CN104085963A

CN104085963A - 一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置及该装置的处理方法

Info

Publication number: CN104085963A
Application number: CN201410336529.0A
Authority: CN
Inventors: 郭婉茜; 曹海欧; 周显娇; 杜鹃山; 银仁莉
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2014-10-08

Abstract

一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置及该装置的处理方法，本发明涉及抗生素废水的高级氧化处理方法，它涉及处理抗生素废水的装置及处理抗生素废水的方法。本发明要解决传统处理方法处理效率低，高级氧化处理抗生素后毒性增强的技术问题。该装置由臭氧发生器、直流电源、反应池、阳极、阴极、曝气头、磁热力搅拌器和温度探头组成；处理方法：将抗生素废水由进水口倒入反应池中，开启磁热力搅拌器，同时启动臭氧发生器和直流电源，处理抗生素废水。本发明采用电化学联合臭氧装置及方法实现了对于抗生素的快速去除，反应在10min中实现了对阿莫西林的完全去除，同时对于总有机碳的去除也有了明显的提升。本发明用于快速去除抗生素。

Description

一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置及该装置的处理方法

技术领域

本发明涉及抗生素废水的高级氧化处理方法，它涉及处理抗生素废水的装置及处理抗生素废水的方法。

背景技术

抗生素是由细菌、霉菌或其他微生物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其他生理活性的一类次生代谢有机物。抗生素被长期大量地用于人和动物的疾病治疗，在保障人类健康和促进畜牧业发展方面起到了重要作用。我国抗生素的使用量非常大，数据显示我国药物处方中抗生素占70％，与西方国家30％比例相比，我国抗生素滥用情况严重。抗生素被机体吸收后，少部分经过羟基化、裂解和葡萄糖醛酸化等代谢反应生成无活性的产物，而超过90％的以原形通过粪便和尿液排到体外，进入到水环境中。

水环境污染与治理成为全社会关注的焦点话题，找到高效、经济、有针对性的处理含抗生素废水的对策是研究的重点和难点。因此，今后在抗生素废水治理中应结合抗生素废水水质水量变化的特点，积极研发针对性较强的抗生素废水治理新技术、新工艺。这对实现“十二五”规划倡导的加快资源节约型、环境友好型社会建设意义重大。

目前，国外抗生素的处理技术包括传统的处理技术(生物处理，混凝，沉淀，过滤)，氧化技术(加氯，高级氧化，光解，半导体光催化，电化学)，吸附技术，膜技术，以及各技术联合的应用。污水处理厂和净水处理厂采取的传统处理技术如混凝，絮凝，沉淀和过滤，无法有效的降解抗生素类废水，因此亟需开发高效的处理技术。鉴于抗生素废水难降解的性质，高级氧化技术被大量应用于抗生素废水降解的研究。在高级氧化技术中，臭氧和Fenton氧化是最受关注的。臭氧氧化技术能够有效的去除水中的抗生素，但是，矿化率低、较长的处理时间才能达到理想的处理效果，处理后的中间产物的毒性几乎不变甚至毒性更强，这也是臭氧氧化相关研究中面临的主要问题。与此同时，设备昂贵和运行成本较高限制了臭氧氧化技术的工程应用。Fenton氧化技术是另外一种被广泛研究的高级氧化技术，尤其是Fenton与紫外照射联合的光-芬顿技术应用更为广泛。Elmolla andChaudhuri等利用这种方式，实现了抗生素的完全降解，同时提高了TOC去除率(矿化度)，出水可生化性也得到了较大改善。Fenton氧化技术在应用中同样存在难题，包括运行中如果pH操作范围控制不好，容易产生氢氧化物沉淀，以及溶解性催化剂的回收问题。

发明内容

本发明要解决传统处理方法处理效率低，高级氧化处理抗生素后毒性增强的技术问题，而提供一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置及该装置的处理方法。

一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置由臭氧发生器、直流电源、反应池、阳极、阴极、曝气头、磁热力搅拌器和温度探头组成；其中，臭氧发生器与曝气头通过管路连通，阳极与直流电源的正极连接，阴极与直流电源的负极连接，温度探头插入到反应池内的抗生素废水中，反应池的顶端设有进水口，反应池位于磁热力搅拌器上。

上述一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置的处理方法，其特征在于具体是按照以下步骤进行的：

将抗生素废水由进水口倒入反应池中，开启磁热力搅拌器，同时启动臭氧发生器和直流电源，处理抗生素废水。

本发明装置通过温度探头与磁热力搅拌器实现温度自动控制。

本发明的有益效果是：本发明采用电化学联合臭氧装置及方法实现了对于抗生素的快速去除，反应在10min中实现了对阿莫西林的完全去除，同时对于总有机碳(TOC)的去除也有了明显的提升，有效改善了单独臭氧或者其他高级氧化技术中，矿化度较低的问题，是一种有效的抗生素处理方法。

本发明用于快速去除抗生素。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置的示意图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置由臭氧发生器1、直流电源2、反应池4、阳极5、阴极6、曝气头7、磁热力搅拌器3和温度探头8组成；其中，臭氧发生器1与曝气头7通过管路连通，阳极5与直流电源2的正极连接，阴极6与直流电源2的负极连接，温度探头8插入到反应池4内的抗生素废水中，反应池4的顶端设有进水口9，反应池4位于磁热力搅拌器4上。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：反应池4池体尺寸：高度为15cm，长度为10cm，宽度为10cm。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：直流电源2的供电方式为恒压供电，控制电压为0V～30V。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：直流电源2的供电方式为恒流供电，控制电流为0A～5A。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：铂片作为阳极5；活性炭纤维毡作为阴极6。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：铂片的尺寸为2cm×3cm，活性炭纤维毡的尺寸为6cm×8cm。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：具体实施方式一所述的一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置的处理方法，具体是按照以下步骤进行的：

将抗生素废水由进水口9倒入反应池4中，开启磁热力搅拌器4，同时启动臭氧发生器1和直流电源2，处理抗生素废水。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：抗生素废水的处理浓度为50mg/L～500mg/L，pH为3～11。其它与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七不同的是：抗生素废水的处理温度为25℃～35℃。其它与具体实施方式七相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七不同的是：抗生素废水倒入反应池4的方式为连续倒入或间歇倒入。其它与具体实施方式七相同。

采用以下实施例和对比实验验证本发明的有益效果：

实施例一：

本实施例一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置由臭氧发生器1、直流电源2、反应池4、阳极5、阴极6、曝气头7、磁热力搅拌器3和温度探头8组成；其中，臭氧发生器1与曝气头7通过管路连通，阳极5与直流电源2的正极连接，阴极6与直流电源2的负极连接，温度探头8插入到反应池4内的抗生素废水中，反应池4的顶端设有进水口9，反应池4位于磁热力搅拌器4上。

本实施例所述的一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置的处理方法，具体是按照以下步骤进行的：

本实施例中直流电源2的供电方式为恒流供电，控制电流为500mA；铂片作为阳极5；活性炭纤维毡作为阴极6；活性炭纤维毡的尺寸为6cm×8cm，铂片的尺寸为2cm×3cm；抗生素废水的处理浓度为50mg/L，pH为7；抗生素废水的处理温度为30℃；抗生素为阿莫西林；抗生素废水的初始TOC值:25ppm；电解质：Na₂SO₄溶液浓度0.05mol/L，O₃浓度(气相)：30mg/L，曝气流速：0.4L/min。

具体实验的对比结果如下表：

电催化联合O₃与O₃氧化、电产生H₂O₂氧化对有机物的去除率比较

时间/min	电化学+O₃/％	O₃/％	电化学/％
				0	0	0	0
1	0.739411	0.684887	0.099211
				2	0.919836	0.896896	0.151492
3	0.987199	0.971298	0.151091
				4	0.997898	0.996089	0.206437
5	0.999684	0.999409	0.254404
				10	1	1	0.567883

由表可知相对于0₃氧化、电催化直接氧化，电催化联合0₃氧化显示了更优异的降解阿莫西林能力，去除速率有提升。

电催化联合O₃与O₃氧化、电化学氧化对有机物的矿化度比较

由表可知相对于0₃氧化、电化学氧化，电催化联合0₃氧化显示了更优异的矿化能力，矿化度有了明显的提升。

Claims

1.一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置，其特征在于一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置由臭氧发生器(1)、直流电源(2)、反应池(4)、阳极(5)、阴极(6)、曝气头(7)、磁热力搅拌器(3)和温度探头(8)组成；其中，臭氧发生器(1)与曝气头(7)通过管路连通，阳极(5)与直流电源(2)的正极连接，阴极(6)与直流电源(2)的负极连接，温度探头(8)插入到反应池(4)内的抗生素废水中，反应池(4)的顶端设有进水口(9)，反应池(4)位于磁热力搅拌器(4)上。

2.根据权利要求1所述的一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置，其特征在于反应池(4)池体尺寸：高度为15cm，长度为10cm，宽度为10cm。

3.根据权利要求1所述的一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置，其特征在于直流电源(2)的供电方式为恒压供电，控制电压为0V～30V。

4.根据权利要求1所述的一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置，其特征在于直流电源(2)的供电方式为恒流供电，控制电流为0A～5A。

5.根据权利要求1所述的一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置，其特征在于铂片作为阳极(5)；活性炭纤维毡作为阴极(6)。

6.根据权利要求5所述的一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置，其特征在于活性炭纤维毡的尺寸为6cm×8cm，铂片的尺寸为2cm×3cm。

7.如权利要求1所述的一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置的处理方法，其特征在于具体是按照以下步骤进行的：

将抗生素废水由进水口(9)倒入反应池(4)中，开启磁热力搅拌器(4)，同时启动臭氧发生器(1)和直流电源(2)，处理抗生素废水。

8.根据权利要求7所述的一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置的处理方法，其特征在于抗生素废水的处理浓度为50mg/L～500mg/L，pH为3～11。

9.根据权利要求7所述的一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置的处理方法，其特征在于抗生素废水的处理温度为25℃～35℃。

10.根据权利要求7所述的一种抗生素废水的电化学联合臭氧处理装置的处理方法，其特征在于抗生素废水倒入反应池(4)的方式为连续倒入或间歇倒入。