芬頓-MAP法聯(lián)用處理餐廚垃圾廢水提取可溶性碳源

＊賴(lài)涵 魯建宇 劉穎

（中南水務(wù)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(yè)中生產(chǎn)的廚余垃圾經(jīng)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(dāng)中，廢渣部分常作為飼養(yǎng)黑水虻的原料，廢油部分通?；厥諢捴粕锊裼停鴱U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(chǎn)沼發(fā)電，然而厭氧消化工藝流程較為復(fù)雜、產(chǎn)能利用率較低的客觀因素制約了其發(fā)展[1]?？紤]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(jié)合，則能夠發(fā)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(shí)能夠提高污水廠的脫氮除磷效果，達(dá)到以廢治廢的目的[2-4]。

然而，餐廚廢水當(dāng)中高含量的氮、磷、油類(lèi)、致嗅物質(zhì)限制了其作為污水廠碳源利用的可行性，為獲得較高品質(zhì)的污水廠碳源，必須對(duì)餐廚廢水進(jìn)行除臭、降氮磷處理。相比于傳統(tǒng)處理方法，芬頓高級(jí)氧化法具有高效便捷的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，羥自由基在亞鐵離子催化下具有較強(qiáng)的氧化能力，能夠轉(zhuǎn)化大多數(shù)難降解的臭味物質(zhì)，極大地降低餐廚垃圾廢水的致嗅程度[5-7]。另一方面，應(yīng)選用操作便捷、效果良好的物理化學(xué)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(yīng)生成磷酸銨鎂沉淀（MgNH4PO4?6H2O），是同時(shí)去除氨氮、水溶性磷的優(yōu)選方法[8-9]。本研究創(chuàng)新性地采用芬頓-MAP法聯(lián)用處理餐廚垃圾廢水，通過(guò)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(lián)用法從餐廚廢水中提取高品質(zhì)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(zhǎng)沙某餐廚公司，餐廚垃圾通過(guò)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(chǔ)存，作為試驗(yàn)原料。餐廚垃圾廢水原液水質(zhì)指標(biāo)如表1。

表1 餐廚垃圾廢水原液水質(zhì)指標(biāo)

(2)試驗(yàn)方法

①芬頓高級(jí)氧化試驗(yàn)方法

250ml燒杯中加入50ml餐廚廢水，加入相應(yīng)量的30%雙氧水，再分別加入相應(yīng)量的FeSO4·7H2O，用玻璃棒攪拌使其快速反應(yīng)，反應(yīng)45min后，通過(guò)臭閾值法和吹掃捕集-氣質(zhì)聯(lián)用法對(duì)臭味組分進(jìn)行分析。

②MAP沉淀試驗(yàn)方法

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

(3)分析方法

COD測(cè)定采用快速消解分光光度法，TN含量采用過(guò)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(cè)定儀測(cè)量，臭氣濃度及成分分別采用臭閾值法與吹掃捕集-氣質(zhì)聯(lián)用法進(jìn)行檢測(cè)。

2.結(jié)果與討論

(1)H2O2投加量的影響

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

表2 H2O2投加量對(duì)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(shí)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(xiàn)SCOD升高的情況，這是由于H2O2的氧化作用使大分子分解，促進(jìn)水解，使得可溶性有機(jī)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(yōu)且經(jīng)濟(jì)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(yīng)45min，試驗(yàn)結(jié)果如表3。

表3 硫酸亞鐵投加量對(duì)除臭的影響

由表3可知，在投加雙氧水的基礎(chǔ)上加入亞鐵離子進(jìn)行高級(jí)氧化，可以進(jìn)一步降低臭氣組分甲硫醇的含量，大大降低臭閾值，同時(shí)對(duì)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(shí)總體臭味物質(zhì)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(yīng)保證pH在7以上[10]。然而為了保證除臭效果，芬頓試驗(yàn)應(yīng)控制反應(yīng)pH在5～9之間，因此要想利用MAP法對(duì)餐廚垃圾廢液的氮磷進(jìn)行進(jìn)一步去除，pH的控制至關(guān)重要。

在50ml餐廚廢水中加入5ml 30%雙氧水，0.5g FeSO4·7H2O，反應(yīng)45min，濾去不溶物后，調(diào)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(cè)，試驗(yàn)結(jié)果如表4。

表4 pH對(duì)氮磷去除的影響

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

(4)MAP法中鎂磷比、反應(yīng)時(shí)間、晶體停留時(shí)間的影響

固定pH=9.5，分別探索鎂磷比、反應(yīng)時(shí)間、晶體停留時(shí)間對(duì)氮磷去除的影響，結(jié)果如表5。

表5 鎂磷比、反應(yīng)時(shí)間、晶體停留時(shí)間對(duì)氮磷去除的影響

在Mg/P比試驗(yàn)中，隨著Mg/P比的增加，對(duì)于氨氮與總磷的去除率，先增加后降低，在Mg/P比為1.8時(shí)，對(duì)于氨氮與總磷的去除率達(dá)到最高，Mg/P比進(jìn)一步增加后去除率反而降低。

在反應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)中，隨著時(shí)間的增加，對(duì)于氨氮與磷的去除達(dá)到最高后基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，在反應(yīng)時(shí)間為20min時(shí)，對(duì)于氮磷的去除率進(jìn)入平臺(tái)期，此后隨時(shí)間增長(zhǎng)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

在晶體停留時(shí)間試驗(yàn)中，隨著停留時(shí)間的增加，對(duì)于氨氮與磷的去除達(dá)到最高后基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，在停留時(shí)間為30min時(shí)，對(duì)于氮磷的去除率進(jìn)入平臺(tái)期，此后隨時(shí)間增長(zhǎng)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

由此可知，MAP法中Mg/P=1.8、反應(yīng)時(shí)間20min、晶體停留時(shí)間30min為去除氮磷最適宜的反應(yīng)條件。

3.結(jié)論

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

（2）單因素試驗(yàn)結(jié)果表明，H2O2投加量為10%（體積比）、硫酸亞鐵投加量為1%（體積質(zhì)量比）具有最佳除臭效果，后續(xù)耦合MAP工藝在pH=9.5、Mg/P=1.8、反應(yīng)時(shí)間20min、晶體停留時(shí)間30min條件下可達(dá)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。