MgFe类水滑石法强化混凝深度处理猪场尾水及混凝污泥特性研究

作者:黄芷嫣;胡志霖;廖子聪;刘娟;崔理华;黄柱坚; 刊名:农业环境科学学报 上传者:卜芳

【摘要】为了深度处理经二级生化处理后的猪场尾水,采用Mg Fe类水滑石法强化混凝猪场尾水。考察了不同pH值、Mg与Fe摩尔配比[n(Mg∶Fe)]等混凝条件对猪场尾水常规指标以及其中微量重金属[Zn~(2+)、Cu~(2+)、Cr(Ⅵ)]和兽用抗生素(磺胺甲基异恶脞,SMX)等去除效果的影响,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和傅立叶转换红外(FTIR)等技术对混凝污泥特性进行分析,制备了催化材料,进行了混凝污泥资源化利用初探。结果表明:当猪场尾水初始pH>6.5时,TP、浊度和Cr(Ⅵ)去除率分别在95%、80%和35%以上。当初始pH值进一步调节至大于8.0时,MgFe类水滑石对Zn~(2+)和Cu~(2+)去除率可达85%以上,对SMX去除率在75%以上;Mg与Fe摩尔配比对各水质指标去除效果影响不大。混凝污泥主要形成的矿物相有类水滑石与磷酸铁矿物。通过煅烧混凝污泥制备高级氧化催化剂,发现在相同过硫酸氢钾(PMS)投加量的条件下,700℃限氧热解混凝污泥制得的催化剂比同条件下利用人工合成MgFe类水滑石制得的催化剂具有更高的催化活性。研究结果可为养猪处理废水与混凝污泥资源化利用研究提供支持。

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Projectsupported:TheNationalNaturalScienceFoundationofChina(51509093);TheScienceandTechnologyProjectofGuangdongProvince(2017A020216025);TheNaturalScienceFoundationofGuangdongProvince,China(2016A030310456);TheScienceandTechnologyInnovationProjectofWaterConservancyofGuangdongProvince(2015-15);TheScienceandTechnologyProgramofGuangzhou(201508020073);TheResearchFundProgramofGuangdongProvincialKeyLaboratoryofEnvironmentalPollutionControlandRemediationTechnology(2016K0014);TheSouthChinaAgriculturalUniversityProvincialUndergraduateInnovationProject(201610564065)表1试验水样的水质特征Table1Characterisicsoffeedingwater水滑石类化学物(Layereddoublehydroxides,LDHs)的基本结构式为:[M2+1-xM3+x(OH)2]An-x/nmH2O,M=metal,A=anion[1]。LDHs的结构与层状水镁石的结构类似,在其结构单元层中,三价阳离子(M3+)替代部分二价阳离子(M2+)[2],导致单元层中正电荷增多,因此需要从环境中引入阴离子进入结构单元层间平衡结构正电荷,维持稳定的晶型结构[3]。由于LDHs带有正电荷的特性,在猪场尾水混凝过程中可以大量吸附污水中带有负电荷的污染物。Goh等[4]考察了共存离子和有机物存在的条件下,共沉淀法合成的纳米Mg/Al水滑石对有毒含氧阴离子的吸附作用,表明对AsO2-4、CrO2-4、VO3-4、BrO-3有一定的去除效果;钟琼等[5]用微波共沉淀法合成Mg/Al水滑石探讨对BrO-3的吸附效果。国内对水滑石的研究多为MgAl水滑石,由于Al对植物和微生物有致突变作用,对动物有毒性[6],将MgAl水滑石应用到猪场尾水深化处理可能会导致二次污染,因而Al不是一种理想的原料。由于Fe与Mg在一定条件下可以生成类水滑石结构[7],可作为混凝剂应用到猪场尾水的处理当中,同时Fe无毒且具有催化性,可将其回收利用作为催化剂,用作活化过硫酸盐降解有机污染物[8]。通过收集MgFe类水滑石的混凝沉淀物制备催化材料或开发为其他环境功能材料,可以实现资源化利用[9-10]。经二级生化处理后的猪场尾水,COD、氮磷元素浓度仍较高,排入水体后会导致水体富营养化现象发生。水中有机物组成复杂,一些有机物的化学式还无定论,UV254能够反映一类有机物的相似特点,可作为总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)等指标的替代参数。在猪场养殖过程中,为了促进幼猪生长和预防动物疾病,大量重金属制剂和抗生素掺合在饲料中,由于动物对这些外源添加物的吸收率很低,85%的重金属和抗生素随着粪便和尿液排出,因而猪场尾水中重金属和抗生素的含量随着饲料投加量增多而增高[11]。环境中微量重金属会通过食物链富集,抗生素能够诱导细菌产生抗性基因,这对于生态系统和人类健

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