CN102285703B

CN102285703B - 超声波去除水中磺胺嘧啶的方法

Info

Publication number: CN102285703B
Application number: CN2011101604537A
Authority: CN
Inventors: 郭照冰; 周飞; 秦开桂; 林明月; 包春晓
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2011-06-15
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2031-06-15
Also published as: CN102285703A

Abstract

本发明属于水体中抗生素及其衍生物等微污染物的降解处理领域，公开一种超声波去除水中磺胺嘧啶的方法，该方法包括以下步骤：将含2mg/L~20mg/L的磺胺嘧啶的水在超声频率为20kHz、超声波功率为100-600W的条件下超声辐照，超声时间为30min-240min。超声后使用高效液相色谱测定剩余浓度，计算去除率。去除率高，处理过程不易产生二次污染。

Description

超声波去除水中磺胺嘧啶的方法

技术领域：

本发明涉及一种高级氧化技术处理难降解的有毒有机废水的方法，特别涉及了一种利用超声空化效应去除水中磺胺嘧啶的方法。

背景技术：

磺胺嘧啶一直被广泛应用于治疗和预防多种动物疾病以及促进动物生长，但磺胺嘧啶的滥用也导致了其在动物体内的蓄积和残留，可引起人的过敏反应及菌群失调，同时也导致了人体内的病原菌耐药菌株不断增多等。国家已经制定了包括磺胺嘧啶等绝大数药物的休药期以及相应的残留监控手段，欧美部分国家已经对部分磺胺类药物禁用，但在实际生产中，生产经营者为了加快动物生长，降低死亡率，提高经济效益，仍然会滥用这种药物从而导致残留的发生。

废水中的残留抗生素和高浓度有机物使传统生物处理法很难达到预期的处理效果，因残留抗生素对微生物的强烈抑制作用使好氧菌中毒，造成好氧处理困难；而厌氧处理高浓度的有机物又难以满足出水达标，还需进一步处理。针对这些问题，人们开发了许多高效深度处理工艺，具有代表性的有吸附技术、高效生物处理技术、深度化学氧化技术等。其中活性炭吸附、大孔树脂吸附、臭氧氧化已得到部分推广，但成本较高，普及化存在一定难度；光催化氧化也取得了阶段性进展，但由于成本较高和处理效果等方面的原因，较难实现工业化。因此有必要开发高效价廉的新型深度处理工艺。

发明内容：

本发明提供了一种超声波去除水中磺胺嘧啶的方法，该方法可操作性强，不易产生二次污染。

一种超声波去除水中磺胺嘧啶的方法，其特征在于，将含2mg/L~20mg/L的磺胺嘧啶的水在超声频率为20kHz、超声波功率为100-600W的条件下超声辐照，超声时间为30min-240min。

可以采用超声与H₂O₂组合降解水中磺胺嘧啶，其中H₂O₂在水中的浓度为10mg/L~20mg/L。处理的水中磺胺嘧啶溶液的浓度为10mg/L。

还可以采用超声与Fenton试剂组合降解水中磺胺嘧啶，其中H₂O₂在水中的浓度为10mg/L~20 mg/L、Fe²⁺在水中的浓度为1mg/L~2mg/L。处理水中磺胺嘧啶的浓度为10mg/L。

超声波辐照装置为自制反应器，包括：超声波细胞粉碎机、探头式钛棒、反应器、密封膜密封和室温水浴。超声波由探头式钛棒产生，探头伸入反应器液面三分之一处，探头直径为6mm。

超声后使用高效液相色谱测定剩余浓度，计算去除率。

本发明的有益效果：

采用超声波辐照技术能将水体中有害有机物转变为CO₂、H₂O、无机离子或转变为比原有机物毒性小的有机物，所以在处理生物难降解有机物方面具有显著优越性。但是单一使用超声空化技术降解有机物的处理效果和能耗并不理想,所以本发明在研究了单独超声的基础上，采用超声组合工艺(超声-H₂O₂，超声-Fenton)考察超声处理性能。

1、本发明采用超声空化技术去除水中磺胺嘧啶，超声空化作用可以产生局部高温、高压，在超声波作用下，溶液产生空化泡并迅速崩溃，整个过程发生在

时间内，从而产生超过5000K的高温和大于50MPa的高压环境，对水体中的污染物直接进行热解或与自由基氧化。

2、本发明去除水中磺胺嘧啶的方法，二次污染风险小。超声空化效应使水分解产生OH自由基的标准氧化还原电位为2.80V，是目前已知可在水处理中应用最强的氧化剂，他可以无选择的直接与水中磺胺嘧啶反应生成二氧化碳、水和矿物盐，使水中的磺胺嘧啶氧化减少，不会产生二次污染。

3、本发明涉及的超声辐照去除水中磺胺嘧啶的三种方法处理过程易于控制，可操作性强。

附图说明：

图1为该超声波辐照装置的结构示意图。

图中：1、超声波细胞粉碎机；2、探头式钛棒；3、反应器；4、密封膜、5、进水口、6、出水口、7、室温水浴。

具体实施方式：

本发明的超声波去除水中磺胺嘧啶的方法，采用图1所示装置，该超声波辐照装置包括超声波细胞粉碎机1、探头式钛棒2、反应器3、密封膜密封4和室温水浴5。超声波由探头式钛棒2产生，探头伸入反应器3液面三分之一处，探头直径为6mm。处理过程在反应器3中进行，室温水浴，该水浴为循环水冷却，可通自来水，以防止处理过程中升温太高。反应器3内准备好后，用密封膜将反应器3上口密封，进行反应，密封的作用主要是防止处理时水溅出。

以下通过实施例进一步说明本发明。

实施例1

配制浓度为10mg/L的磺胺嘧啶溶液(以水配制)，采用图1中的超声波辐照装置处理，在超声功率为100、200、300、400、500、600W条件下超声辐照180min，超声波发射采用探头式设备，经超声处理后，用高效液相色谱测定辐照后磺胺嘧啶的浓度，去除率分别为24.14%、26.14%、28.07%、30.90%、29.94%、26.23%，得出最佳超声功率为400W。

实施例2

配制浓度为20mg/L的磺胺嘧啶溶液，超声功率为400W，分别超声辐照30、60、120、180、240min，磺胺嘧啶的去除率分别为6.73%、7.42%、13.67%、19.47%、21.18%。

实施例3

实施例2中，其他条件不变，磺胺嘧啶溶液改为10mg/L，超声处理后，磺胺嘧啶的去除率分别为11.34%、13.41%、21.57%、30.90%、32.08%。

实施例4

实施例2中，其他条件不变，磺胺嘧啶溶液改为8mg/L，超声处理后，磺胺嘧啶的去除率分别为12.35%、22.17%、29.41%、34.31%、39.95%。

实施例5

实施例2中，其他条件不变，磺胺嘧啶溶液改为6mg/L，超声处理后，磺胺嘧啶的去除率分别为17.67%、22.19%、35.75%、43.04%、47.37%。

实施例6

实施例2中，其他条件不变，磺胺嘧啶溶液改为4mg/L，超声处理后，磺胺嘧啶的去除率分别为24.06%、31.67%、45.81%、51.95%、57.38%。

实施例7

实施例2中，其他条件不变，磺胺嘧啶溶液改为2mg/L，超声处理后，磺胺嘧啶的去除率分别为34.29%、53.22%、73.77%、79.26%、83.15%。

由实施例2-7可以看出，磺胺嘧啶初始浓度越低，在相同超声时间下的磺胺嘧啶去除率越高，超声辐照对低浓度磺胺嘧啶去除效果较好，这为水中微量(＜5mg/L)磺胺嘧啶的去除提供了技术支撑。

实施例8

与实施例3基本相同，向10mg/L的磺胺嘧啶溶液中加入H₂O₂，使H₂O₂的浓度为10mg/L。磺胺嘧啶的去除率分别为12.44%、15.51%、25.85%、31.53%、35.91%。

实施例9

与实施例3基本相同，向10mg/L的磺胺嘧啶溶液中加入H₂O₂，使H₂O₂的浓度为20mg/L。磺胺嘧啶的去除率分别为14.08%、18.89%、27.92%、34.56%、38.87%。

实施例10

与实施例8基本相同，向10mg/L的磺胺嘧啶、10mg/LH₂O₂溶液中加入Fe²⁺，使Fe²⁺的浓度为1mg/L。磺胺嘧啶的去除率分别为15.39%、19.74%、33.35%、40.20%、45.56%。

实施例11

与实施例8基本相同，向10mg/L的磺胺嘧啶、10mg/LH₂O₂溶液中加入Fe²⁺，使Fe²⁺的浓度为2mg/L。磺胺嘧啶的去除率分别为41.67%、47.31%、50.82%、56.45%、60.38%。

由实施例3、8、9、10、11可以看出，H₂O₂的加入在一定程度上促进磺胺嘧啶的超声辐照降解，且随着H₂O₂浓度增加，对磺胺嘧啶去除促进的程度增大。Fe²⁺加入后明显促进磺胺嘧啶的超声去除。当H₂O₂浓度恒定，Fe²⁺浓度升高时，磺胺嘧啶去除率相应地提高。

比较超声-H₂O₂组合工艺与超声-Fenton组合工艺，可以发现，超声-Fenton组合工艺对磺胺嘧啶的处理效果明显好于超声-H₂O₂组合工艺，这主要是因为H₂O₂在Fe²⁺催化作用下生成更多的·OH，从而更有利于磺胺嘧啶的去除。

Claims

1.一种超声波去除水中磺胺嘧啶的方法，其特征在于采用超声与H₂O₂、Fenton试剂组合降解水中磺胺嘧啶，将含2mg/L~20mg/L的磺胺嘧啶的水在超声频率为20kHz、超声波功率为100-600W的条件下超声辐照，超声时间为30min-240min，其中H₂O₂在水中的浓度为10mg/L~20 mg/L、Fe²⁺在水中的浓度为1mg/L~2mg/L。

2.如权利要求1所述超声波去除水中磺胺嘧啶的方法，其特征在于，处理水中磺胺嘧啶的浓度为10mg/L。