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中国农学通报

中国农学通报 ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (5): 162-169.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2025-0760

• 资源·环境·生态·土壤·气象 • 上一篇    下一篇

铁/炭协同催化促进臭氧深度处理高氨氮污水的效果与机理分析

杨铭晖1(), 彭焕龙1, 周文岩1, 郑燕玲1, 周超贤2(), 梁广成3(), 刘帆2, 顾文杰1, 卢钰升1, 解开治1, 石超宏1, 张坤1   

  1. 1 广东省农业科学院农业资源与环境研究所/猪禽种业全国重点实验室/农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室/广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室， 广州 510630
    2 广东省农业环境与耕地质量保护中心， 广州 510500
    3 汕头市农产品质量安全中心， 广东汕头 515041
  • 收稿日期:2025-09-07 修回日期:2025-12-25 出版日期:2026-03-18 发布日期:2026-03-18
  • 通讯作者:
    周超贤，男，1970年出生，广东高州人，正高级农艺师，本科，研究方向：农业环境保护。通信地址：510500 广东省广州市先烈东路135号 广东省农业环境与耕地质量保护中心，E-mail：；梁广成，男，1968年出生，广东广州人，高级农艺师，本科，主要从事农业技术推广方面的研究。E-mail：。
    周超贤，男，1970年出生，广东高州人，正高级农艺师，本科，研究方向：农业环境保护。通信地址：510500 广东省广州市先烈东路135号 广东省农业环境与耕地质量保护中心，E-mail：；梁广成，男，1968年出生，广东广州人，高级农艺师，本科，主要从事农业技术推广方面的研究。E-mail：。
  • 作者简介:

    杨铭晖，男，1999年出生，甘肃人，硕士，研究方向：农业资源与环境保护。通信地址：510640 广东省广州市天河区金颖路66号 广东省农业科学院农业资源与环境研究所，E-mail：。

  • 基金资助:
    广东省农业科学院科技人才引进专项资金项目“农业水污染控制技术研究”(R2021YJ-YB1003); 广东省乡村振兴战略专项资金项目“生猪粪污多元化处置及区域种养循环模式构建项目”(2025TS-3); 广东省现代农业产业技术体系创新团队建设项目“以农业领域为单元的广东省现代农业产业共性关键技术研发创新团队建设项目（绿色循环农业（含绿肥专题）共性关键技术）”(2024CXTD17); 猪禽种业全国重点实验室PI团队自主选题研究项目“畜禽粪便益生菌快速识别技术研发”(GDNKY-ZQQZ-K14)

Analysis of the Effect and Mechanism of Iron/Carbon Synergistic Catalysis in Promoting Ozone Deep Treatment of High Ammonia Nitrogen Wastewater

YANG Minghui1(), PENG Huanlong1, ZHOU Wenyan1, ZHENG Yanling1, ZHOU Chaoxian2(), LIANG Guangcheng3(), LIU Fan2, GU Wenjie1, LU Yusheng1, XIE Kaizhi1, SHI Chaohong1, ZHANG Kun1   

  1. 1 Institute of Agricultural Resources and Environment, Guangdong Academy of Agricultural Sciences/ State Key Laboratory of Swine and Poultry Breeding Industry/Key Laboratory of Southern Plant Nutrition and Fertilizer, Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Key Laboratory of Nutrient Resource Recycling and Farmland Conservation, Guangdong Province, Guangzhou 510630
    2 Guangdong Agricultural Environment and Farmland Quality Protection Center, Guangzhou 510500
    3 Shantou Agricultural Product Quality and Safety Center, Shantou 515041, Guangdong
  • Received:2025-09-07 Revised:2025-12-25 Published:2026-03-18 Online:2026-03-18

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摘要：

针对高浓度氨氮污水（模拟养殖污水，NH4+-N≈550 mg/L）臭氧氧化处理效果不佳的问题，本研究提出了一种新型铁/炭协同催化臭氧深度处理技术。在碱性条件(pH=10)下，采用10 g/L零价铁与40 g/L活性炭混合，协同催化臭氧处理。结果表明，反应24 h后，氨氮去除率达85%，反应84 h后，去除率提升至99.8%。机理分析表明，活性炭通过增强羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O2-)的生成，促进零价铁(Fe0)向二价铁(Fe2+)和三价铁(Fe3+)的转换（铁片表面Fe0含量降低至0%），加强Fe2+/Fe3+循环（Fe3+占比提高至30.5%，Fe2+占比提高至69.5%），增加铁氧化物的形成（铁片表面氧元素含量提高6.26%）。同时，活性炭的微孔结构能够富集污染物，延长自由基与污染物的接触时间，形成“吸附-催化”协同效应。该策略可操作性强、效率高，为畜禽养殖高氨氮污水的深度处理提供了新的解决方案。

关键词: 臭氧高级氧化, 铁/炭协同催化, 自由基变化, XPS, EPR分析

Abstract:

This study proposes a new model of iron/carbon synergistic catalysis to promote ozone deep treatment for high concentration ammonia nitrogen wastewater (simulated livestock and poultry breeding wastewater, NH4+-N≈550 mg/L) treated by ozone oxidation. Under alkaline conditions (pH=10), a synergistic catalytic ozone treatment was carried out by mixing 10 g/L zero valent iron with 40 g/L activated carbon. The removal rate of ammonia nitrogen reached 85% within 24 hours reaction time and increased to 99.8% within 84 hours reaction time. Results of mechanism analysis showed that: the activated carbon enhanced the generation of free radicals (·OH/·O2-) and promoted the conversion of Fe0 to Fe2+/Fe3+ (reducing Fe0 on the surface of the iron sheet to 0%); it strengthened the Fe2+/Fe3+ cycle (increasing the proportion of Fe3+ to 30.5% and Fe2+ to 69.5%), and increased the formation of iron oxides (increasing the oxygen content on the surface of the iron sheet to 6.26%); in the meanwhile, its microporous structure enriched pollutants and prolonged the contact time of free radicals, forming a synergistic effect of ‘adsorption catalysis’. In a word, this strategy has strong operability and high efficiency, providing a new idea for the deep treatment of livestock and poultry breeding wastewater and high ammonia nitrogen wastewater.

Key words: ozone advanced oxidation, iron/carbon co-catalysis, free radical change, XPS, EPR analysis