臭氧高級氧化在養(yǎng)殖廢水實(shí)驗(yàn)中性能研究
畜禽養(yǎng)殖廢水含有高濃度有機(jī)物、氨氮、懸浮固體和相當(dāng)數(shù)量的病原體及特定結(jié)構(gòu)的有毒物質(zhì)，經(jīng)過好氧處理后，色度亦急劇升高，是地表水及地下水的主要污染源。目前，有研究者認(rèn)為，畜禽養(yǎng)殖廢水處理是一個難題，并給予了極大的關(guān)注。處理畜禽養(yǎng)殖廢水的傳統(tǒng)技術(shù)主要有還田技術(shù)、生態(tài)修復(fù)技術(shù)和生化處理技術(shù)，但是對其中多環(huán)有機(jī)物去除效果不太理想，因其分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，使用傳統(tǒng)方法無能為力，處理后的出水 COD 和色度仍然居高不下。
因此，因水制宜，建立不同區(qū)域養(yǎng)殖廢水處理模式已經(jīng)成為當(dāng)前的研究重點(diǎn)。臭氧氧化法因其具有高效、經(jīng)濟(jì)、操作簡便和脫色效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，在提高難生化降解有機(jī)廢水的可生化性以及顯色廢水的脫色方面得到了廣泛應(yīng)用。而單獨(dú)臭氧氧化法一直面臨臭氧利用效率低下、污染物去除效果不佳以及成本高昂等缺點(diǎn)。在非均相催化條件下，已有研究表明，能夠促進(jìn)臭氧向羥基自由基 (HO·) 的轉(zhuǎn)變，可提高臭氧利用率及有機(jī)物礦化效率。非均相催化臭氧化技術(shù)不僅能更加高效地分解 O3 產(chǎn)生 HO·，而且催化劑以固態(tài)形式存在，在弱酸至弱堿環(huán)境中，金屬元素基本不溶出，具有工藝流程簡單、催化效率高、易分離、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。許珊珊等。
研究了 MgO/GAC 在臭氧化敵草隆和乙酸中的活性，結(jié)果表明 MgO/GAC 能使臭氧化的效率提高約15%~35%；將 Fe-Ce/GAC 催化劑用于催化降解模擬高濃度腐殖酸廢水，可使 COD、腐殖酸去除率分別比單純臭氧氧化提高了 40.3%、31.8%；使用負(fù)載鈰的黃鐵礦燒渣催化臭氧氧化水中活性黑 5，在 pH 為 3~10 時，Ce-PyC 均能保持穩(wěn)定高效的催化活性，TOC 去除率可達(dá)到 80%。但有關(guān)負(fù)載型 Mn-Fe-Ce/γ-Al2O3 催化劑的制備以及三元催化劑的應(yīng)用目前仍鮮有研究，尤其是奶牛養(yǎng)殖廢水應(yīng)用微氣泡臭氧非均相催化氧化的方法進(jìn)行處理，其在單獨(dú)臭氧氧化、普通催化劑/臭氧體系與三元催化劑/臭氧體系的降解效果與機(jī)理都值得深入研究。
本研究采用浸漬焙燒法制備了負(fù)載型 Mn-Fe-Ce/γ-Al2O3 催化劑，分別對制備條件和工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，通過 SEM、XRF、BET 和 XRD 等分析手段表征了催化劑的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)特性，并與微氣泡臭氧構(gòu)成了非均相催化臭氧氧化體系，以某奶牛養(yǎng)殖基地一級生化處理出水為處理對象，考察了該非均相臭氧催化劑的催化活性。
結(jié)論
1) 經(jīng)含錳化合物、含鐵化合物和含鈰化合物的前驅(qū)體浸漬液浸漬并焙燒后制得 Mn-Fe-Ce/γAl2O3 催化劑，在 pH 為 9，O3 投加量為 12.5 mg(L·min)−1，反應(yīng)時間為 20 min，催化劑投加量為 60g 的條件下進(jìn)行臭氧催化氧化，奶牛養(yǎng)殖廢水 COD 去除率和色度去除率分別可達(dá)到 48.9% 和95%，較單獨(dú)臭氧氧化時的 COD 去除率和色度去除率分別提高了 35.1% 和 20%。
2) SEM 結(jié)果顯示，在 Mn-Fe-Ce/γ-Al2O3 經(jīng)過改性后，活性組分均勻附著在載體表面；XRF 分析顯示 Fe、Mn、Ce 3 種元素能有效地負(fù)載在 γ-Al2O3 的表面；BET 的結(jié)果經(jīng)過活性組分的負(fù)載后，載體上的部分孔道和縫隙被占據(jù)，與 SEM 的結(jié)果相呼應(yīng)；XRD 分析表明，催化劑表明形成了活性組分，形成較弱的衍射峰與負(fù)載量和結(jié)晶效果有關(guān)。
3) 通過添加 TBA 作淬滅劑，驗(yàn)證反應(yīng)體系中 HO·的存在，結(jié)果表明，單獨(dú) O3 體系中加入叔丁醇對 COD 的去除率降低了不到 1%，而在相同條件下，對于 Mn-Fe-Ce/γ-Al2O3+O3 體系，加入叔丁醇后 COD 的去除率從 48.9% 降至 3.7%，明顯抑制了水中有機(jī)污染物的氧化。HO·在 Mn-Fe-Ce/γAl2O3+O3 體系中是主要的氧化劑。