CN108793391A - 一种Fe-C电极协同好氧颗粒污泥处理抗生素药物废水的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Fe‑C电极协同好氧颗粒污泥处理抗生素药物废水的装置及方法。所述装置主要包括电极系统、好氧颗粒污泥系统、进水系统、曝气系统、出水系统和时间控制系统。电极系统采用高度5~10cm，直径1~5cm的铁棒和碳棒，利用直流电源阳极电解铁棒得到Fe²⁺促进好氧颗粒污泥中硝化细菌活性以及与脱氮相关酶活，实现Fe‑C协同好氧颗粒污泥在降低抗生素毒性的同时仍有很好的氨氮处理效果。本发明所述方法包括：启动初期，直流电源电压调整为1~2V，电流设定为0~1A，反应器接种好氧颗粒浓度控制在4~6g/L；废水中添加0.1~5.0mg/L的抗生素；曝气量控制在1~2L/min，反应器体积交换比为50%，水力停留时间为8~24h；稳定运行阶段，氨氮和抗生素出水浓度达到理想效果。

Description

一种Fe-C电极协同好氧颗粒污泥处理抗生素药物废水的装置 及方法

技术领域

本发明涉及一种Fe-C电极协同好氧颗粒污泥处理抗生素药物废水的装置及方法，属于废水生物处理领域。

背景技术

随着社会经济的快速发展，污水排放总量逐渐增大，导致许多地区的地下水资源都受到不同程度的氨氮污染。面对这一环境现状，国家对于城市污水制定的处理排放标准也逐渐提高，因而污水的深度处理也日益受到人类的关注。我国GB18918-2002《城镇污水处理厂排放标准》中一级标准A规定的TN（以N计）排放限值为15 mg/L，NH₄ ⁺-N（以N计）为5 mg/L，COD排放限值为50 mg/L。同传统的絮状活性污泥相比，好氧颗粒污泥具有规则的外形，密实的结构和优良的沉淀性。通过控制系统参数，能够实现反应器中具有较高的污泥浓度，从而减小反应器容积，提高耐冲击负荷能力，改善出水水质。

目前，污水中除氮磷等营养元素外，还含有其它有毒有害物质。抗生素，是指由微生物或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级代谢产物。常见抗生素包括青霉素、四环素、磺胺类、喹诺酮类等药物。其中，青霉素废水有机物浓度高，并含有高浓度硫酸根及表面活性剂，处理难度较大。此外，青霉素废水生化性较差，属于难降解且具有生物抑制毒性，目前比较成熟的处理工艺是预处理-厌氧-好氧活性污泥-深度处理的组合处理工艺。但此工艺过程工程设备投资较高，工艺流程比较复杂，运行操作管理成本较高。四环素类制药废水可生化性较差，一般难以直接进行生化处理，给废水处理又增加了难度。采用Fe-C能提高污泥浓度和与脱氮相关的酶活性（羟胺氧化还原酶、硝酸还原酶、一氧化氮还原酶、氧化亚氮还原酶），通过高通量测序分析，电凝能提高与脱氮有关的大多数菌的相对丰度。铁电极在阳极电解Fe²⁺提高好氧颗粒污泥中硝化细菌菌活性，同时铁电极可以显著提高好氧颗粒污泥脱氮的能力，可以使得在抗生素废水中仍然保持良好的脱氮效果。

本发明主要利用Fe-C电极协同好氧颗粒污泥处理抗生素废水，从而推动好氧颗粒污泥在抗生素废水处理中的应用，降低抗生素废水处理的投资和运行成本，同时还能在降低抗生素废水毒性的同时更好的处理氨氮。

发明内容

本发明的目的在于解决好氧颗粒污泥处理抗生素药物废水效果不理想的问题，设计一种Fe-C电极协同好氧颗粒污泥处理抗生素药物废水的装置及方法，实现好氧颗粒污泥有效处理抗生素药物废水的目的。

本发明的技术方案如下：

1.一种Fe-C电极协同好氧颗粒污泥处理抗生素药物废水的装置及方法，其特征在于，所述装置主要包括电极系统、好氧颗粒污泥系统、曝气系统、出水系统和自动控制系统；电极系统利用铁、碳两种电极；好氧颗粒污泥反应器采用高径比为5:1~10:1的圆柱状反应器，利用抽水泵从废水桶抽取废水进入好氧颗粒污泥系统；曝气头安装在反应器底部通过曝气管与曝气机连接；出水系统其特征是利用电子式计时器控制电磁阀出水。

2.所述的电极系统，其特征在于采用直流电源正极接铁电极、负极接碳电极，电极系统采用高度5~10 cm，直径1~5 cm的铁棒和碳棒，电极系统置于好氧颗粒污泥反应器顶部20~30 cm处，铁碳电极间距为5~10cm，直流电压控制在1~2 V，电流控制在0~1 A。

3.所述的一种Fe-C电极协同好氧颗粒污泥处理抗生素药物废水的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）好氧颗粒污泥系统采用序批式运行模式，进水时间控制在5~10 min，曝气时间控制在300~360 min，曝气结束污泥沉淀20~30 min；出水时间控制在20~30 min；曝气参数设定为1~2 L/min；水力停留时间为8~24 h；

（2）投加0.1~5mg/L的抗生素，接种好氧颗粒污泥浓度控制在4~6g/L，反应器体积交换比为50%；

（3）通过自动控制系统，实现进水泵、曝气机、出水电磁阀等自动运行，好氧颗粒污泥系统稳定运行20~60天，实现氨氮去除率90~99%，抗生素的去除率达到80~95%。

本发明的有益成果：

本发明所提供的一种Fe-C电极协同好氧颗粒污泥处理抗生素药物废水的装置及方法同现有传统活性污泥处理相比，具有下列优势：

（1）好氧颗粒污泥对有机负荷冲击的应变能力强。好氧颗粒污泥具有规则的、密实的、坚固的微生物结构，良好的沉降性能，较高的微生物量以及对有机负荷冲击的应变能力强等优点，解决的传统活性污泥不耐毒素冲击的问题。

（2）铁电极可以增加好氧颗粒污泥的絮凝作用。本发明利用铁电极在阳极电解Fe²⁺提高好氧颗粒污泥的污泥浓度，解决了传统活性污泥在处理抗生素废水时效果不理想的问题，实现了对好氧颗粒污泥更好的絮凝作用。

（3）本发明利用铁电极可以显著提高与脱氮相关的酶活性，进而提高好氧颗粒污泥脱氮的能力，可以使得在抗生素废水中仍然保持良好的脱氮效果。

（4）电凝能提高与脱氮有关的大多数菌的相对丰度。本发明利用电化学法提高好氧颗粒污泥中脱氮菌的相对丰度，从而提高好氧颗粒污泥脱氮能力。

附图说明

图1是本发明中一种投加Fe-C电极的好氧颗粒污泥生物处理抗生素药物废水的实验装置本发明中一种示意图。

图中：1进水泵；2继电控制器；3液面控制器；4曝气机；5铁电极；6碳电极；7温度控制器；8好氧颗粒污泥；9曝气头；10电磁阀；11直流电源；12好氧颗粒污泥反应器；13进水管；14出水管；15出水桶；16原水桶；17取样口；18正极导线；19负极导线；20电子式计时器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：

参见附图1，一种Fe-C电极协同好氧颗粒污泥处理抗生素药物废水的装置及方法，设有电极系统、好氧颗粒污泥系统、进水系统、曝气系统、出水系统、温控系统和自动控制系统。直流电源11电压调至1.5 V，电流调至0.5 A，直流电源11正极连接铁电极5，负极连接碳电极6，好氧颗粒污泥反应器12中添加好氧颗粒污泥8，在反应器有效体积的25%、50%、75%、100%处设置4个取样口17。反应器底部设有曝气头9，通过曝气管贯穿反应器与曝气机4相连；液面控制器3通过继电控制器2控制抽水泵1进水，进水由储水桶16经过进水管13进入反应器；出水通过电子式计时器20与电磁阀10相连控制，经出水管14进入出水桶15；反应器的温度通过温度控制器7调控。好氧颗粒污泥系统直径为6cm，高为60 cm，反应器体积交换比设定为50%，电极材料直径1 cm，高5 cm。

（1）好氧颗粒污泥系统采用序批式运行模式，进水时间控制在5 min，曝气时间控制在360 min，曝气结束污泥沉淀30 min；出水时间控制在30 min；曝气参数设定为1.5 L/min；水力停留时间为16 h；

（2）投加0.5 mg/L的四环素，接种好氧颗粒污泥浓度控制在5g/L，反应器体积交换比为50%；

（3）通过自动控制系统，实现进水泵、曝气机、出水电磁阀等自动运行，好氧颗粒污泥系统稳定运行20~60天，实现氨氮去除率95%以上，四环素的去除率达到90%。

Claims (4)

1.一种Fe-C电极协同好氧颗粒污泥处理抗生素药物废水的装置及方法，其特征在于，所述装置主要包括电极系统、好氧颗粒污泥系统、曝气系统、出水系统和自动控制系统；电极系统利用铁、碳两种电极；好氧颗粒污泥系统采用高径比为5:1~10:1的圆柱状反应器，利用抽水泵从废水桶抽取废水进入好氧颗粒污泥系统；曝气头安装在反应器底部通过曝气管与曝气机连接；出水系统其特征是利用电子式计时器控制电磁阀出水。

2.根据权利要求1所述的电极系统，其特征在于采用直流电源正极接铁电极、负极接碳电极，电极系统采用高度5~10 cm，直径1~5 cm的铁棒和碳棒，电极系统置于好氧颗粒污泥反应器顶部20~30 cm处，铁碳电极间距为5~10cm，直流电压控制在1~2 V，电流控制在0~1A。

3.根据权利要求1所述的一种Fe-C电极协同好氧颗粒污泥处理抗生素药物废水的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）好氧颗粒污泥系统采用序批式运行模式，进水时间控制在5~10 min，曝气时间控制在300~360 min，曝气结束污泥沉淀20~30 min；出水时间控制在20~30 min；曝气参数设定为1~2 L/min；水力停留时间为8~24 h；

（2）投加0.1~5 mg/L的抗生素，接种好氧颗粒污泥浓度控制在4~6g/L，反应器体积交换比为50%；

（3）通过自动控制系统，实现进水泵、曝气机、出水电磁阀等自动运行，好氧颗粒污泥系统稳定运行20~60天，实现氨氮去除率90~99%，抗生素的去除率达到80~95%。

4.根据权利要求项1种所述的抗生素，采用以下抗生素之一：青霉素、四环素、环丙沙星等。