CN110092437A - 一种餐厨垃圾废水中抗生素的降解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种餐厨垃圾废水中抗生素的降解方法，该方法首先将餐厨垃圾废水进行过滤和除油预处理，再向餐厨垃圾废水中投加微量抗生素超声均匀分散，模拟更高浓度的抗生素以便于检测处理的程度；再加入光催化剂及过氧化氢溶液，构成非均相的光芬顿（Fenton）氧化体系，对含抗生素的餐厨垃圾废水进行处理，在180 min内对抗生素的降解至少达到98.1%，实现含抗生素的餐厨垃圾废水得到净化。本发明无二次污染，工艺流程操作简单，催化剂制备原料易得，反应后的固相催化剂易于分离，对在含有机物、高氨氮背景的餐厨垃圾等存在条件下，处理各种抗生素等新型污染物具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及对餐厨垃圾废水中有关成分微量抗生素的应用处理，尤其涉及光激发的非均相Fenton氧化反应有效处理餐厨垃圾废水中微量抗生素。
背景技术
抗生素长期被应用于治疗药物感染，同时也作为添加剂加在畜牧产品中，这些抗生素的过度使用以及不合理控制都直接间接性的会对环境造成影响，并且在处理时，考虑到经济性，部分抗生素残留物会作为饲料和肥料进一步使用，但也会导致某些肉，蛋类食品有残余抗生素，经食物链对人体造成伤害。因此，能有效处理餐厨垃圾废水中所含的微量抗生素十分有必要，其中四环素类等均是典型的光谱抑菌剂，并广泛应用于治疗人类和动物疾病。
餐厨垃圾废水因有较高的COD(8000-20000mg/L)、NH3-N(1500-2500mg/L)、TP(50-150mg/L)、SS(8000-15000mg/L)，pH为4-6，处理起来不太容易，在此基础上要降解餐厨垃圾废水中的微量抗生素就更增加了废水无害化处理的难度。那么，要处理餐厨垃圾废水中抗生素，考虑结合光催化的Fenton氧化技术与有较强吸附作用的铁-碳复合催化剂的特性，处理餐厨垃圾废水中抗生素也就具有实际应用价值。
发明内容
本发明的目的是针对餐厨垃圾废水成分复杂，背景干扰物质浓度极高，常规技术难以处理的问题，提供了一种处理餐厨垃圾废水中微量抗生素的方法，催化过程不产生二次污染，降低生物抗药性。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种餐厨垃圾废水中抗生素的降解方法，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：将除油后的餐厨垃圾废水进行稀释，得到稀释的餐厨垃圾废水，其中，稀释比例为餐厨垃圾废水与水的体积比为2-10ml︰198-190mL；
步骤2：将抗生素加入稀释的餐厨垃圾废水中，得到含抗生素的稀释餐厨垃圾废水，抗生素与稀释的餐厨垃圾废水的质量体积比为3-5mg︰200mL；
步骤3：将氧化石墨烯和碳纳米管以质量比为7︰3比例混合溶于水中，再取FeSO4·7H2O放入氧化石墨烯-碳纳米管分散液中，其中FeSO4·7H2O、氧化石墨烯-碳纳米管与水质量体积比为500-800mg︰40-60mg︰40mL，之后超声处理30min，95℃水浴加热反应6h，制得催化剂α-羟基氧化铁负载石墨烯-碳纳米管，烘干备用；
步骤4：将α-羟基氧化铁负载石墨烯/碳纳米管催化剂投入到含有浓度为15-25mg/L抗生素的餐厨垃圾废水中，然后加入过氧化氢溶液，采用紫外光或可见光灯激发，构成光激发的非均相芬顿(Fenton)处理体系，室温条件下磁力搅拌器搅拌，在180min内对抗生素的降解至少达到98.1％，餐厨垃圾废水得到净化；所述α-羟基氧化铁负载石墨烯-碳纳米管催化剂的质量浓度为0.25-0.5g/L，过氧化氢的摩尔浓度为1-3mmol/L；紫外光或可见光灯采用汞灯或氙灯，功率100-350W。
本发明将抗生素加入稀释的餐厨垃圾废水中，因微量抗生素浓度不易检测，这样得到的含更高抗生素浓度的稀释餐厨垃圾废水，更便于检测处理的抗生素浓度变化。
本发明具有下列优点和效果：
1)α-羟基氧化铁负载石墨烯-碳纳米管催化剂与过氧化氢以及紫外光构成的非均相光催化体系操作简单，三者通过协同作用，能有效处理具高浓度背景有机污染物的餐厨垃圾废水中抗生素，那么对于厨余垃圾废水中微量抗生素也能达到较好的降解效果，并能够降低其生物毒性，降解过程不产生二次污染，固相催化剂易于分离回收再利用。
2)工艺流程简单，降解过程容易进行。
3)催化剂制备方法简便易行，原料广泛易得，成本低，有很好的应用前景。
4)对在含有机物、高氨氮背景的餐厨垃圾等存在条件下，处理各种抗生素等新型污染物具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例光激发的非均相Fenton处理体系对餐厨垃圾废水中四环素降解随时间变化曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
表1为餐厨垃圾废水水质指标的参考值，成分较复杂且COD，TN，含盐量等都比较高，较难处理；采用α-羟基氧化铁负载石墨烯-碳纳米管催化剂对餐厨垃圾废水中抗生素进行降解。
表1餐厨垃圾废水水质指标
表1中，除pH外，其他水质指标的单位均为mg/L。
实施例
选取四环素作为目标有害微量抗生素与稀释后的餐厨垃圾废水混合，作为待处理污染水体。抗生素污染物浓度均为20mg/L，反应液体积为0.2L，将100mgα-羟基氧化铁负载石墨烯-碳纳米管的催化剂投加到上述反应液中；然后加入1.5mmol/L过氧化氢，同时打开置于反应器皿正上方光源(100W汞灯)，磁力搅拌器搅拌，180min后四环素的降解效率能达到98.1％。
(1)操作条件
污染物质量浓度：20mg/L；催化剂量：100mg；反应液体积：0.2L。
灯光类型(液面中心位置)：100W汞灯。
搅拌器搅拌速度：200rpm；反应温度：25℃。
(2)实验结果
四环素的降解，结合附图1，加入过氧化氢及打开紫外灯后，180min后四环素的降解效率达到98.1％，几乎完全得到降解。
本申请在使用少量催化剂量和过氧化氢剂量的情况下，在光的激发下，创新应用在催化降解高亲水性有机污染物的餐厨垃圾废水背景中微量抗生素处理方面，极大提高了反应体系的催化效率和应用范围，节约了催化剂和过氧化氢的使用量，节约了运行成本，并且该反应体系也可用于背景亲水有机污染物中其他微量新型有机污染物的催化降解，具有实用性。
Claims (1)
1.一种餐厨垃圾废水中抗生素的降解方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：将除油后的餐厨垃圾废水进行稀释，得到稀释的餐厨垃圾废水，其中，稀释比例为餐厨垃圾废水与水的体积比为2-10ml︰198-190 mL；
步骤2：将抗生素加入稀释的餐厨垃圾废水中，得到含抗生素的稀释餐厨垃圾废水，抗生素与稀释的餐厨垃圾废水的质量体积比为3-5mg︰200 mL；
步骤3：将氧化石墨烯和碳纳米管以质量比为7︰3比例混合溶于水中，再取FeSO4·7H2O放入氧化石墨烯-碳纳米管分散液中，之后超声处理30min，95℃水浴加热反应6h，制得催化剂α-羟基氧化铁负载石墨烯-碳纳米管，烘干备用；其中FeSO4·7H2O、氧化石墨烯-碳纳米管与水质量体积比为500-800mg︰40-60mg︰40 mL；
步骤4：将α-羟基氧化铁负载石墨烯-碳纳米管催化剂投入到含有浓度为15-25 mg/L抗生素的餐厨垃圾废水中，然后加入过氧化氢溶液，采用紫外光或可见光灯激发，构成光激发的非均相芬顿（Fenton）处理体系，室温条件下磁力搅拌器搅拌，在180 min内对抗生素的降解至少达到98.1%，餐厨垃圾废水得到净化；所述α-羟基氧化铁负载石墨烯-碳纳米管催化剂的质量浓度为0.25-0.5 g/L，过氧化氢的摩尔浓度为1-3 mmol/L；紫外光或可见光灯采用汞灯或氙灯，功率100-350W。
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