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北京同林科技有限公司
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閱讀：349發布時間：2022-7-6
臭氧催化氧化去除奶牛養殖廢水中COD和色度
畜禽養殖廢水含有高濃度有機物、氨氮、懸浮固體和相當數量的病原體及特定結構的有毒物質，經過好氧處理后，色度亦急劇升高，是地表水及地下水的主要污染源。目前，有研究者認為，畜禽養殖廢水處理是一個難題，并給予了極大的關注。處理畜禽養殖廢水的傳統技術主要有還田技術、生態修復技術和生化處理技術，但是對其中多環有機物去除效果不太理想，因其分子結構復雜、化學性質穩定，使用傳統方法無能為力，處理后的出水COD 和色度仍然居高不下。因此，因水制宜，建立不同區域養殖廢水處理模式已經成為當前的研究重點。
臭氧氧化法因其具有高效、經濟、操作簡便和脫色效果明顯等優點，在提高難生化降解有機廢水的可生化性以及顯色廢水的脫色方面得到了廣泛應用。而單獨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。在非均相催化條件下，已有研究[6] 表明，能夠促進臭氧向羥基自由基(HO·) 的轉變，可提高臭氧利用率及有機物礦化效率。非均相催化臭氧化技術不僅能更加高效地分解O3 產生HO·，而且催化劑以固態形式存在，在弱酸至弱堿環境中，金屬元素基本不溶出，具有工藝流程簡單、催化效率、易分離、可重復利用等優點。許珊珊等研究了MgO/GAC 在臭氧化敵草隆和乙酸中的活性，結果表明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 均能保持穩定高效的催化活性，TOC 去除率可達到80%。但有關負載型Mn-Fe-Ce/γ-Al2O3 催化劑的制備以及三元催化劑的應用目前仍鮮有研究，尤其是奶牛養殖廢水應用微氣泡臭氧非均相催化氧化的方法進行處理，其在單獨臭氧氧化、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理都值得深入研究。
本研究采用浸漬焙燒法制備了負載型Mn-Fe-Ce/γ-Al2O3 催化劑，分別對制備條件和工藝條件進行了優化，通過SEM、XRF、BET 和XRD 等分析手段表征了催化劑的結構和物理化學特性，并與微氣泡臭氧構成了非均相催化臭氧氧化體系，以某奶牛養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。
實驗方案
實驗所用廢水為實際廢水，取自廣州市某奶牛養殖基地的一級好氧池出水，COD 平均值為460 mg·L−1，且可生化性低，二級生化池COD 幾乎沒有降低，其中的有機物難以通過傳統生物方法降解。實驗所用裝置如圖1 所示。
臭氧發生器一臺，2 個有機玻璃反應器，其中左方反應器高度為300 mm，直徑為120 mm，有效容積為4 L，在高度為80 mm 的地方裝有孔徑為2 mm 不銹鋼多空分散網，布氣裝置為反應器底部的微米級曝氣頭。右方反應器高度為200 mm，直徑為100 mm，內部安裝一個潛水泵，型號為HJ-611。所有實驗均在室溫下進行，采用半連續方式進行，將約為3.6 L 的廢水倒入右方反應器，開啟潛水泵，使右方容器的廢水進入左方的反應器中，待水位到達出水口位置，廢水再次流入右方容器中，廢水形成循環的流動狀態，有利于臭氧與廢水的混合。在反應過程中，調節水樣pH 至9，臭氧投加量為12.5 mg·(L·min)−1，催化氧化時間為20 min，催化劑投加量為60 g，分別在5、10、15、20 min 時進行取樣，再分別測定COD 和色度。
分析方法
COD 的測定采用紫外分光光度法；色度的測定采用稀釋倍數法；pH 的測定采用比色法。
結論
1) 經含錳化合物、含鐵化合物和含鈰化合物的前驅體浸漬液浸漬并焙燒后制得Mn-Fe-Ce/γ-Al2O3 催化劑，在pH 為9，O3 投加量為12.5 mg·(L·min)−1，反應時間為20 min，催化劑投加量為60g 的條件下進行臭氧催化氧化， 奶牛養殖廢水COD 去除率和色度去除率分別可達到48.9% 和95%，較單獨臭氧氧化時的COD 去除率和色度去除率分別提高了35.1% 和20%。
2) SEM 結果顯示，在Mn-Fe-Ce/γ-Al2O3 經過改性后，活性組分均勻附著在載體表面；XRF 分析顯示Fe、Mn、Ce 3 種元素能有效地負載在γ-Al2O3 的表面；BET 的結果經過活性組分的負載后，載體上的部分孔道和縫隙被占據，與SEM 的結果相呼應；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載量和結晶效果有關。
3) 通過添加TBA 作淬滅劑，驗證反應體系中HO·的存在，結果表明，單獨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污染物的氧化。HO·在Mn-Fe-Ce/γ-Al2O3+O3 體系中是主要的氧化劑
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