CN208234701U - 一种三维-类电芬顿处理头孢氨苄的水处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种三维‑类电芬顿处理头孢氨苄的水处理系统，包括反应器、供水装置、曝气装置、加药装置和电源，反应器包括相连通的三维‑类电芬顿反应区I、生物滤料反应区和三维‑类电芬顿反应区II，三维‑类电芬顿反应区I和三维‑类电芬顿反应区II内均填充炼铁污泥基Co/Fe⁰粒子电极，三维‑类电芬顿反应区I和所述三维‑类电芬顿反应区II内分别固定有主电极阳极和主电极阴极，生物滤料反应区内填充生物滤料。污水携带过硫酸盐自进水口进入反应器，在三维‑类电芬顿反应区II中粒子电极负载的Fe⁰作用下，过硫酸盐被活化产生硫酸根自由基，电催化产生羟基自由基，通过硫酸根自由基和羟基自由基有效降解水中的污染物。

Description

一种三维-类电芬顿处理头孢氨苄的水处理系统

技术领域

本实用新型涉及水处理技术领域，尤其涉及一种三维-类电芬顿处理头孢氨苄的水处理系统。

背景技术

头孢氨苄(Cefalexin)是一种头孢菌素类抗生素，它能抑制细胞壁的合成，使细胞内容物膨胀至破裂溶解，杀死细菌。头孢氨苄在水体中长期大量存在，具有高度水溶性、持久性、生物积累性(有的具有脂溶性)、长距离迁移的特性，污染饮用水，会对生态系统和人类健康造成巨大的直接或潜在威胁，对生物体有生物毒性。生物法、膜处理技术和混凝技术等对DIC的去除效果不理想。

高级氧化法产生的强氧化活性物质对大分子有机物具有强氧化作用，有利于处理污水中的头孢氨苄，而三维电极是一种新型的高级氧化方法，其反应区域不再局限于电极的简单几何表面上，而是在整个床层的三维空间表面上进行，近年来有较多的研究。专利CN102070230A公开了一种三维电极电芬顿去除水中有机物的方法及装置，所述的装置包括反应室和气室，反应室内设置碳材料阴极、铁板阳极和固定床三维粒子电极，碳材料阴极和铁板阳极分别连接电源的两极，通电后，阳极氧化生成铁离子，阴极表面生成过氧化氢，铁离子和过氧化氢构成电芬顿试剂氧化去除废水中的有机物。阳极氧化生成铁离子后，阳极被消耗，一方面，使处理过程中需要不断更换阳极板，成本较高，更换时需要停工，影响上游生产，不能形成连续处理；另一方面，阳极消耗后生成的铁离子会随着污水一起流出，无法继续使用，需要不断消耗阳极产生铁离子，不利于循环利用，增加成本，且铁泥随污水流出后沉淀在污水中形成会形成二次污染，增加处理成本。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种三维-类电芬顿处理头孢氨苄的水处理系统，更好的处理城市污水中的头孢氨苄污染物。

本实用新型是通过如下技术方案实现的，提供一种三维-类电芬顿处理头孢氨苄的水处理系统，包括反应器、供水装置、曝气装置、加药装置和电源，所述供水装置、所述曝气装置和所述电源分别连接所述反应器。

所述反应器包括互相连通的三维-类电芬顿反应区I、生物滤料反应区和三维-类电芬顿反应区II，所述三维-类电芬顿反应区I位于所述生物滤料反应区的左侧，所述三维-类电芬顿反应区II位于所述生物滤料反应区的右侧，所述三维-类电芬顿反应区I左下设置有进水口，所述供水装置通过所述进水口连通所述反应器，所述三维-类电芬顿反应区II右上设置有出水口；所述三维-类电芬顿反应区I和所述三维-类电芬顿反应区II内均填充炼铁污泥基 Co/Fe⁰粒子电极，所述三维-类电芬顿反应区I和所述三维-类电芬顿反应区 II内分别固定有主电极阳极和主电极阴极，所述电源的正负极分别电连接所述主电极阳极和主电极阴极。所述生物滤料反应区内填充生物滤料。

本实用新型提供的水处理系统，包括三维-类电芬顿反应区I和三维-类电芬顿反应区II，所述的三维-类电芬顿反应区I和三维-类电芬顿反应区II 之间设置生物滤料反应区，污水携带加药装置加入的过硫酸盐自左侧进水口进入后首先经过首先进入三维-类电芬顿反应区I进行预处理，提高污水的可生化性，然后经过生物滤料反应区，在生物滤料的作用下，污水中小分子有机物得以降解，然后进入三维-类电芬顿反应区II进行深度处理难生物降解的物质。在三维-类电芬顿反应区II中粒子电极负载的Fe⁰作用下，过硫酸盐被活化产生硫酸根自由基，电催化产生羟基自由基，通过硫酸根自由基和羟基自由基有效降解水中的污染物。

三维-类电芬顿反应区II中粒子电极负载的Fe⁰可以活化过硫酸盐，Fe0 活化过硫酸盐可以产生Fe²⁺，Fe²⁺可继续活化过硫酸盐产生Fe³⁺，Fe³⁺还可以和 Fe⁰反应产生Fe²⁺继续活化过硫酸盐，且Fe³⁺在阴极得到一个电子被还原为Fe²⁺，使粒子电极持续高效的发挥作用，实现污水的连续处理；将Fe⁰负载于粒子电极上，不需要消耗阳极产生Fe²⁺，减少了阳极消耗的成本，并且不需要停工更换阳极，不影响上游生产，减少了停工更换阳极产生的成本，负载于粒子电极上的Fe⁰与粒子电极形成一个统一的整体，不会随污水流出，持续发挥作用的同时不会对污水造成进一步污染。

作为优选，所述三维-类电芬顿反应区I和所述生物滤料反应区之间、所述生物滤料反应区和所述三维-类电芬顿反应区II之间分别固定有隔板，所述隔板上设置有通孔，以使三维-类电芬顿反应区I、生物滤料反应区和三维 -类电芬顿反应区II连通。

作为优选，所述主电极阳极为PANI/Ti主电极阳极，所述PANI/Ti主电极阳极为负载聚苯胺的多孔钛网；所述主电极阴极为碳纤维。聚苯胺作为一种导电聚合物，负载于多孔钛网表面，能有效提高主电极阳极的抗腐蚀性，降低阳极消耗的成本。

作为优选，所述反应器还包括曝气区，所述曝气区位于所述三维-类电芬顿反应区I、生物滤料反应区和三维-类电芬顿反应区II的下方，且所述曝气区通过单层多孔承托板分别联通所述述三维-类电芬顿反应区I、生物滤料反应区和三维-类电芬顿反应区II，所述曝气装置连通所述曝气区。

作为优选，所述供水装置包括依次连通的水箱、计量泵和进水管，所述进水管连通所述进水口。

所述水箱经过计量泵计量后通过进水管连通反应器，水箱内的污水可以连续的进入反应器进行处理，水箱内的污水还可以进行补充，实现污水的连续处理，使用方便。

作为优选，所述曝气装置包括依次连通的空压机、进气管和曝气头，所述曝气头位于所述曝气区内，所述曝气头的数量可以是一个也可以是多个，当曝气头的数量为多个时，可以均匀设置于曝气区的底部，通过曝气区使整个反应区曝气均匀。

作为优选，所述加药装置包括依次连通的加药箱和加药管，所述加药管连通所述进水管。

过硫酸盐的添加采用向供水装置的水箱中添加的方式时，可能存在过硫酸盐损失的情况，使过硫酸盐的初始浓度发生改变，直接向反应器中添加则不方便，本实用新型的加药装置将过硫酸盐加入至进水管内，使过硫酸盐随污水一同进入反应器内，采用加药装置添加过硫酸盐可以避免过硫酸盐的损失，保证过硫酸盐的初始浓度。

本实用新型实施例提供的技术方案可以包含以下有益效果：

本实用新型提供的水处理系统，包括三维-类电芬顿反应区I和三维-类电芬顿反应区II，所述的三维-类电芬顿反应区I和三维-类电芬顿反应区II 之间设置生物滤料反应区，供水装置中的污水携带加药装置加入的过硫酸盐首先经左侧入水口进入三维-类电芬顿反应区I进行预处理，提高污水的可生化性，然后经过生物滤料反应区，在生物滤料的作用下，污水中小分子有机物得以降解，然后进入三维-类电芬顿反应区II进行深度处理难生物降解的物质。在三维-类电芬顿反应区II中粒子电极负载的Fe⁰作用下，过硫酸盐被活化产生硫酸根自由基，电催化产生羟基自由基，通过硫酸根自由基和羟基自由基有效降解水中的污染物。

粒子电极负载的Fe⁰可以活化过硫酸盐，生成硫酸根自由基，即：

Fe⁰+2Fe³⁺-→3Fe²⁺；

以Fe⁰作为活化剂时，活化过硫酸盐产生的Fe²⁺可再次活化过硫酸盐，使活化效率大大提高，且所生成的Fe³⁺在阴极被还原成Fe²⁺，继续活化过硫酸盐，保证炼铁污泥基/Fe⁰粒子电极持久高效催化头孢氨苄。另外，在电场作用下， Fe³⁺得电子生成Fe²⁺继续活化过硫酸盐，即：

Fe³⁺+e-→Fe²⁺；

S₂O₈ ^2-+Fe²⁺→Fe³⁺+SO₄ ²-+SO4.^-；

其中，反应生成的Fe³⁺还能在阴极还原成Fe²⁺，实现了Fe²⁺的重复利用。另外，电场强化活化过硫酸盐：S₂O₈ ^2-+e^-→SO₄ ^2-+SO4.^-，电场催化产生羟基自由基，在反应区同时存在羟基自由基和硫酸根自由基，头孢氨苄在两种自由基的共同作用下高效降解。

本实用新型将Fe⁰负载于粒子电极上，不需要消耗阳极产生Fe²⁺，减少了阳极消耗的成本，并且不需要停工更换阳极，不影响上游生产，减少了停工更换阳极产生的成本，负载于粒子电极上的Fe⁰与粒子电极形成一个统一的整体，不会随污水流出，持续发挥作用的同时不会对污水造成进一步污染。且本实用新型设置生物与滤料区，污水自下方的进水口进入后首先经过生物滤料反应区，与生物滤料反应区内填充的生物滤料接触，在生物滤料上微生物的作用下，污水中小分子有机物得以降解，增强污水处理效果。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见的，对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种三维-类电芬顿处理头孢氨苄的水处理系统的结构示意图。

图中所示：反应器1、曝气管2、单层多孔承托板3、隔板4、三维-类电芬顿反应区I5、生物滤料反应区6、三维-类电芬顿反应区II7、曝气装置8、供水装置9、加药装置10、电源11、主电极阳极12、主电极阴极13。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案,下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型的保护范围。

参见图1，所示为本实用新型实施例提供的一种三维-类电芬顿处理头孢氨苄的水处理系统的结构示意图。

由图1可知，所述三维-类电芬顿处理头孢氨苄的水处理系统包括反应器 1、供水装置9、曝气装置8、加药装置10和电源11，所述供水装置9、所述曝气装置8和所述加药装置10分别连接所述反应器1。

所述反应器1包括互相连通的三维-类电芬顿反应区I5、生物滤料反应区6和三维-类电芬顿反应区II7，所述三维-类电芬顿反应区I5位于所述生物滤料反应区6的左侧，所述三维-类电芬顿反应区II7位于所述生物滤料反应区6的右侧，所述三维-类电芬顿反应区I上设置有进水口，所述供水装置 9通过所述进水口连通所述反应器1，所述三维-类电芬顿反应区II7上设置有出水口；所述三维-类电芬顿反应区I5和所述三维-类电芬顿反应区II7内均填充炼铁污泥基Co/Fe⁰粒子电极，所述三维-类电芬顿反应区I5和所述三维-类电芬顿反应区II7内分别固定有主电极阳极12和主电极阴极13，所述电源11的正负极分别电连接所述主电极阳极12和主电极阴极13，所述生物滤料反应区6内填充生物滤料。

所述反应器还包括曝气区，所述曝气区位于所述三维-类电芬顿反应区 I5、生物滤料反应区6和三维-类电芬顿反应区II7的下方，且所述曝气区通过单层多孔承托板3分别联通所述述三维-类电芬顿反应区I5、生物滤料反应区6和三维-类电芬顿反应区II7，所述曝气装置8连通所述曝气区。

所述三维-类电芬顿反应区I和所述生物滤料反应区之间、所述生物滤料反应区与所述三维-类电芬顿反应区II之间均设置有隔板，如图1所示，箭头方向的顶部三分之一的隔板上设置有通孔，以使三维-类电芬顿反应区I、生物滤料反应区和三维-类电芬顿反应区II之间连通，箭头方向尾部的三分之二为实板，进水口位于三维-类电芬顿反应区I的箭头方向的尾部，箭头方向即为污水的流动方向，污水呈S形流动，充分在反应器1内反应，增强处理效果。

本实施例中，所述主电极阳极12为PANI/Ti主电极阳极，所述PANI/Ti 主电极阳极为负载聚苯胺的多孔钛网；所述主电极阴极13为碳纤维。所述供水装置9包括依次连通的水箱、计量泵和进水管，所述进水管连通所述进水口。所述水箱经过计量泵计量后通过进水管连通反应器，水箱内的污水可以连续的进入反应器进行处理，水箱内的污水还可以进行补充，实现污水的连续处理，使用方便。所述曝气装置8包括依次连通的空压机、曝气管2和曝气头，所述曝气头位于所述曝气区内，所述曝气头的数量为多个，均匀设置于曝气区的底部，通过曝气区使整个反应区曝气均匀。曝气管2包括一条主管和分别连通三个反应区的支管，多个曝气管2组成曝气管网，如图1所示，主管为渐缩管，以保证三个支管曝气均匀。所述加药装置10包括依次连通的加药箱和加药管，所述加药管连通所述进水管。过硫酸盐的添加采用向供水装置9的水箱中添加的方式时，可能存在过硫酸盐损失的情况，使过硫酸盐的初始浓度发生改变，直接向反应器1中添加则不方便，本实用新型的加药装置10将过硫酸盐加入至进水管内，使过硫酸盐随污水一同进入反应器1内，采用加药装置10添加过硫酸盐可以避免过硫酸盐的损失，保证过硫酸盐的初始浓度。

本实施例提供的三维-类电芬顿处理头孢氨苄的水处理系统运行过程为：

首先制备炼铁污泥基Co/Fe⁰粒子电极和PANI/Ti阳极12，然后将反应器 1、供水装置9、曝气装置8、加药装置10和电源11按照上述的结构组装完毕；供水装置9中的城市污水在进气管携带加药装置10加入的过硫酸盐经进水口进入反应器1内，首先进入三维-类电芬顿反应区I5，三维-类电芬顿反应区I5中的粒子电极和电场作用下完成预反应，增加污水的可生化性，然后穿过隔板4进入生物滤料反应区6，在生物滤料的作用下，使污水中小分子有机物得以降解，然后穿过隔板4进入三维-类电芬顿反应区II7，与三维- 类电芬顿反应区II7内的炼铁污泥基Co/Fe⁰粒子电极相接触，在Fe⁰和电场的作用下，过硫酸盐被活化产生硫酸根自由基，粒子电极基体中的过渡金属电催化产生羟基自由基，城市污水中剩余污染物经硫酸根自由基和羟基自由基有效降解后，经三维-类电芬顿反应区II7右侧的出水口出水，完成处理过程。

本实施例中，所述炼铁污泥基Co/Fe⁰粒子电极15的制备方法为：

将炼铁污泥进行充分浸泡、清洗，并在120℃条件下烘干4h，冷却至室温，置于磨球机中研磨成粉，使用80目的筛网筛分炼铁污泥粉；准确称取重量份数：炼铁污泥粉55份、氯化钠10份、水泥15份、Fe⁰20份，充分混合后滚动成球，后置于25℃恒温培养箱中培养13日，得到稳定炼铁污泥基 Co/Fe⁰粒子电极15。

本实施例中，所述PANI/Ti阳极的制备方法为：

S01：将用不同粗细程度的砂纸打磨后的多孔钛网分别用NaOH溶液在 95℃下碱洗1h、用HCl溶液在90℃酸洗1h、用去离子水冲洗，然后在鼓风干燥箱中105℃烘干备用。

S02：将十二烷基磺酸钠0.06份、正丁醇0.12份以及丙烯酸丁酯与乙醇的混合液10份，加入到30份去离子水中并磁力搅拌至透明微乳液状，用盐酸将pH值调节到1，滴加3份苯胺单体得到均一溶液。

S03：在氮气、冰水浴条件下，向上述步骤S02得到的均一溶液中缓慢滴加10份过硫酸铵溶液，滴加过程持续40min，以缓慢引发聚合反应，保持冰水浴、搅拌、氮气保护的条件下，持续反应24h得到聚苯胺悬浮液。

S04：将所述聚苯胺悬浮液均匀涂覆在所述步骤S01中得到的多孔钛网表面，105℃烘干2h，如此反复8次；最后一次置于马弗炉中300℃焙烧，得到PANI/Ti阳极。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本实用新型的技术方案并非是对本实用新型的限制，参照优选的实施方式对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。

Claims (6)

1.一种三维-类电芬顿处理头孢氨苄的水处理系统，其特征在于，包括反应器（1）、供水装置（9）、曝气装置（8）、加药装置（10）和电源（11），所述供水装置（9）、所述曝气装置（8）和所述加药装置（10）分别连接所述反应器（1）；

所述反应器（1）包括互相连通的三维-类电芬顿反应区I（5）、生物滤料反应区（6）和三维-类电芬顿反应区II（7），所述三维-类电芬顿反应区I（5）位于所述生物滤料反应区（6）的左侧，所述三维-类电芬顿反应区II（7）位于所述生物滤料反应区（6）的右侧，所述三维-类电芬顿反应区I（5）左下方设置有进水口，所述供水装置（9）通过所述进水口连通所述反应器（1），所述三维-类电芬顿反应区II（7）右上方设置有出水口；所述三维-类电芬顿反应区I（5）和所述三维-类电芬顿反应区II（7）内均填充炼铁污泥基Co/Fe⁰粒子电极，所述三维-类电芬顿反应区I（5）和所述三维-类电芬顿反应区II（7）内分别固定有主电极阳极（12）和主电极阴极（13），所述电源（11）的正负极分别电连接所述主电极阳极（12）和主电极阴极（13），所述生物滤料反应区（6）内填充生物滤料。

2.根据权利要求1所述的一种三维-类电芬顿处理头孢氨苄的水处理系统，其特征在于，所述主电极阳极（12）为PANI/Ti主电极阳极，所述PANI/Ti主电极阳极为负载聚苯胺的多孔钛网；所述主电极阴极（13）为碳纤维。

3.根据权利要求2所述的一种三维-类电芬顿处理头孢氨苄的水处理系统，其特征在于，所述反应器还包括曝气区，所述曝气区位于所述三维-类电芬顿反应区I（5）、生物滤料反应区（6）和三维-类电芬顿反应区II（7）的下方并沿此方向渐缩以保证曝气均匀，且所述曝气区通过单层多孔承托板（3）分别连通所述三维-类电芬顿反应区I（5）、生物滤料反应区（6）和三维-类电芬顿反应区II（7），所述曝气装置（8）连通所述曝气区。

4.根据权利要求3所述的一种三维-类电芬顿处理头孢氨苄的水处理系统，其特征在于，所述供水装置包括依次连通的水箱、计量泵和进水管，所述进水管连通所述进水口。

5.根据权利要求4所述的一种三维-类电芬顿处理头孢氨苄的水处理系统，其特征在于，所述曝气装置包括依次连通的空压机、进气管（2）和曝气头，所述曝气头位于所述曝气区内。

6.根据权利要求5所述的一种三维-类电芬顿处理头孢氨苄的水处理系统，其特征在于，所述加药装置包括依次连通的加药箱和加药管，所述加药管连通所述进水管。