CN113582325A

CN113582325A - 一种抗生素废水处理装置及方法

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Publication number: CN113582325A
Application number: CN202110923874.4A
Authority: CN
Inventors: 李宁; 李�瑞; 陈冠益; 颜蓓蓓; 程占军; 林法伟; 崔孝强
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2021-08-17
Filing date: 2021-08-17
Publication date: 2021-11-02

Abstract

本发明公开了一种抗生素废水处理装置及方法，该抗生素废水处理装置，包括：填料柱，内部放置有催化剂填料，所述填料柱包括出水口；进水泵，与所述填料柱内部连通，用于向所述填料柱内输入含有抗生素废水与氧化剂的混合溶液；气瓶，与所述填料柱内部连通，用于向所述填料柱内输入气体；以及喷雾器，设置于所述填料柱内，与所述进水泵、所述气瓶分别连通，用于将所述混合溶液与所述气体混合后的物质形成雾状液体喷出；其中，所述雾状液体中的抗生素在所述催化剂填料的作用下被去除，经所述出水口排出，得到净化后的废水。本发明解决了抗生素污水不能连续处理的问题。

Description

一种抗生素废水处理装置及方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及抗生素废水处理装置及方法。

背景技术

抗生素使用广泛，且用量较大，生产及使用环节已导致大量抗生素直接或间接进入环境，世界诸多地区自然水体中已检测到抗生素的存在，对生态环境及人体健康已构成潜在危害。目前污水处理厂常采用循环式活性污泥法(CAST)工艺、序列间歇式活性污泥法(SBR)和膜生物反应器(MBR)等生物处理法去除水体残留抗生素，但其占地面积较大，处理时间长，难以直接用于处理高浓度抗生素废水。因此，开发新的处理装置，提高污水厂抗生素药物的去除效果，已成为亟待解决的难题。

在众多抗生素污水处理技术中，高级氧化技术通过产生强氧化性活性物种作为主要氧化剂，高效、彻底降解抗生素污染物，已在水污染控制方面的应用日益受到关注。但目前主要通过序批式实验进行抗生素氧化技术废水研究，尚缺乏该技术体系对抗生素废水连续、稳定、高效的处理装置及方法，限制了该技术体系在实际水处理中的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供抗生素废水处理装置及方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种抗生素废水处理装置，包括：填料柱，内部放置有催化剂填料，所述填料柱包括出水口；进水泵，与所述填料柱内部连通，用于向所述填料柱内输入含有抗生素废水与氧化剂的混合溶液；气瓶，与所述填料柱内部连通，用于向所述填料柱内输入气体；以及喷雾器，设置于所述填料柱内，与所述进水泵、所述气瓶分别连通，用于将所述混合溶液与所述气体混合后的物质形成雾状液体喷出；其中，所述雾状液体中的抗生素在所述催化剂填料的作用下被去除，经所述出水口排出，得到净化后的废水。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种抗生素废水处理方法，包括：利用进水泵将含有抗生素废水与氧化剂的混合溶液输入填料柱；利用气瓶将气体输入所述填料柱；利用喷雾器将所述混合溶液与所述气体混合后的物质形成雾状液体喷出，以使得所述雾状液体中的抗生素在所述填料柱内催化剂填料的作用下被去除；将处理后的雾状液体经液化后通过出水口排出，得到净化后的废水。

基于上述技术方案可知，本发明的抗生素废水处理装置及方法具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本发明提供了一种抗生素废水处理装置，通过进水泵使得抗生素废水能够连续地进入填料柱，从而使得抗生素废水能够被连续的去除；

(2)本发明所述抗生素废水处理装置利用进水泵将抗生素废水输入到喷雾器中，使得抗生素废水仅利用重力作用在填料柱中自上而下流出，与传统的废水自下而上流动的连续流处理装置相比，本发明的抗生素废水处理装置无需外加动力，更加节能环保，同时，由于喷雾器的作用，使抗生素与氧化剂混合液以雾状液滴形式与填料柱中催化剂充分接触，确保装置高效运行；

(3)本发明的抗生素废水处理装置，当氧化剂浓度大于或等于0.6mM时，抗生素去除率均超过95％，实际操作运行方便。

附图说明

图1是本发明实施例的一种抗生素废水处理装置；

图2是本发明实施例的填料柱顶盖及喷雾器组件的俯视图；

图3是本本发明实施例的喷雾器内部结构的俯视图。

附图标记说明

1 混合池

2 管道

3 进水泵

4 进水管

5 三通

6 喷雾器

7 顶盖

8 填料柱

9 底盖

10 出水口

11 进气管

12 气瓶

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明实施例的一种抗生素废水处理装置。

如图1所示，本发明提供了一种抗生素废水处理装置，包括：填料柱8，内部放置有催化剂填料，填料柱8包括出水口10；进水泵3，与填料柱8内部连通，用于向填料柱8内输入含有抗生素废水与氧化剂的混合溶液；气瓶12，与填料柱8内部连通，用于向填料柱8内输入气体；以及喷雾器6，，设置于填料柱8内，与进水泵3、气瓶12分别连通，用于将混合溶液与气体混合后的物质形成雾状液体喷出；其中，雾状液体中的抗生素在催化剂填料的作用下被去除，经出水口10排出，得到净化后的废水。喷雾器的俯视图如图2所示。本发明通过进水泵3使得抗生素废水能够连续地进入填料柱8，从而使得抗生素废水能够被连续的去除。

本发明的抗生素废水处理装置利用进水泵3将抗生素废水输入到喷雾器6中，使得抗生素废水仅利用重力作用使抗生素废水在填料柱8中自上而下流出，与传统的废水自下而上流动的连续流处理装置相比，本发明的抗生素废水处理装置无需外加动力，更加节能环保，同时，由于喷雾器6的作用，使抗生素与氧化剂混合液以雾状液滴形式与填料柱中催化剂充分接触，确保装置高效运行，从而使得抗生素废水能够被稳定、有效的去除。

根据本发明的实施例，再次参照图1，抗生素废水处理装置还包括：三通5，与喷雾器6、进水泵4、气瓶12分别连通，用于将混合溶液与气体混合后输入喷雾器6；以及混合池1，与进水泵3连通，用于将抗生素废水与氧化剂混合。三通5可以使抗生素废水与氧化剂的充分混合，并喷洒至填料柱8。

根据本发明的实施例，混合池1与进水泵3之间、进水泵3与三通5之间、三通5与气瓶12之间管道连接，用于混合液体和气体在管路中流通、混合。混合池1与进水泵3之间的管道2为耐腐蚀PU管。进水泵3与三通5之间为进水管4，三通5与气瓶12之间为进气管11。

根据本发明的实施例，抗生素废水处理装置中，填料柱8还包括：顶盖7，位于填料柱8的顶部，同时三通5贯穿于所述顶盖7；填料柱8柱体，填料柱8本体与顶盖7螺纹连接；底盖9，位于填料柱8底部，底盖9与填料柱8本体螺纹连接，同时出水口10设置在底盖9上。其中，顶盖7的俯视图如图3所示。

根据本发明的实施例，抗生素废水处理装置中，填料柱8柱体的外径为40mm，内径为30mm，长度为138mm；顶盖7和底盖9的材料为不锈钢、填料柱8柱体的材料为亚克力。

根据本发明的实施例，填料柱8内部还放置有脱脂棉，用于拦截所述催化剂填料，防止所述催化剂填料从所述出水口10漏出。

根据本发明的实施例，抗生素废水处理装置中进水泵3为蠕动泵，用于实现可控流速的连续进水。

根据本发明的实施例，提供一种抗生素废水处理装置处理抗生素废水的方法，包括：利用进水泵3将含有抗生素废水与氧化剂的混合溶液输入填料柱8；利用气瓶12将气体输入填料柱8；利用喷雾器6将混合溶液与气体混合后的物质形成雾状液体喷出，以使得雾状液体中的抗生素在填料柱8内催化剂填料的作用下被去除；将处理后的雾状液体经液化后通过出水口10排出，得到净化后的废水。

根据本发明的实施例，抗生素废水处理装置处理抗生素废水的方法中，抗生素为环丙沙星，抗生素废水的浓度为10-30mg/L，例如10mg/L、15mg/L、20mg/L、30mg/L；氧化剂为过氧一硫酸盐，氧化剂的浓度为0.3-1.2mM，例如0.3mM、0.6mM、1.2mM；气体为压缩空气、氮气或氩气，气体的流速为12-15L/min，例如12L/min、13L/min、14L/min、15L/min；进气口气体压力为0.02-0.05MPa，例如0.02MPa、0.03MPa、0.04MPa、0.05MPa；混合液体的流速为1-4mL/s，例如1mL/s、2mL/s、3mL/s、4mL/s。

根据本发明的实施例，抗生素废水处理装置处理抗生素废水的方法中，催化剂填料为污泥棒状催化剂，催化剂的质量为20-30g，例如20g、25g、30g；催化剂为污泥棒状催化剂，污泥棒状催化剂的直径为2-4mm，例如2mm、3mm、4mm，长度为4-8mm，例如4mm、6mm、8mm；出水口处拦截催化剂的过滤层为脱脂棉。

根据本发明的实施例，抗生素废水处理装置处理抗生素废水的方法中，污泥棒状催化剂的制备方法为：将含水率为8％-15％的污泥挤压造粒，得到成型的污泥颗粒；将成型的所述污泥颗粒利用管式炉以10-20℃/min的升温速率在500-800℃下热解2-4h，得到所述污泥棒状催化剂。其中，催化剂热解涉及升温速率为10-20℃/min，例如10℃/min、20℃/min；催化剂热解涉及热解温度为500-800℃，例如500℃、600℃、700℃、800℃；催化剂热解涉及热解时间为2-4h，例如2h、3h、4h。从而得到抗生素废水处理催化效果好的催化剂。

在一个示范性实施例中，应用本发明抗生素废水处理装置催化降解抗生素类有机污染物。具体步骤如下：

步骤A：在初始浓度为10-20mg/L的环丙沙星废水添加PMS氧化剂，使氧化剂浓度为0.3-1.2mM，液体在混合池1中混合均匀；

步骤B：开启气瓶12，通入压缩气体的压力为0.02-0.005MPa，气体流速为12-15L/min，使喷雾器6喷出连续稳定的气体；再打开进水泵3，使进水流速为1-4mL/s，泵入抗生素废水与PMS氧化剂混合物；

步骤C：气体与液体在三通5处混合，通过喷雾器6在填料柱8中喷射出细密雾状液体；

步骤D：污泥炭颗粒直径为2-4mm，颗粒长度为4-8mm；成型颗粒利用管式炉以10-20℃/min的升温速率在500-800℃热解2-4h制得，填料质量为20-30g；雾状液体通过重力作用通过密实的催化剂填料，在填料柱8底部汇集成液滴，在出水口10收集；平均出水流速为1-4mL/s。待混合池1中液体全部处理后，用注射器在全部出水中取1mL悬浮液并用0.22μm滤膜过滤，利用高效液相色谱测定样品中污染物的浓度。

以下列举具体实施例来对本发明的技术方案作详细说明。需要说明的是，下文中的具体实施例仅用于示例，并不用于限制本发明。

下述实施例中使用的化学药品和原料均为市售所得或通过公知的制备方法自制得到。

实施例1

本实施方式的抗生素废水处理装置及方法的应用结合图1，通过以下步骤进行：

S11：在100mL初始浓度为15mg/L的环丙沙星废水添加PMS氧化剂，使氧化剂浓度为0.3mM，液体在混合池1中混合均匀；

S12：开启气瓶12，通入压缩气体的压力为0.02MPa，气体流速为12L/min，使喷雾器6喷出连续稳定的气体；再打开进水泵3，使进水流速为4mL/s，泵入抗生素废水与PMS氧化剂混合物；

S13：气体与液体在三通5处混合，通过喷雾器6在填料柱8中喷射出细密雾状液体；

S14：污泥炭颗粒直径为2mm，颗粒长度范围为4-8mm；成型颗粒利用管式炉以20℃/min的升温速率在700℃热解2h制得，填料质量为30g；雾状液体通过重力作用通过密实的催化剂填料，在填料柱8底部汇集成液滴，在出水口10收集；平均出水流速为4mL/s。待混合池1中液体全部处理后，用注射器在全部出水中取1mL悬浮液并用0.22μm滤膜过滤，利用高效液相色谱测定样品中污染物的浓度。

上述实施例中抗生素去除率为80.85％，该批废水利用本发明所属工艺循环处理三次后，抗生素去除率为84.63％。

实施例2

S21：在100mL初始浓度为15mg/L的环丙沙星废水添加PMS氧化剂，使氧化剂浓度为0.6mM，液体在混合池1中混合均匀；

S22：开启气瓶12，通入压缩气体的压力为0.05MPa，气体流速为15L/min，使喷雾器6喷出连续稳定的气体；再打开进水泵3，使进水流速为1mL/s，泵入抗生素废水与PMS氧化剂混合物；

S23：气体与液体在三通5处混合，通过喷雾器6在填料柱8中喷射出细密雾状液体；

S24：污泥炭颗粒直径为2mm，颗粒长度范围为4-8mm；成型颗粒利用管式炉以20℃/min的升温速率在700℃热解2h制得，填料质量为30g；雾状液体通过重力作用通过密实的催化剂填料，在填料柱8底部汇集成液滴，在出水口10收集；平均出水流速为1mL/s。待混合池1中液体全部处理后，用注射器在全部出水中取1mL悬浮液并用0.22μm滤膜过滤，利用高效液相色谱测定样品中污染物的浓度。

上述实施例中抗生素去除率为96.19％，该批废水利用本发明所属工艺循环处理三次后，抗生素去除率为96.34％。

实施例3

S31：在100mL初始浓度为15mg/L的环丙沙星废水添加PMS氧化剂，使氧化剂浓度为1.2mM，液体在混合池1中混合均匀；

S32：开启气瓶12，通入压缩气体的压力为0.05MPa，气体流速为15L/min，使喷雾器6喷出连续稳定的气体；再打开进水泵3，使进水流速为4mL/s，泵入抗生素废水与PMS氧化剂混合物；

S33：气体与液体在三通5处混合，通过喷雾器6在填料柱8中喷射出细密雾状液体；

S34：污泥炭颗粒直径为2mm，颗粒长度范围为4-8mm；成型颗粒利用管式炉以20℃/min的升温速率在700℃热解2h制得，填料质量为30g；雾状液体通过重力作用通过密实的催化剂填料，在填料柱8底部汇集成液滴，在出水口10收集；平均出水流速为4mL/s。待混合池1中液体全部处理后，用注射器在全部出水中取1mL悬浮液并用0.22μm滤膜过滤，利用高效液相色谱测定样品中污染物的浓度。

上述实施例中抗生素去除率为100％，说明在该工艺参数条件下环丙沙星被全部去除，该本发明所述装置及工艺对连续流抗生素废水具有较高的处理效率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种抗生素废水处理装置，包括：

填料柱，内部放置有催化剂填料，所述填料柱包括出水口；

进水泵，与所述填料柱内部连通，用于向所述填料柱内输入含有抗生素废水与氧化剂的混合溶液；

气瓶，与所述填料柱内部连通，用于向所述填料柱内输入气体；以及

喷雾器，设置于所述填料柱内，与所述进水泵、所述气瓶分别连通，用于将所述混合溶液与所述气体混合后的物质形成雾状液体喷出；

其中，所述雾状液体中的抗生素在所述催化剂填料的作用下被去除，经所述出水口排出，得到净化后的废水。

2.如权利要求1所述的抗生素废水处理装置，其中，所述抗生素废水处理装置还包括：

三通，与所述喷雾器、进水泵、气瓶分别连通，用于将所述混合溶液与所述气体混合后输入所述喷雾器；以及

混合池，与所述进水泵连通，用于将所述抗生素废水与所述氧化剂混合。

3.如权利要求2所述的抗生素废水处理装置，其中，所述混合池与所述进水泵之间、所述进水泵与所述三通之间、所述三通与所述气瓶之间管道连接。

4.如权利要求1所述的抗生素废水处理装置，其中，所述填料柱还包括：

顶盖，位于所述填料柱的顶部，所述三通贯穿于所述顶盖；

填料柱柱体，所述填料柱本体与所述顶盖螺纹连接；

底盖，位于所述填料柱底部，所述底盖与所述填料柱本体螺纹连接，所述出水口设置在所述底盖上。

5.如权利要求4所述的抗生素废水处理装置，其中，所述填料柱柱体的外径为40mm，内径为30mm，长度为138mm；

所述顶盖和所述底盖的材料为不锈钢、所述填料柱柱体的材料为亚克力；

所述填料柱内部还放置有脱脂棉，用于拦截所述催化剂填料，防止所述催化剂填料从所述出水口漏出。

6.如权利要求1所述的抗生素废水处理装置，其中所述进水泵为蠕动泵。

7.一种利用权利要求1-5中任一项所述的抗生素废水处理装置处理抗生素废水的方法，包括：

利用进水泵将含有抗生素废水与氧化剂的混合溶液输入填料柱；

利用气瓶将气体输入所述填料柱；

利用喷雾器将所述混合溶液与所述气体混合后的物质形成雾状液体喷出，以使得所述雾状液体中的抗生素在所述填料柱内催化剂填料的作用下被去除；

将处理后的雾状液体经液化后通过出水口排出，得到净化后的废水。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述抗生素为环丙沙星；

所述抗生素废水的浓度为10-30mg/L；

所述氧化剂为过氧一硫酸盐；

所述氧化剂的浓度为0.3-1.2mM；

所述气体的流速为12-15L/min；

所述气体为压缩空气、氮气或氩气；

所述混合液体的流速为1-4mL/s。

9.如权利要求7所述的方法，其中，所述催化剂填料为污泥棒状催化剂；

所述催化剂的质量为20-30g；

所述催化剂为污泥棒状催化剂；

所述污泥棒状催化剂的直径为2-4mm，长度为4-8mm。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述污泥棒状催化剂的制备方法为：

将含水率为8％-15％的污泥挤压造粒，得到成型的污泥颗粒；

将成型的所述污泥颗粒利用管式炉以10-20℃/min的升温速率在500-800℃下热解2-4h，得到所述污泥棒状催化剂。