within the sewer lines / At the WWTPs）
（Yusuf 等人，2023）

9.1 公众宣传与政策管控

• 科普宣教：

  普及油脂合规处置，推出区域性项目（美国 Cease the Grease、欧洲 RecOil），改变居民、商户排污习惯；

• 立法约束：

  强制餐饮安装隔油池、定期报备运维记录，落实"污染者付费"排污收费；

• 多维度协同：

  科普+法规+工程技术同步落地，避免油脂污染转移至填埋、堆肥产生二次温室气体。

① 分类

类型

安装位置

水力停留

FOG去除率

流式隔油池（FGI）

水槽下

30 秒

≈50%

滞留式隔油池（RGI）

地下外置

30 分钟

≈80%（多腔室可达93%）

② 优缺点

• 优势：

  重力分离，源头截留大颗粒浮油；

• 缺陷：

  仅截留＞150 μm油滴；内部微生物水解产长链脂肪酸，加剧下游沉积。

③ 优化方案

• 设备改造：

  增设斜管、换热器延长水力停留；

• 生物强化：

  投加假单胞菌、芽孢杆菌复合菌剂，降解油脂、减少FFA生成；

• 常态化强制清掏、在线监测。

④ 隔油废弃物资源化：厌氧发酵产沼气、酯化制备生物柴油，提升企业运维积极性。

9.3 管网内部原位管控

① 管网病害诱因

• PVC管道：

  内壁生物膜提升粗糙度，油滴易沉降；

• 混凝土管道：

  硫酸盐还原菌生成H₂S，氧化产硫酸腐蚀管壁，大量释放Ca²⁺，加速FOG皂化沉积。

图 7｜ 微生物诱导的混凝土劣化（Concrete Deterioration induced by Microbiology）

图 8｜ 微生物诱导的混凝土腐蚀（Concrete corrosion induced by Microbiology）
—— Ca²⁺大量溶出，为FOG皂化沉积持续提供原料

② 三类防控技术

• 化学投加药剂抑制硫氧化微生物；

• 改性耐腐蚀混凝土（粉煤灰复合水泥）；

• 管道内壁超疏水防腐涂层，降低FOG黏附。

以上技术仍需工业化验证。

9.4 污水处理厂末端资源化处理

浮渣收集的FOG不再仅填埋/焚烧，作为循环经济原料：

1. 厌氧共消化：

   与污泥协同发酵产甲烷沼气；

2. 酯交换制备生物柴油，

   替代化石燃料，降低碳排放。

十、FOG去除技术全景图 10.1 物理处理工艺

图 9｜ 物理处理代表工艺
(a) 重力式油脂分离系统（Grease Separation）
(b) 溶气气浮（DAF）—— 微气泡附着油滴上浮
（Xing 等人，2017b）

① 重力分离（GS, Gravity Separation）

利用油水密度差上浮分离；适用≥150 μm浮油；无法去除乳化油。优势简易，缺点占地大、负荷低。

② 溶气气浮（DAF, Dissolved Air Flotation）

加压溶气释放微气泡携带油滴上浮；常规微气泡（20~100 μm）对＜20 μm乳化油去除效果差；纳米气泡DAF除油效率＞90%，但设备基建成本高。

图 10｜ 近年 DAF 改良进展汇总（Modified data about recent DAF improvements）
（Abuhasel 等人，2021）

10.2 化学处理工艺

① 絮凝（Flocculation）

• 无机絮凝剂（PAC、硫酸铝）：

  成本低，需调pH；

• 有机高分子絮凝剂（PAM）：

  高效但难降解、存在毒性；

• 新型天然絮凝剂（壳聚糖、EPS）：

  绿色环保，多作为复配助剂；

• 絮凝产生大量污泥需处置。

② 电化学处理（ET：电絮凝+电气浮+电氧化）

图 11｜ 含油废水 电化学处理系统（Electrochemical system for Oily wastewater）
阳极溶出金属离子形成絮凝，电气浮产生微气泡
（An 等人）

铝/铁阳极电解生成金属氢氧化物絮凝剂，同步产氢氧微气泡；最高除油效率99%。短板：含氯废水加速电极损耗，运行成本随时间上升。

10.3 破乳技术（物理 / 化学 / 生物）

图 12｜ 油水（O/W）乳液失稳机理（The instability of the O/W emulsion system）
（Deng 等人）

类别

代表方法

特点

物理破乳

超声、微波、膜过滤

无药剂，实验室阶段为主

化学破乳

高分子、离子液体、磁性纳米颗粒（可磁场回收循环）

见效快但存在二次污染

生物破乳

微生物产糖脂、脂肽生物表面活性剂

绿色可持续，但菌种稳定性差、培养周期长

图 13｜ 磁性纳米颗粒（MNP）破乳示意（Oil demulsification in wastewater with magnetic nanoparticles）
外加磁场可快速回收纳米颗粒
（Liu 等人，2017）

10.4 生物处理工艺

图 14｜ 各类生物处理（BT）工艺性能对比（Performance of different biological treatments）
（修改自 Abuhasel 等人，2021）

• 厌氧处理：

  低能耗、少污泥、产沼气；

• 好氧工艺：

  AGR好氧颗粒污泥（耐毒抗冲击）、MBR膜生物反应器（出水最优但存在膜污染）、SBR序批池、MBBR移动生物膜；

• 生物强化（重点推荐！）：

  投加芽孢杆菌、假单胞菌复合菌，高浓度FOG（≥5 000 mg/L）去除率可达 97%~99% ；效果受水质、温度、pH、碳氮比影响大。

臭氧强氧化抑制油脂凝固；臭氧耦合电膜反应器可提升COD去除率，但臭氧溶解、反应器构型仍需优化。

表1 ｜ 主流 FOG 处理工艺效果汇总

处理工艺

投加物料

处理效果说明

参考文献

生物强化

芽孢杆菌+恶臭假单胞菌 CP1 复合菌

黄油去除 97%，橄榄油去除 94%

Tzirita 等人，2019b

生物强化

芽孢杆菌+2.5% 表面活性剂

单一油脂源提升效率，混合废水失效

He，2012

酶处理

皱褶假丝酵母脂肪酶

提升油脂降解效率

Iasmin 等人，2014

商业生物制剂

Bio-Block™、Bio-Brick™

温度、投加量提升，去除率分别提升 5.6%、18%

Fan，2014

GOR 生物系统

无明显提升

Sultana 等人，2022

生物菌剂颗粒

Bio-Amp 复合菌颗粒

管道 FOG 沉积量降低 40%

Tang 等人，2012b

固定化菌

固定化铜绿假单胞菌

总油脂去除 97%~99%

Nisola 等人，2009

复合菌种

复合菌种 F69

额外去除 37%~67% 油脂

Brooksbank 等人，2007

复配生物强化

芽孢杆菌+阴阳离子表活复配

最高额外提升 41% 去除率

Livingston，2007

酶+曝气

酶预处理+曝气折流

缓解管道长期堵塞

Dong 等人，2017

电絮凝

铝电极电絮凝

油脂去除 94%

Chen 等人，2000

臭氧-电解协同

电解臭氧协同工艺

整体处理效率提升

Kishimoto 等人，2018

表面活性剂

有机胺类表面活性剂

油脂去除率 80%

Pirooz 等人，2018

十一、结论与未来展望

管网FOG沉积是全球性水环境难题，造成50%~70%市政管道堵塞，衍生内涝、溢流、管网腐蚀、水厂超负荷多重问题。成因包含油脂乳化、隔油池效能不足、公众环保意识薄弱、管控法规缺失等多重物理、化学、社会因素。单一处理技术无法彻底解决城市FOG污染，双腔隔油池、生物强化、电絮凝-膜耦合等新工艺具备发展潜力，但缺少大规模工业化验证。

未来研究与治理方向

• ① 社会管控：

  常态化全民科普，完善强制运维、排污收费法规，落实污染者付费；

• ② 管网原位防控：

  开发耐久、环保管道超疏水涂层，减少FOG黏附；建立分区FOG溯源监测体系；

• ③ 技术创新：

  耦合物理-化学-生物协同工艺，优化资源化路径（生物柴油、沼气）；

• ④ 多维协同：

  融合工程材料、政策法规、预测模型、公众教育一体化长效治理方案，适配城市餐饮业态动态变化，兼顾规模化与可持续发展。

标题：Fats, oil, and grease (FOG) in wastewater: sources, mechanisms, control, and removal strategies

期刊：International Journal of Environmental Science and Technology (2026) 23:161

DOI：https://doi.org/10.1007/s13762-025-06977-2

作者：N. Ahmed¹ · A. Straub¹ · M. Ali² （通讯作者：Ahmednav@b-tu.de）

单位：¹ 德国勃兰登堡工业大学 城市污水治理与管理系 | ² 意大利都灵大学化学系

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排版：李滨妤

审核：孙丽华

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