芬頓-MAP法聯用處理餐廚垃圾廢水提取可溶性碳源

＊賴涵 魯建宇 劉穎

（中南水務科技有限公司 湖南 410007）

引言

餐廚垃圾廢水是指日常居民生活或餐飲業中生產的廚余垃圾經初步分離廢渣、廢油后剩余的廢水部分。餐廚垃圾的資源化利用途徑當中，廢渣部分常作為飼養黑水虻的原料，廢油部分通常回收煉制生物柴油，而廢水部分的資源化利用途徑則頗受限制，目前主流工藝為厭氧消化后產沼發電，然而厭氧消化工藝流程較為復雜、產能利用率較低的客觀因素制約了其發展[1]。考慮到餐廚垃圾廢水中較高的COD含量，若能與城市污水廠中反硝化碳源的需求相結合，則能夠發揮巨大的資源利用潛力，不但可以減少餐廚垃圾廢水量，同時能夠提高污水廠的脫氮除磷效果，達到以廢治廢的目的[2-4]。

然而，餐廚廢水當中高含量的氮、磷、油類、致嗅物質限制了其作為污水廠碳源利用的可行性，為獲得較高品質的污水廠碳源，必須對餐廚廢水進行除臭、降氮磷處理。相比于傳統處理方法，芬頓高級氧化法具有高效便捷的優點，同時，羥自由基在亞鐵離子催化下具有較強的氧化能力，能夠轉化大多數難降解的臭味物質，極大地降低餐廚垃圾廢水的致嗅程度[5-7]。另一方面，應選用操作便捷、效果良好的物理化學方法降低廢水中的高濃度氮磷。磷酸銨鎂沉淀法（MAP法）能夠使廢水中的NH4+、PO43-反應生成磷酸銨鎂沉淀（MgNH4PO4?6H2O），是同時去除氨氮、水溶性磷的優選方法[8-9]。本研究創新性地采用芬頓-MAP法聯用處理餐廚垃圾廢水，通過研究不同投加量、不同pH下提取可溶性碳源的影響，探尋芬頓-MAP聯用法從餐廚廢水中提取高品質碳源的最佳條件。

1.材料與方法

(1)餐廚垃圾廢水原液

餐廚垃圾廢水原液取自長沙某餐廚公司，餐廚垃圾通過渣水油三相分離器后取廢水原液，取回后放置于4℃冰柜中儲存，作為試驗原料。餐廚垃圾廢水原液水質指標如表1。

表1 餐廚垃圾廢水原液水質指標

(2)試驗方法

①芬頓高級氧化試驗方法

250ml燒杯中加入50ml餐廚廢水，加入相應量的30%雙氧水，再分別加入相應量的FeSO4·7H2O，用玻璃棒攪拌使其快速反應，反應45min后，通過臭閾值法和吹掃捕集-氣質聯用法對臭味組分進行分析。

②MAP沉淀試驗方法

50ml餐廚廢水中加入5ml 30%雙氧水，0.5g FeSO4·7H2O，反應45min，濾去不溶物后，調整水樣pH，投加相應質量磷酸氫二鉀、攪拌溶解后投加相應質量氯化鎂，攪拌一定時間，靜置一定時間后取上清液檢測。

(3)分析方法

COD測定采用快速消解分光光度法，TN含量采用過硫酸鉀消解紫外分光亮度法，NH4+-N含量采用水楊酸-次氯酸鹽法，TP含量采用鉬酸銨分光光度法，pH采用便攜式測定儀測量，臭氣濃度及成分分別采用臭閾值法與吹掃捕集-氣質聯用法進行檢測。

2.結果與討論

(1)H2O2投加量的影響

采用單因素試驗，在50ml餐廚廢水中分別加入1ml、2ml、3ml、5ml、8ml、10ml 30%雙氧水，反應45min，試驗結果如表2。

表2 H2O2投加量對除臭的影響

由表2可知，在餐廚廢液中投加H2O2后能夠有效去除臭氣組分，同時原液SCOD的損失量較小，甚至在H2O2投量大的情況下還可能出現SCOD升高的情況，這是由于H2O2的氧化作用使大分子分解，促進水解，使得可溶性有機物增多。綜合比較，50ml餐廚垃圾廢水中加入5ml的H2O2，即10%體積比投加量的除臭效果較優且經濟合理。

(2)硫酸亞鐵投加量的影響

在50ml餐廚廢水中加入5ml 30%雙氧水，再分別加入0.1g、0.3g、0.5g、0.8g、1.0g的FeSO4·7H2O，反應45min，試驗結果如表3。

表3 硫酸亞鐵投加量對除臭的影響

由表3可知，在投加雙氧水的基礎上加入亞鐵離子進行高級氧化，可以進一步降低臭氣組分甲硫醇的含量，大大降低臭閾值，同時對SCOD的影響較小。FeSO4·7H2O最佳投加量為0.5g，H2O2與FeSO4·7H2O的投加比為10:1，甲硫醇去除率82.5%，同時總體臭味物質得到更加高效的去除。

(3)MAP法中pH的影響

研究表明，MAP的溶解度隨pH值的升高而降低，形成MAP沉淀的適宜條件應保證pH在7以上[10]。然而為了保證除臭效果，芬頓試驗應控制反應pH在5～9之間，因此要想利用MAP法對餐廚垃圾廢液的氮磷進行進一步去除，pH的控制至關重要。

在50ml餐廚廢水中加入5ml 30%雙氧水，0.5g FeSO4·7H2O，反應45min，濾去不溶物后，調整水樣pH，投加1g磷酸氫二鉀固定鎂磷比，攪拌溶解后投加1.4g氯化鎂，攪拌30min，靜置10min后取上清液檢測，試驗結果如表4。

表4 pH對氮磷去除的影響

在pH=9.5時，氮磷的去除率最高，分別為61.97%、78.12%。SCOD值總體波動幅度不大，維持在較高水平。在pH＞10.0時，由于蛋白質的釋放，使得SCOD增加。

(4)MAP法中鎂磷比、反應時間、晶體停留時間的影響

固定pH=9.5，分別探索鎂磷比、反應時間、晶體停留時間對氮磷去除的影響，結果如表5。

表5 鎂磷比、反應時間、晶體停留時間對氮磷去除的影響

在Mg/P比試驗中，隨著Mg/P比的增加，對于氨氮與總磷的去除率，先增加后降低，在Mg/P比為1.8時，對于氨氮與總磷的去除率達到最高，Mg/P比進一步增加后去除率反而降低。

在反應時間試驗中，隨著時間的增加，對于氨氮與磷的去除達到最高后基本處于穩定狀態，在反應時間為20min時，對于氮磷的去除率進入平臺期，此后隨時間增長基本處于穩定狀態。

在晶體停留時間試驗中，隨著停留時間的增加，對于氨氮與磷的去除達到最高后基本處于穩定狀態，在停留時間為30min時，對于氮磷的去除率進入平臺期，此后隨時間增長基本處于穩定狀態。

由此可知，MAP法中Mg/P=1.8、反應時間20min、晶體停留時間30min為去除氮磷最適宜的反應條件。

3.結論

（1）芬頓-MAP法聯用處理餐廚垃圾廢水能夠有效去除其中的致嗅物質、氨氮與可溶性磷，解決異味與高氨氮污染問題，提取高濃度的可溶性碳源，具有應用于城市污水廠作為反硝化碳源的潛力。

（2）單因素試驗結果表明，H2O2投加量為10%（體積比）、硫酸亞鐵投加量為1%（體積質量比）具有最佳除臭效果，后續耦合MAP工藝在pH=9.5、Mg/P=1.8、反應時間20min、晶體停留時間30min條件下可達到最佳氮磷去除效果，獲得可溶性碳源的甲硫醇去除率80%以上，氨氮去除率60%～80%，SCOD在60000～80000mg/L之間。