CN211078564U - 一种基于锰基光电催化pms降解抗生素废水的处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置，包括水槽本体，水槽本体上设有用于输入抗生素废水的进水口和用于排出净化水的出水口，水槽本体内设有电极组，电极组由若干对电极组成，每对电极由一阳极板和一阴极板间隔设置组成，且每对电极的阳极板的内侧上均涂覆有锰基催化剂，电极组的下方设置有喷淋主管道，且在喷淋主管道上设有若干个喷头，各喷头相应地伸入到各对电极之间的间隙中去，使经PMS输入泵输入到喷淋主管道内的PMS溶液能被喷到电极上并与锰基催化剂充分接触并反应。本实用新型其结构及处理工艺较为简单，废水处理成本低廉，抗生素降解效果好，处理后的水质可生化性良好，处理后可达工业废水排放标准。

Description

一种基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置

技术领域

本实用新型涉及抗生素废水处理设备技术领域，具体涉及一种基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置。

背景技术

我国自生产抗生素以来，产量逐年递增，已成为世界上主要的抗生素生产国之一。大量抗生素的生产使用现状日益严重，由于其成分复杂、难降解等问题，其在环境中长期积累富集，使得废水中产生了大量的新型污染物，给环境造成了严重的污染，也对人体的健康产生了潜在威胁。

本专利所关注的喹诺酮类抗生素由于其只有少部分被机体吸收利用，大部分会以代谢的形式排到体外。考虑残留于环境中的抗生素容易引起细菌的耐药性，目前在环境中的降解方式有物理法，生化法以及高级氧化法等多种工艺，但各种方法都存在一定的局限性。多数处理后的水质可生化性较差，难以达到我国的排放标准。而现有的处理新型污染物的方法大多价格昂贵，实用性不高，难以大范围推广。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置，其主要解决的是现有抗生素废水降解方法都存在一定的局限性，多数处理后的水质可生化性较差，难以达到排放标准等技术问题。

为达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置，包括水槽本体，水槽本体上设有用于输入抗生素废水的进水口和用于排出净化水的出水口，水槽本体内设有电极组，电极组由若干对电极组成，每对电极由一阳极板和一阴极板间隔设置组成，且每对电极的阳极板上涂覆有活性炭，阴极板上涂覆有锰基催化剂，电极组的下方设置有喷淋主管道，且在喷淋主管道上设有若干个喷头，各喷头相应地伸入到各对电极之间的间隙中去，使经PMS输入泵输入到喷淋主管道内的PMS溶液能被喷到电极上并与锰基催化剂充分接触并反应，水槽本体顶部设有一上盖板，上盖板的底面上设有若干紫外灯。

进一步，所述水槽本体上设有废水回流管道，废水回流管道一端连通水槽本体底部，另一端连通水槽本体上部，废水回流管道上设有循环泵，通过废水回流管道和循环泵使抗生素废水在水槽本体内能循环流动起来。

进一步，所述电极组由对等距间隔排列在水槽本体内的电极组成，且电极组下方设有三根与PMS输入泵相连通的喷淋主管道，每根喷淋主管道上均设有个喷头。

进一步，所述喷淋主管道一端连接在水槽本体内侧壁上，另一端形成PMS进液口，且PMS进液口穿出水槽本体侧面，三根喷淋主管道的PMS进液口通过分流管路与PMS输入泵的输出口相连通，PMS输入泵的输入口与PMS储液箱相连通。

进一步，所述电极通过连接管与上盖板的底面相连接。

进一步，所述上盖板上设有太阳能板，水槽本体底部上设有蓄电池，太阳能板与蓄电池、紫外灯和电极组电连接。

进一步，所述上盖板上设有支撑架，太阳能板通过支撑架架设在上盖板上。

进一步，所述锰基催化剂为掺铁二氧化锰催化剂。

进一步，所述水槽本体底部设有一污泥斗。

进一步，所述水槽本体侧面上设有一取样口。

本实用新型所述的基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置，具有如下优点：

本实用新型其结构及处理工艺较为简单，废水处理成本低廉，抗生素降解效果好，处理后的水质可生化性良好，处理后可达工业废水排放标准。本实用新型中，待处理的抗生素废水首先通过水槽本体上的进水口输入到水槽本体内，然后使PMS溶液经过PMS输入泵输入到喷淋主管道内再从喷头处喷到电极上去而与涂覆在阳极板内侧上的锰基催化剂充分接触并反应产生SO4·-，而后SO4·-即可对待处理的抗生素废水进行降解，期间，降解过程中因SO4·-会被消耗，因此可通过PMS输入泵重复输入PMS以产生更多的SO4·-来对待处理的抗生素废水进行降解直至达到排放标准后由水槽本体的出水口排出。此外，本实用新型中，上盖板底面上的紫外灯会向水槽本体内照射紫外线，紫外线的光催化性能会能促进PMS与锰基催化剂的反应进而更快地产生SO4·-，能加快抗生素降解，提高降解速率，且紫外线也能降解待处理的抗生素废水中的一些能直接被紫外线降解的有机物，提高净水效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例的立体结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是图2中的A-A剖视图。

图4是本实用新型实施例的立体结构分解示意图。

图5是本实用新型实施例的另一角度立体结构分解示意图。

图6是本实用新型实施例的又一角度立体结构分解示意图。

标号说明：

1、水槽本体，2、电极组，3、喷淋主管道，4、上盖板，5、紫外灯，6、废水回流管道，7、太阳能板，8、蓄电池，11、进水口，12、出水口，13、污泥斗，14、取样口，21、电极，22、连接管，31、喷头，32、进液口，41、支撑架，211、阳极板，212、阴极板。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

请参照附图1至附图6，本实施例中，一种基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置，其特征在于：包括水槽本体1，水槽本体1上设有用于输入抗生素废水的进水口11和用于排出净化水的出水口12，水槽本体1内设有电极组2，电极组2由若干对电极21组成，每对电极21由一阳极板211和一阴极板212间隔设置组成，且每对电极21的阳极板211上涂覆有活性炭(图未示)，阴极板212上涂覆有锰基催化剂(图未示)，电极组2的下方设置有喷淋主管道3，且在喷淋主管道3上设有若干个喷头31，各喷头31相应地伸入到各对电极21之间的间隔空间中去，使经PMS输入泵(图未示)输入到喷淋主管道3内的PMS溶液能被喷到电极21上并与锰基催化剂充分接触并反应，水槽本体1顶部设有一上盖板4，上盖板4的底面上设有若干紫外灯5。本实施例其结构及处理工艺较为简单，废水处理成本低廉，抗生素降解效果好，处理后的水质可生化性良好，处理后可达工业废水排放标准。

本实施例主要利用锰基催化PMS降解抗生素废水，基于硫酸根自由基(SO4·-)的高级氧化技术是近年来发展起来的水处理新技术，与基于-OH的传统高级氧化技术相比，其具有更高的氧化还原电位、受pH影响小、半衰期更长等优势。该技术是通过活化过硫酸盐产生SO4·-来实现对污染物的高效降解。本实施例中过硫酸盐采用的是过硫酸氢盐(PMS)，在化学结构上，与过氧化氢(H2O2)极为相似，含有O—O键，被催化剂活化后均会产生SO4·-；在物理结构，由于其不对称，更容易被激发和活化。锰是一个环保友好型的物质，在地球上含量多，材料便宜，且锰内部所存在的不同空间结构可以产生不同的氧化性锰基催化剂，其催化活性强、价格便宜、应用潜力大。本实施例中将锰基催化剂应用于废水的催化氧化深度处理过程，充分利用了锰基催化剂的活性。本实施例中，待处理的抗生素废水首先通过水槽本体1上的进水口11输入到水槽本体1内，然后使PMS溶液经过PMS输入泵输入到喷淋主管道3内再从喷头31处喷到电极21上去而与涂覆在阳极板211内侧上的锰基催化剂充分接触并反应产生SO4·-，而后SO4·-即可对待处理的抗生素废水进行降解，期间，降解过程中因SO4·-会被消耗，因此可通过PMS输入泵重复输入PMS以产生更多的SO4·-来对待处理的抗生素废水进行降解直至达到排放标准后由水槽本体1的出水口12排出。此外，本实施例中，上盖板4底面上的紫外灯5会向水槽本体1内照射紫外线，紫外线的光催化性能会能促进PMS与锰基催化剂的反应进而更快地产生SO4·-，能加快抗生素降解，提高降解速率，且紫外线也能降解待处理的抗生素废水中的一些能直接被紫外线降解的有机物，提高净水效果。

请参照附图1至附图6，本实施例中，水槽本体1上设有废水回流管道6，废水回流管道6一端连通水槽本体1底部，另一端连通水槽本体1上部，废水回流管道6上设有循环泵(图未示)，通过废水回流管道6和循环泵(图未示)使抗生素废水在水槽本体1内能循环流动起来，使抗生素废水与SO4·-混合更均匀，提高降解速率。同时在一定程度上还能带动未反应掉的PMS再次流入到两电极21之间的间隙中去，进而使PMS再次与电极21上的锰基催化剂再次接触并反应，使得PMS与电极21反应更加充分，进而更多的产生SO4·-。

请参照附图1至附图6，本实施例中，电极组2由7对等距间隔排列在水槽本体1内的电极21组成，且电极组2下方设有三根与PMS输入泵相连通的喷淋主管道3，每根喷淋主管道3上均设有7个喷头31。然而，本领域技术人员应理解，在其他实施例中，电极21的数量、以及喷淋主管道3的数量可以根据具体情况进行设计，并不局限于本实施例中所公开的7对电极21和3根喷淋主管道3。

请参照附图1至附图6，本实施例中，喷淋主管道3一端连接在水槽本体1内侧壁上，另一端形成PMS进液口32，且PMS进液口32穿出水槽本体1侧面，三根喷淋主管道3的PMS进液口32通过分流管路(图未示)与PMS输入泵(图未示)的输出口相连通，PMS输入泵(图未示)的输入口与PMS储液箱(图未示)相连通。

请参照附图3，本实施例中，优选地，电极21通过连接管22与上盖板4的底面相连接。

请参照附图1至附图6，本实施例中，优选地，上盖板4上设有太阳能板7，水槽本体1底部上设有蓄电池8，太阳能板7与蓄电池8、紫外灯5和电极组2电连接。本实施例中，优选地，上盖板4上设有支撑架41，太阳能板7通过支撑架41架设在上盖板4上。本实施例中，采用了光伏发电技术，这是一种利用太阳能板，使收集的太阳辐射能转化为电能供人类使用的新能源技术。光伏发电系统主要构成组件有太阳能板、控制器和逆变器，设备简单但十分有效耐用。光伏发电技术的主要原理是半导体的光电效应，光电效应是通过光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象，从而形成电压及电流。而多余的电量储存在蓄电池中，以备不时之需。

请参照附图1至附图6，本实施例中，锰基催化剂为掺铁二氧化锰催化剂。在众多的各种过渡金属离子里面，Fe(Ⅲ)在活化自由基方面展现出独特的性能。Fe(Ⅲ)更容易活化PMS，进而产生更多的SO4·-。因此，本专利中采用的催化剂是二氧化锰与铁的复合材料。经实验分析得知，在每mol的二氧化锰中掺入0.03mol的铁可以增大比表面积和比容量，从而有利于PMS与催化剂充分反应，以更快递产生更多的SO4·-，有助于喹诺酮抗生素的催化降解。本实施例中，阳极板211的基材为钛材质，阳极板211上的催化剂涂覆方式为：将催化剂制成胶状，并喷涂或涂抹在阳极板211的内侧面上。而胶状催化剂的制备方式为：将掺铁锰基催化剂70％+导电炭黑20％+PVDF(聚偏氟乙烯)10％+适量NMP(N-甲基吡咯烷酮)混合搅拌均匀。

请参照附图2、附图3，本实施例中，水槽本体1底部设有一污泥斗13。水槽本体1侧面上设有一取样口14。通过取样口14能对水槽本体1内的待处理抗生素废水进行取样以检测抗生素的去除率从而分析是否达到排放标准。

此外，通过实验得知：在光电催化条件下，锰基催化剂用量0.02g，利用锰基催化剂催化PMS降解抗生素，使用了喹诺酮类抗生素中的诺氟沙星，配制200mL 200μg/L待降解溶液，多次实验可得降解20min即可完全降解。

由上述可得，每小时可处理600mL 200μg/L的待降解溶液，此时扩大催化剂用量，令其扩大1000倍，即20g锰基催化剂，即可降解0.6m3的待降解溶液，即处理效率为0.6m3/h。

为了简化计算，假设水槽本体1内部近似为正方体，每小时可处理0.6m³的废水，若水力停留时间为1h，即可求得长宽高皆为0.774m，考虑安全余量，可得水槽本体1的内部空间的长宽高皆为0.8m。

以上所述，实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中的部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，因此本领域普通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，都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置，其特征在于：包括水槽本体(1)，水槽本体(1)上设有用于输入抗生素废水的进水口(11)和用于排出净化水的出水口(12)，水槽本体(1)内设有电极组(2)，电极组(2)由若干对电极(21)组成，每对电极(21)由一阳极板(211)和一阴极板(212)间隔设置组成，且每对电极(21)的阳极板(211)上涂覆有活性炭，阴极板(212)上涂覆有锰基催化剂，电极组(2)的下方设置有喷淋主管道(3)，且在喷淋主管道(3)上设有若干个喷头(31)，各喷头(31)相应地伸入到各对电极(21)之间的间隙中去，使经PMS输入泵输入到喷淋主管道(3)内的PMS溶液能被喷到电极(21)上并与锰基催化剂充分接触并反应，水槽本体(1)顶部设有一上盖板(4)，上盖板(4)的底面上设有若干紫外灯(5)。

2.根据权利要求1所述的基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置，其特征在于：所述水槽本体(1)上设有废水回流管道(6)，废水回流管道(6)一端连通水槽本体(1)底部，另一端连通水槽本体(1)上部，废水回流管道(6)上设有循环泵，通过废水回流管道(6)和循环泵使抗生素废水在水槽本体(1)内能循环流动起来。

3.根据权利要求1所述的基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置，其特征在于：所述电极组(2)由7对等距间隔排列在水槽本体(1)内的电极(21)组成，且电极组(2)下方设有三根与PMS输入泵相连通的喷淋主管道(3)，每根喷淋主管道(3)上均设有7个喷头(31)。

4.根据权利要求3所述的基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置，其特征在于：所述喷淋主管道(3)一端连接在水槽本体(1)内侧壁上，另一端形成PMS进液口(32)，且PMS进液口(32)穿出水槽本体(1)侧面，三根喷淋主管道(3)的PMS进液口(32)通过分流管路与PMS输入泵的输出口相连通，PMS输入泵的输入口与PMS储液箱相连通。

5.根据权利要求3所述的基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置，其特征在于：所述电极(21)通过连接管(22)与上盖板(4)的底面相连接。

6.根据权利要求1所述的基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置，其特征在于：所述上盖板(4)上设有太阳能板(7)，水槽本体(1)底部上设有蓄电池(8)，太阳能板(7)与蓄电池(8)、紫外灯(5)和电极组(2)电连接。

7.根据权利要求6所述的基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置，其特征在于：所述上盖板(4)上设有支撑架(41)，太阳能板(7)通过支撑架(41)架设在上盖板(4)上。

8.根据权利要求1至7任一所述的基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置，其特征在于：所述锰基催化剂为掺铁二氧化锰催化剂。

9.根据权利要求1至7任一所述的基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置，其特征在于：所述水槽本体(1)底部设有一污泥斗(13)。

10.根据权利要求1至7任一所述的基于锰基光电催化PMS降解抗生素废水的处理装置，其特征在于：所述水槽本体(1)侧面上设有一取样口(14)。

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