臭氧高级氧化在养殖废水实验中性能研究

        畜禽养殖废水含有高浓度有机物、氨氮、悬浮固体和相当数量的病原体及特定结构的有毒物质，经过好氧处理后，色度亦急剧升高，是地表水及地下水的主要污染源。目前，有研究者认为，畜禽养殖废水处理是一个难题，并给予了极大的关注。处理畜禽养殖废水的传统技术主要有还田技术、生态修复技术和生化处理技术，但是对其中多环有机物去除效果不太理想，因其分子结构复杂、化学性质稳定，使用传统方法无能为力，处理后的出水 COD 和色度仍然居高不下。

        因此，因水制宜，建立不同区域养殖废水处理模式已经成为当前的研究重点。臭氧氧化法因其具有高效、经济、操作简便和脱色效果明显等优点，在提高难生化降解有机废水的可生化性以及显色废水的脱色方面得到了广泛应用。而单独臭氧氧化法一直面临臭氧利用效率低下、污染物去除效果不佳以及成本高昂等缺点。在非均相催化条件下，已有研究表明，能够促进臭氧向羟基自由基 (HO·) 的转变，可提高臭氧利用率及有机物矿化效率。非均相催化臭氧化技术不仅能更加高效地分解 O3 产生 HO·，而且催化剂以固态形式存在，在弱酸至弱碱环境中，金属元素基本不溶出，具有工艺流程简单、催化效率高、易分离、可重复利用等优点。许珊珊等。

        研究了 MgO/GAC 在臭氧化敌草隆和乙酸中的活性，结果表明 MgO/GAC 能使臭氧化的效率提高约15%~35%；将 Fe-Ce/GAC 催化剂用于催化降解模拟高浓度腐殖酸废水，可使 COD、腐殖酸去除率分别比单纯臭氧氧化提高了 40.3%、31.8%；使用负载铈的黄铁矿烧渣催化臭氧氧化水中活性黑 5，在 pH 为 3~10 时，Ce-PyC 均能保持稳定高效的催化活性，TOC 去除率可达到 80%。但有关负载型 Mn-Fe-Ce/γ-Al2O3 催化剂的制备以及三元催化剂的应用目前仍鲜有研究，尤其是奶牛养殖废水应用微气泡臭氧非均相催化氧化的方法进行处理，其在单独臭氧氧化、普通催化剂/臭氧体系与三元催化剂/臭氧体系的降解效果与机理都值得深入研究。

        本研究采用浸渍焙烧法制备了负载型 Mn-Fe-Ce/γ-Al2O3 催化剂，分别对制备条件和工艺条件进行了优化，通过 SEM、XRF、BET 和 XRD 等分析手段表征了催化剂的结构和物理化学特性，并与微气泡臭氧构成了非均相催化臭氧氧化体系，以某奶牛养殖基地一级生化处理出水为处理对象，考察了该非均相臭氧催化剂的催化活性。

结论

1) 经含锰化合物、含铁化合物和含铈化合物的前驱体浸渍液浸渍并焙烧后制得 Mn-Fe-Ce/γAl2O3 催化剂，在 pH 为 9，O3 投加量为 12.5 mg(L·min)−1，反应时间为 20 min，催化剂投加量为 60g 的条件下进行臭氧催化氧化，奶牛养殖废水 COD 去除率和色度去除率分别可达到 48.9% 和95%，较单独臭氧氧化时的 COD 去除率和色度去除率分别提高了 35.1% 和 20%。

2) SEM 结果显示，在 Mn-Fe-Ce/γ-Al2O3 经过改性后，活性组分均匀附着在载体表面；XRF 分析显示 Fe、Mn、Ce 3 种元素能有效地负载在 γ-Al2O3 的表面；BET 的结果经过活性组分的负载后，载体上的部分孔道和缝隙被占据，与 SEM 的结果相呼应；XRD 分析表明，催化剂表明形成了活性组分，形成较弱的衍射峰与负载量和结晶效果有关。

3) 通过添加 TBA 作淬灭剂，验证反应体系中 HO·的存在，结果表明，单独 O3 体系中加入叔丁醇对 COD 的去除率降低了不到 1%，而在相同条件下，对于 Mn-Fe-Ce/γ-Al2O3+O3 体系，加入叔丁醇后 COD 的去除率从 48.9% 降至 3.7%，明显抑制了水中有机污染物的氧化。HO·在 Mn-Fe-Ce/γAl2O3+O3 体系中是主要的氧化剂。