CN109867372B - 一种用于去除废水中抗生素的吸附-膜分离耦合装置及废水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种用于去除废水中抗生素的吸附‑膜分离耦合装置及废水处理方法。所述装置包括预处理池、调节池、反应池、净水池及其连接用的管道；所述预处理池、调节池、反应池、净水池通过管道串联。所述方法操作步骤包括：在预处理池中投入预处理剂，对废水进行预处理；转入在调节池中调节上清液的酸碱度和温度；转入反应池中加入吸附材料并曝气进行反应；将反应液转入清水池；停止运行时，关闭电源开关和其他相应阀门。本发明装置具有操作简便，清洗方便等优点，可以同时解决纳滤、反渗透膜分离能耗高和吸附剂价格高难回收等问题，又大大提高了废水中抗生素的去除效率。

Description

一种用于去除废水中抗生素的吸附-膜分离耦合装置及废水 处理方法

技术领域

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种用于去除废水中抗生素的吸附-膜分离耦合装置及废水处理方法。

背景技术

抗生素废水是在生产过程中产生的一类含有残余抗生素、中间产物的有机废水，该类废水成分复杂，含有多种难降解物质，其中有机物、悬浮物含量高，pH范围大，带有颜色和气味，具有较强的生物毒性，目前国内抗生素的使用量大，滥用情况严重。抗生素被机体吸收后，并未被完全吸收，有大约60％-90％以药物原形或初级代谢产物的形式随动物粪便排出体外，随着在水体中的广泛迁移，抗生素出现在土壤、底泥、地表水、地下水和饮用水中，即使是低浓度的抗生素也有很强的生物活性，经过食物链在人体内长期积累、富集，造成耐药性基因的变异，甚至发生致畸、致突变等严重后果。因而，有必要开发高效的处理方法有效的去除水体中的抗生素。

鉴于抗生素废水的危害以及难降解的性质，专利CN1733624A公开了一种用光催化反应-膜分离处理废水中抗生素的方法，此方法通过光催化氧化反应器，把废水中的有机物降解并用膜截留水中的无机盐和有机物。然而，该方法去除抗生素还不够成熟，抗生素不能实现回收且操作过程繁琐，成本较高，同时废水降解过程的中间产物风险有待评价。专利CN104671597A公开了一种高氨氮、高有机废水的抗生素废水的处理工艺，该工艺涵盖预处理、好氧、厌氧处理，催化氧化等多模块组成，处理工艺较为复杂，投入成本较高。专利CN102153162A公开了一种氢氧化钾活化的活性炭在吸附去除水体中抗生素类药物方面的应用，该应用以氢氧化钾活化的活性炭为吸附剂，处理了受药物污染的废水中的抗生素。但是，该应用吸附时耗费时间长，吸附剂生产过程复杂且生产耗能过高。

抗生素废水处理当前分为生化法和物化法。物化法处理抗生素废水主要包括：高级氧化、膜分离和吸附法。废水中残留的抗生素对微生物有抑制作用，不适于传统的生化处理，高级氧化技术可将抗生素降解，无法实现回收且成本高，同时降解过程的中间产物风险性有待评价。纳滤、反渗透为主的膜分离技术对抗生素类具有很好的截留效果，但能耗高且膜污染严重。多孔材料(如活性炭，竹炭、黏土，多聚物，纳米材料)吸附是抗生素废水处理较为有效的方式，但部分吸附剂价格高难回收。

发明内容

基于上述问题，本发明申请提出一种用于去除废水中抗生素的吸附-膜分离耦合装置及其废水处理方法，用于抗生素类废水的高效、低成本处理，解决抗生素废水难处理的问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种用于去除废水中抗生素的吸附-膜分离耦合装置，所述装置包括预处理池、调节池、反应池、净水池及其连接用的管道；所述预处理池、调节池、反应池、净水池通过管道串联；

进一步的，所述预处理池和所述调节池之间的连接管道上设有第一流体循环泵及第一开关阀；所述调节池和所述反应池之间的连接管道上设有第二流体循环泵及第二开关阀；所述反应池和所述净水池之间的连接管道上设有负压抽水泵及第三开关阀，各池底设有可封闭排放槽。

进一步的，所述装置调节池为密闭容器，其顶部为顶盖，所述顶盖上设预留孔供排水管道和其他装置贯穿。所述顶盖上方设置有酸碱测试及自动调节装置、螺旋搅拌装置和智能控温装置；所述螺旋搅拌装置的搅拌部、酸碱测试及自动调节装置的感应部和智能控温装置的感应部通过顶盖上的预留孔伸入调节池中，用于搅拌调节池中的废水和感应废水的酸碱度和温度；

所述反应池为密闭容器，其顶部为顶盖，所述顶盖上设预留孔供排水管道和其他装置贯穿。所述顶盖上方设置有液位装置；所述液位装置的感应部通过顶盖上的预留孔伸入反应池中，感应反应池中液位；膜组件设置在反应池内部，运作时膜组件处于被反应池中液体全部或部分淹没的状态，利于膜组件与废水的充分接触；微孔曝气头设置在反应池底部；优选的，所述液位控制装置的感应部最下端位置高于膜组件最顶部位置，可以有效防止反应池中废水液面过高溢出或液面过低以致没完全浸泡到膜组件；所述反应池还包括空气压缩机；所述空气压缩机设置在池外，微孔曝气头与空气压缩机通过管道相连通。

所述装置的预处理池底部设置有污泥排放口，调节池、反应池、净水池池底各有排水口，方便沉降后的杂质以及水的清理和排放。

进一步的，反应池中微孔曝气头至少为两个；其中，至少一个设置在膜组件下方，可以有效减小吸附剂在膜表面吸附，至少一个设置在反应池底部中部位置，用于调控废水中溶氧量，使抗生素去除率达到最大化。

进一步的，所述微孔曝气头与空气压缩机之间的连接管道上设置有空气流量计和第四开关阀。

进一步的，所述装置还包括仪器控制装置；所述仪器控制装置包括空气压缩机开关、螺旋搅拌器开关、酸碱测试及自动调节装置开关、智能控温装置开关、急停开关和电源指示；所述的空气压缩机开关、螺旋搅拌器开关、酸碱测试及自动调节装置开关和智能控温装置开关分别对应地与空气压缩机、螺旋搅拌装置、酸碱测试及自动调节装置和智能控温装置电连接，各开关连接各对应的装置的电路，可有效控制整个装置处理废水的过程。

进一步的，所述装置的预处理池前设置有隔栅，有效隔离较大尺寸的污染物。

进一步的，调节池与反应池相连的管道上和所述反应池与净水池的连接管道上分别设置有液体流量计。

一种利用上述用于去除废水中抗生素的吸附-膜分离耦合装置处理废水的方法，包括：

S1、废水加入到预处理池中；

S2、向预处理池的废水中投入预处理剂，待上层液体澄清后，将上清液转入到调节池中；

S3、在调节池中调节上清液的酸碱度和温度；

S4、将经调节池中处理后的上清液，转入反应池中；

S5、向反应池的上清液中加入吸附材料与上清液进行反应；

S6、将反应池中处理过的反应液转入清水池；

S7、停止运行时，关闭电源开关和其他相应阀门。

进一步的，所述以吸附-膜分离耦合工艺法去除抗生素装置的废水处理方法，包括：

S1、待处理废水经过隔栅加入到预处理池中；

S2、向预处理池的废水中投入絮凝剂和助凝剂；每升废水投入量为：50～200mg无机铝盐(絮凝剂)和2～3mg聚丙烯酰胺(助凝剂)，待上层液体澄清后，打开第一流体循环泵和第一开关阀，使上清液流入到调节池中；

S3、开启螺旋搅拌装置和酸碱测试及自动调节装置调节酸碱度，打开智能控温装置调节上清液温度；

S4、上清液经调节池处理20～30min后，开启第二流体循环泵和第二开关阀，把初步处理的清液流入反应池中；

S5、当反应池中上清液液面溢过膜组件后，每升液体加入5～20g吸附材料的量，开启空气压缩机及其第四开关阀；

S6、反应池中液体反应一段时间后，待液面达到液位装置运行高度时，开启负压抽水泵以及第三开关阀，将反应池中的处理过的水转入净水池；

S7、停止运行时，关闭电源开关和其他相应阀门。

进一步的，所述处理方法步骤S6中，还包括以下操作：调节旁路阀门和流体入口阀门(其中旁路阀门指第一开关阀；流体入口阀门包括第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀)，控制净水的流速为80～120L/h；

进一步的，S1中待处理废水抗生素含量为10～1000mg/L,pH为3～10。

进一步的，S3中废水pH应调至4～9，温度为25～30℃。

进一步的，所述S5中的吸附材料可以为竹炭、黏土、多聚物、纳米材料、微粒和树脂等中的一种或者多种组合，作为优选，优先选择成本较低的黏土矿物材料凹凸棒土，其粒径为50～1000目，投放量为每升液体5～20g。

进一步的，所述S5中空气压缩机运行时，反应池中清液曝气量应调至5～15mg/L。

进一步的，所述S6中吸附材料与反应池中清液接触吸附时间为0.5～6h。

本发明的有益效果：

本发明装置具有操作简便，清洗方便等优点，可以同时解决纳滤、反渗透膜分离能耗高和吸附剂价格高难回收等问题，又大大提高了废水中抗生素的去除效率，而且本发明装置组装经济实惠，适合中小型企业相应的污水处理。

本发明提出一种吸附-膜分离耦合工艺装置及其运行方法，用于抗生素类废水的高效、低成本处理，解决抗生素废水难处理的问题。该工艺装置目前用于实验室配制抗生素废水，去除达到90％以上，此外，后期采用实际废水(养殖场一级生化处理后废水)内抗生素的去除依然具有较好的效果。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

附图标记说明：

1、预处理池；2、调节池；3、反应池；4、净水池；5、仪器控制装置；6、隔栅；7、酸碱测试及自动调节装置；8、螺旋搅拌装置；9、智能控温装置；10、液位装置；11、膜组件；12、微孔曝气头；13、空气压缩机；14、气体流量计；15、液体流量计；16、第一流体循环泵；17、第一开关阀；18、第二流体循环泵；19、负压抽水泵；20、第二开关阀；21、第三开关阀；22、第四开关阀。

具体实施方式

为了更好的说明本发明技术方案所要解决的问题、采用的技术方案和达到的有益效果，现结合具体实施方式进一步阐述。值得说明的是，本发明技术方案包含但不限于以下实施方式。

实施例1一种用于去除废水中抗生素的吸附-膜分离耦合装置

参见附图1，本发明的用于去除废水中抗生素的吸附-膜分离耦合装置，所述装置包括预处理池1、调节池2、反应池3、净水池4及其连接用的管道；所述预处理池1、调节池2、反应池3、净水池4通过管道串联；

所述预处理池1和所述调节池2之间的连接管道上设有第一流体循环泵16及第一开关阀7；所述调节池2和所述反应池3之间的连接管道上设有第二流体循环泵18及第二开关阀20；所述反应池3和所述净水池4之间的连接管道上设有负压抽水泵19及第三开关阀21，各池底设有可封闭排放槽(图中未示出)，可对需要排出的物质起到引导作用。

所述装置调节池2为密闭容器，其顶部为顶盖，上设预留孔供排水管道和其他装置贯穿。所述顶盖上方设置有酸碱测试及自动调节装置7、螺旋搅拌装置8和智能控温装置9；所述螺旋搅拌装置8的搅拌部、酸碱测试及自动调节装置7的感应部和智能控温装置9的感应部通过顶盖上的预留孔伸入调节池中，用于搅拌调节池中的废水和感应废水的酸碱度和温度等。

所述反应池3为密闭容器，其顶部为顶盖，上设预留孔供排水管道和其他装置贯穿。其顶盖上方设置有液位装置10；所述液位装置10的感应部通过顶盖上的预留孔伸入反应池中，感应反应池3中液位；膜组件11设置在反应池内部，运作时膜组件11处于被反应池3中液体全部或部分淹没的状态，利于膜组件11与废水的充分接触；微孔曝气头12设置在反应池3底部；优选所述液位控制装置10的感应部最下端位置高于膜组件11最顶部位置，可以有效防止反应池3中废水液面过高溢出或液面过低以致没完全浸泡到膜组件11。

所述预处理池1底部设置有污泥排放口，调节池2、反应池3、净水池4池底各设有排水口，方便沉降后的杂质以及水的清理和排放。

反应池3中微孔曝气头12至少为两个；其中，至少一个设置在膜组件11下方，如有多个曝气头12时，也可弥散分布于膜组件11下方，可以有效减小吸附剂在膜表面的吸附堵塞；至少一个设置在反应池3底部中部位置，如有多个曝气头12时，也可弥散分布于反应池3底部，用于调控废水中溶氧量，使抗生素去除率达到最大化；所述反应池还包括空气压缩机13；所述空气压缩机13设置在池外，微孔曝气头12与空气压缩机13通过管道相连通。

所述微孔曝气头12与空气压缩机13之间的连接管道上设置有空气流量计14和第四开关阀22；所述微孔曝气头12、空气流量计14、第四开关阀22和空气压缩机13串联。

所述装置的预处理池1前可设置隔栅6，有效预先隔离较大尺寸的污染物。

所述调节池2与反应池3相连的管道上和所述反应池3与净水池4的连接管道上分别增设置有液体流量计15。

本发明所述装置还包括仪器控制装置5；所述仪器控制装置5包括空气压缩机开关、螺旋搅拌器开关、酸碱测试及自动调节装置开关、智能控温装置开关、急停开关和电源指示；所述仪器控制装置5的空气压缩机开关、螺旋搅拌器开关、酸碱测试及自动调节装置开关和智能控温装置开关分别对应地与空气压缩机13、螺旋搅拌装置8、酸碱测试及自动调节装置7、智能控温装置9电连接，各开关连接各对应的装置的电路，可有效控制整个废水处理的过程。

实施例2利用本发明的用于去除废水中抗生素的吸附-膜分离耦合装置处理废水的方法

以吸附-膜分离耦合装置去除抗生素的废水处理方法，包括：

S1、将经过格栅粗滤的废水加入到预处理池1中；起始废水抗生素含量为700mg/L,pH为8；

S2、向预处理池1的废水中投入絮凝剂和助凝剂；每升废水投入量为：100mg无机铝盐和2mg聚丙烯酰胺，待上层液体澄清后，打开第一流体循环泵16和第一开关阀17，使上清液流入到调节池2中；

S3、开启螺旋搅拌装置8和酸碱测试及自动调节装置7调节酸碱度至7，打开智能控温装置9并调到26℃；

S4、上清液经调节池2处理20min后，开启第二流体循环泵18和第二开关阀20，把初步处理的清液流入反应池3中；

S5、当反应池3中上清液液面溢过膜组件11后，加入粒径为800目的黏土矿物材料凹凸棒土作为吸附材料，投放量为每升废水10g，然后开启空气压缩机13及第四开关阀22；调节第四开关22使反应池中清液曝气量为8mg/L。

S6、反应池3中液体反应2h后，待液面达到液位装置运行高度时，开启负压抽水泵19以及第三开关阀21，将反应池3中的处理过的水转入净水池4；调节旁路阀门和流体入口阀门(其中旁路阀门指第一开关阀；流体入口阀门包括第二开关阀、第三开关阀、第四开关阀)，控制净水的流速为110L/h；

S7、停止运行时，关闭电源开关和其他相应阀门。

经检测，最终净水池4中经过本发明装置和处理方法处理的废水中抗生素含量降至25mg/L，抗生素去除率达96.43％。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种用于去除废水中抗生素的吸附-膜分离耦合装置，其特征在于，所述装置包括预处理池、调节池、反应池、净水池及其连接用的管道；所述预处理池、调节池、反应池、净水池通过管道串联；

所述调节池设置有酸碱测试及自动调节装置、螺旋搅拌装置和智能控温装置；

所述反应池设置有液位装置、膜组件、微孔曝气头、空气压缩机和吸附材料；

所述预处理池底部设置有污泥排放口，所述调节池、反应池、净水池池底分别设有排水口；

去除废水中抗生素的吸附-膜分离耦合装置处理废水的方法，操作步骤包括：

S1、将待处理废水加入到预处理池中；

S2、向预处理池的废水中投入预处理剂，待上层液体澄清后，将上清液转入到调节池中；

S3、在调节池中调节上清液的酸碱度和温度；

S4、将经调节池中处理后的上清液，转入反应池中；

S5、向反应池的上清液中加入吸附材料与上清液进行反应；

S6、将反应池中处理过的反应液转入清水池；

S7、停止运行时，关闭电源开关和其他相应阀门。

2.根据权利要求1所述的分离耦合装置，其特征在于，所述预处理池和所述调节池之间的连接管道上设有第一流体循环泵及第一开关阀；所述调节池和所述反应池之间的连接管道上设有第二流体循环泵及第二开关阀；所述反应池和所述净水池之间的连接管道上设有负压抽水泵及第三开关阀；调节池与反应池相连得管道上和所述反应池与净水池的连接管道上均设置有液体流量计。

3.根据权利要求1所述的分离耦合装置，其特征在于，反应池中微孔曝气头至少为两个。

4.根据权利要求1所述的分离耦合装置，其特征在于，所述装置还包括仪器控制装置；所述仪器控制装置包括空气压缩机开关、螺旋搅拌器开关、酸碱测试及自动调节装置开关、智能控温装置开关、急停开关和电源指示；所述空气压缩机开关、螺旋搅拌器开关、酸碱测试及自动调节装置开关和智能控温装置开关分别对应地与所述空气压缩机、螺旋搅拌装置、酸碱测试及自动调节装置和智能控温装置电连接。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的分离耦合装置，其特征在于，所述装置的预处理池前设置有隔栅。

6.根据权利要求1所述的分离耦合装置，其特征在于，操作步骤包括：

S1、将待处理废水加入到预处理池中；

S2、向预处理池的废水中投入絮凝剂和助凝剂；每升废水投入量为：50～200mg无机铝盐和2～3mg聚丙烯酰胺，待上层液体澄清后，打开第一流体循环泵和第一开关阀，使上清液流入到调节池中；

S3、开启螺旋搅拌装置和酸碱测试及自动调节装置调节酸碱度至4～9，打开智能控温装置调节上清液温度至25～30℃；

S4、上清液经调节池处理20～30min后，开启第二流体循环泵和第二开关阀，把初步处理的清液流入反应池中；

S5、当反应池中上清液液面溢过膜组件后，按每升废水5～20g的量加入吸附材料，开启空气压缩机及其第四开关阀，将反应池中清液曝气量应调至5～15mg/L；

S6、反应池中液体反应时间为0.5～6h后，待液面达到液位装置运行高度时，开启负压抽水泵以及第三开关阀，将反应池中的处理过的水转入净水池；

S7、停止运行时，关闭电源开关和其他相应阀门。

7.根据权利要求6所述的分离耦合装置，其特征在于，所述S1中待处理废水抗生素含量为10～1000mg/L,pH为3～10。

8.根据权利要求6所述的分离耦合装置，其特征在于，S5中所述的吸附材料为竹炭、黏土、多聚物、纳米材料、微粒和树脂中的一种或者多种。

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