CN216472757U - 锰氧化菌及生物锰氧化物对水中药物类污染物的降解装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种锰氧化菌及生物锰氧化物对水中药物类污染物的降解装置，包括依次连通的带有高速搅拌装置和pH调节装置的pH调节池、带有温控装置、高速搅拌装置和曝气器的污水反应箱、沉淀池以及带有pH调节装置的Mn2+反应箱，锰氧化菌及生物锰氧化物培养装置预先产生的大量锰氧化物引入至污水反应箱中，提高了锰氧化菌与药物反应的效率，沉淀池中的活性污泥可以回流入污水反应箱，Mn2+反应箱中的Mn(OH)2沉淀可以回流入pH调节池，Mn2+反应箱中的液体可以回流入污水反应箱中继续反应，水质合格的水由Mn2+反应箱排出；本装置可以对水中药物类新污染物进行降解，也可降解水中的常规有机污染物。
Description
技术领域
本实用新型属于环境科学与工程技术领域，具体涉及锰氧化菌及其生物锰氧化物对水中药物类污染物的降解装置。
背景技术
药物在医疗卫生行业中被用来治疗和预防各种疾病，但在使用过程中，它们并不能被人类和动物完全吸收，许多药物随着排泄物进入环境中。随着医学及养殖业药物使用量的增加，水环境中药物类新污染物的含量也不断增加，但其在环境中浓度较低，通常在ng/L-μg/L级，容易在水生生物体内富集，影响微生物和动植物的生长发育并危害人类的健康。近年来药物在地表水中被频繁检出，它们多数在自然条件下难以降解，并具有潜在生态风险，因此，药物被列为一种新污染物即药物类新污染物(Pharmaceuticals，PhACs)。近年来，关于如何去除污水中药物的研究也开展地越来越广泛，目前常用的去除污水中常见有机污染物的方法有物理法、化学法、生物法等。
当污染物可以被生物降解时，利用生物过程去除污染物往往更经济高效。经研究发现，利用锰氧化菌可以有效的降解四环素类、磺胺类、β内酰胺类、氟喹诺酮类和大环内酯类药物。锰氧化菌氧化Mn2+会产生锰氧化物，锰氧化物是自然环境中较强的氧化剂，可以与药物发生反应。因此我们可以利用生物氧化 Mn2+产生锰氧化物来促进锰氧化菌对药物类新污染物的降解，以低能耗且高效经济的方式来去除污水中的药物类新污染物。但目前一些利用锰氧化菌及生物锰氧化物降解药物类新污染物的方法不够完善，可能会导致Mn2+随排出的水进入环境中形成新的污染。
例如，专利CN 202658013 U，提供了一种生物锰氧化物膜生物反应器，该反应器能够利用锰氧化菌及生物锰氧化物经济高效的去除水中PPCPs及其他痕量有机污染物。虽然水中一定量的Mn2+会被微生物氧化为Mn4+，但反应过程中可能会有未来得及反应的Mn2+残留在水中随出水排出，造成水中Mn2+浓度升高。
实用新型内容
本实用新型内容为克服利用锰氧化菌及生物锰氧化物处理污水后，水中 Mn2+残留的问题，提供了利用锰氧化菌及生物锰氧化物降解污水中药物类污染物并控制水中Mn2+浓度的装置，包括：
本实用新型是采用如下技术方案实现的：
锰氧化菌及生物锰氧化物对水中药物类污染物的降解装置，包括从前至后依次连通的顶部敞口的箱式结构的pH调节池、封闭箱式结构的污水反应箱、沉淀池以及封闭箱式结构的Mn2+反应箱；
一个1号pH调节装置的pH电极由pH调节池的顶部敞口伸入pH调节池中的液体的液面以下，pH调节池前面板的顶部设置有与pH调节池连通的带有1 号控制阀门的污水进液管，pH调节池底部通过一个带有3号控制阀门的出水管与污水反应箱的底部连通，一个1号高速搅拌装置的带有搅拌叶片的搅拌棒穿过pH调节池的前面板的下部伸入pH调节池中的液体的液面以下；
污水反应箱的前面板的顶部设置有与污水反应箱连通的带有2号控制阀门的菌液及生物锰氧化物输入管，一个温控装置的加热棒穿过污水反应箱的顶部面板并伸入污水反应箱中的液体的液面之下，污水反应箱的下部设置有曝气器，曝气器通过空气输送管道与污水反应箱外部的鼓风机的出风口连通，一个2号高速搅拌装置的带有搅拌叶片的搅拌棒穿过污水反应箱的前面板伸入污水反应箱中的液体的液面之下并位于曝气器的上方；
沉淀池的上部是圆筒形且底部是一个带有坡度的坡向泥斗，沉淀池内设置有一个由穿孔挡板围成的底部封闭且顶部开口伸出沉淀池液面以上的圆筒状的导流空腔，穿孔挡板上设置有多层沿圆周方向间隔均匀分布的通孔用于将导流空腔和沉淀池连通，导流空腔底部通过带有4号控制阀门的排水管道与污水反应箱的底部连通，沉淀池的底部通过带有5号控制阀门和蠕动泵的污泥回流管与污水反应箱位于曝气器上方的部位连通，沉淀池的底部连通有一个带有6号控制阀门的排泥管，沉淀池的环形的上端面为环形锯齿结构的溢流堰，沉淀池的外表面上部环绕着溢流堰设置有一圈环形槽结构的出水槽用于承接溢流堰溢出的液体，出水槽靠近Mn2+反应箱的一侧通过一个带有7号控制阀门的出水槽出水管与Mn2+反应箱的上部连通；
一个2号pH调节装置的pH电极穿过Mn2+反应箱的顶部面板并伸入Mn2+反应箱中的液体的液面下方，Mn2+反应箱的底部为圆锥形，Mn2+反应箱的底部位于圆锥形的顶点处通过一个带有10号控制阀门的Mn(OH)2沉淀排出管道与 pH调节池的底部连通，Mn2+反应箱的下部连通有一个带有8号控制阀门的净水排水管道，净水排水管道与8号控制阀门之间的管路上通过一个带有9号控制阀的回流管道与污水反应箱的顶部连通。
还包括用于对污水反应箱中取样的液体以及Mn2+反应箱中取样的液体进行 COD测定的COD测定装置。
1号pH调节装置和2号pH调节装置均为GT-100型自动滴定仪。
温控装置为数字温控器。
菌液及生物锰氧化物输入管的另一端与外部的锰氧化菌及生物锰氧化物培养装置的出液口连通，以将锰氧化菌及生物锰氧化物培养装置培养的锰氧化菌和生物锰氧化物输入污水反应箱中。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型提供了一种锰氧化菌及生物锰氧化物对水中药物类污染物的降解装置，反应更高效，降解更彻底，除药物类新污染物外也可降解水中的常规有机污染物；
(2)污水反应箱的菌液及生物锰氧化物输入管将现有技术中的锰氧化菌及生物锰氧化物培养装置预先产生的大量的锰氧化物引入至污水反应箱中，生物锰氧化物的存在提高了锰氧化菌与药物反应的效率；
(3)在污水反应箱前设置pH调节池，能够预先调节污水的pH，并使产生的Mn(OH)2沉淀重新形成Mn2+进入污水反应箱被锰氧化菌再次氧化；
(4)污水反应箱中采用曝气加搅拌的方式，曝气提高了污水中的含氧量，有利于锰氧化细菌及生物锰氧化物与药物发生反应，搅拌使锰氧化菌及生物锰氧化物与污水的接触更充分，反应更彻底；
(5)污水反应箱中设置了温控装置能够监测和稳定污水反应箱中的水体温度，给锰氧化菌及生物锰氧化物营造一个合适的环境来降解药物，利用现有技术中的COD测定装置检测水中的有机物浓度，能够准确地判断反应后的水中有机物浓度是否达标以便控制合适的反应时间；
(6)采用了沉淀池沉降反应之后的污水，使反应产生的絮体形成活性污泥堆积在沉淀池的底部，避免微生物随水流排出进入环境中，产生的活性污泥可以回流到污水反应箱中参与药物的去除，也使微生物得以循环利用；
(7)Mn2+反应箱中设置有pH自动调节装置，通过调节溶液pH至设定值来沉淀溶液中的Mn2+，避免排出的净水中含有高浓度的Mn2+，造成新的污染；
附图说明
图1为本实用新型提供的锰氧化菌及生物锰氧化物对水中药物类污染物的降解装置的结构示意图。
图2为本实用新型中的沉淀池、溢流堰和出水槽的结构示意图。
图中：1.菌液及生物锰氧化物排出管，2.pH调节池，3.污水进液管，4. 1号控制阀门，5. 1号pH调节装置，6. 1号高速搅拌装置，7.出水管，8.污水反应箱， 9. 2号控制阀门，10.曝气器，11.空气输送管道，12.鼓风机，13. 2号高速搅拌装置，14.温控装置，15. 3号控制阀门，16.排水管道，17. 4号控制阀门，18.沉淀池， 19.穿孔挡板，20.污泥回流管，21.排泥管，22. 5号控制阀门，23. 6号控制阀门，24.蠕动泵，25.溢流堰，26.出水槽，27.出水槽出水管，28. 7号控制阀门，29.Mn2+反应箱，30. 2号pH调节装置，31.净水排水管道，32.回流管道，33. 8号控制阀门，34. 9号控制阀门，35.Mn(OH)2沉淀排出管道，36. 10号控制阀门。
具体实施方式
下面将结合附图，对本实用新型的技术方案做完整的描述。
本实用新型提供了锰氧化菌及生物锰氧化物对水中药物类污染物的降解装置，如图1所示：
本实用新型提供了一种锰氧化菌及生物锰氧化物对水中药物类污染物的降解装置，包括从前至后依次连通的顶部敞口的箱式结构的pH调节池2、封闭箱式结构的污水反应箱8、沉淀池18以及封闭箱式结构的Mn2+反应箱29；
一个1号pH调节装置5的pH电极由pH调节池2的顶部敞口伸入pH调节池2中的液体的液面以下，pH调节池2前面板的顶部设置有与pH调节池2连通的带有1号控制阀门4的污水进液管3，pH调节池2底部通过一个带有3号控制阀门15的出水管7与污水反应箱8的底部连通，一个1号高速搅拌装置6 的带有搅拌叶片的搅拌棒穿过pH调节池2的前面板的下部伸入pH调节池2中的液体的液面以下；
污水反应箱8的前面板的顶部设置有与污水反应箱8连通的带有2号控制阀门9的菌液及生物锰氧化物输入管1，菌液及生物锰氧化物输入管1的另一端与外部的锰氧化菌及生物锰氧化物培养装置的出液口连通，以将锰氧化菌及生物锰氧化物培养装置培养的锰氧化菌和生物锰氧化物输入污水反应箱8中。
一个温控装置14的加热棒穿过污水反应箱8的顶部面板并伸入污水反应箱 8中的液体的液面之下，温控装置14为数字温控器。污水反应箱8的下部设置有曝气器10，曝气器10通过空气输送管道11与污水反应箱8外部的鼓风机12 的出风口连通，一个2号高速搅拌装置13的带有搅拌叶片的搅拌棒穿过污水反应箱8的前面板伸入污水反应箱8中的液体的液面之下并位于曝气器10的上方；
沉淀池18的上部是圆筒形且底部是一个带有坡度为0.06—0.08的坡向泥斗，沉淀池18内设置有一个由穿孔挡板19围成的底部封闭且顶部开口伸出沉淀池18液面以上的圆筒状的导流空腔，穿孔挡板19上设置有多层沿圆周方向间隔均匀分布的通孔用于将导流空腔和沉淀池18连通，导流空腔底部通过带有 4号控制阀门17的排水管道16与污水反应箱8的底部连通，沉淀池18的底部通过带有5号控制阀门22和蠕动泵24的污泥回流管20与污水反应箱8位于曝气器10上方的部位连通，沉淀池18的底部连通有一个带有6号控制阀门23的排泥管21，沉淀池18的环形的上端面为环形锯齿结构的溢流堰25，沉淀池18的外表面上部环绕着溢流堰25设置有一圈环形槽结构的出水槽26用于承接溢流堰25溢出的液体，出水槽26靠近Mn2+反应箱29的一侧通过一个带有7 号控制阀门28的出水槽出水管27与Mn2+反应箱29的上部连通；
一个2号pH调节装置30的pH电极穿过Mn2+反应箱29的顶部面板并伸入 Mn2+反应箱29中的液体的液面下方，Mn2+反应箱29的底部为圆锥形，Mn2+反应箱29的底部位于圆锥形的顶点处通过一个带有10号控制阀门36的Mn(OH)2沉淀排出管道35与pH调节池2的底部连通，Mn2+反应箱29的下部连通有一个带有8号控制阀门33的净水排水管道31，净水排水管道31与8号控制阀门33 之间的管路上通过一个带有9号控制阀34的回流管道32与污水反应箱8的顶部连通。
1号pH调节装置5和2号pH调节装置30均为GT-100型自动滴定仪。
本装置还包括用于对污水反应箱8中取样的液体以及Mn2+反应箱29中取样的液体进行COD测定的COD测定装置。
在进行含药物类新污染物的污水的处理时，采用现有技术中已有的锰氧化菌及生物锰氧化物培养装置培养好的锰氧化菌菌液和生物锰氧化物可以通过菌液及生物锰氧化物输入管1进入污水反应箱8内，含有药物类新污染物的污水可以先通过pH调节池2中的1号pH调节装置5预先调节好污水的pH，pH调节池2中的污水液面高度必须完全没过1号高速搅拌器6的带有搅拌叶片的搅拌棒，调节pH之后的污水通过出水管7进入污水反应箱8中，水体高度一定使 2号高速搅拌器13的带有搅拌叶片的搅拌棒完全没入水中。污水反应箱8内的2号高速搅拌装置13的搅拌棒的高速搅拌可以使锰氧化菌菌液及生物锰氧化物和污水快速混合反应，同时温控装置14可以控制将污水反应箱8内液体的温度，便于操作人员监测和及时调整水温，间隔一段时间对污水反应箱8内的液体取样并用现有技术中的COD测定装置对水中的COD进行测定，以确定合适的污水反应时间，使水中的药物类新污染物在适宜的反应条件下氧化降解。对污水反应箱8底部有曝气器10，通过空气输送管道11与外接的鼓风机12的出风口相连，可以为对污水反应箱8中的液体不断地充氧，增加液体中的溶氧量，为锰氧化菌氧化Mn2+生成锰氧化物及氧化降解药物类新污染物的反应提供足够的氧气。
排水管道16连通了沉淀池18和Mn2+反应箱29，经污水反应箱8处理过的污水流入排水管道16，排水管道16从沉淀池18底部进入穿孔挡板19围成的导流空腔，液体通过穿孔挡板19上的通孔进入沉淀池18开始沉降，沉降的污泥贮存在沉淀池18底部的泥斗中，一部分污泥通过污泥回流管21回流到污水反应箱8中，回流到污水反应箱8中的活性污泥可以再次来氧化降解水中的药物类新污染物；另一部分污泥通过沉淀池18底部的排泥管21排出。顶部的溢流堰25可以使沉降之后的上清液溢流到出水槽26中，通过出水管27将不含锰氧化菌的净水流入Mn2+反应箱29中。
Mn2+反应箱29对去除了锰氧化菌的水体进行Mn2+的反应沉淀。通过2号 pH调节装置30对水中pH的调节使水中的Mn2+以Mn(OH)2的形式沉淀出来。 Mn(OH)2沉淀通过排出管道35进入pH调节池2中，通过调节pH重新变成Mn2+的形式随污水一起进入污水反应箱8中，通过锰氧化菌氧化生成生物锰氧化物继续参与反应，从而实现对液体中Mn2+浓度的控制，达到一个Mn2+循环利用的目的。沉淀排出Mn2+反应箱29后，通过调节2号pH调节装置30的设定值，对反应后水体的pH值调节至规定范围内，然后取水样用COD测定装置进行测定，若水体质量不达标，则通过回流管道32再次进入污水反应箱8进行反应，若水体质量达标，则经过一系列处理的净水将通过右侧底部的净水排水管道31 排出。
使用本实用新型提供的锰氧化菌及生物锰氧化物对水中药物类污染物的降解装置具体的污水处理步骤为：
(1)准备工作
确认装置连接完好，各个控制阀门处于常闭状态，各个仪器的开关均未打开，管道通畅无堵塞。
(2)pH预调节
打开1号控制阀门4，使污水从进液管3进入pH调节池2中，待水完全没过1号高速搅拌装置6的搅拌棒后，关闭1号控制阀门4，开启1号高速搅拌装置的6开关，搅拌棒开始搅拌，同时打开1号pH调节装置5，将污水pH调节至7.0后，打开3号控制阀门15，使污水从出水管7进入污水反应箱8中，关闭3号控制阀门15阀门。
(3)药物类新污染物氧化降解
打开2号控制阀门9，使锰氧化菌菌液及生物锰氧化物进入污水反应箱8，之后关闭2号控制阀门9，停止进液。打开2号高速搅拌装置13的开关，搅拌棒开始搅拌，然后打开鼓风机12的开关，使空气由鼓风机12通过空气输送管道11经曝气器10进入混合液中，经过搅拌使氧气充分溶解在液体中，加速污水反应箱8中的反应，同时利用温控装置14使反应箱内水体温度保持在30℃，反应一段时间后取水样利用COD测定装置测定水质是否达标，若达标，则反应完成，若不达标，则延长反应时间，直到水质达标为止。
(4)锰氧化菌沉降
待污水反应箱8中的反应完成，即打开4号控制阀门17将液体通过排水管道16排出，使液体从沉淀池18底部流入，随后关闭4号控制阀门17。液体通过穿孔挡板19的通孔进入沉淀池18中，沉降一段时间后活性污泥贮存在沉淀池18底部的污泥斗中，打开5号控制阀门22，污泥从回流管20排出，回流到污水反应箱8中，回流约30％后，关闭5号控制阀门22，打开6号控制阀门23，使剩余污泥从排泥管21排出。活性沉降后的净水经顶部的溢流堰25溢出到出水槽26中，打开7号控制阀门28，净水通过出水槽出水管27流入Mn2+反应箱 29中，最后关闭6号控制阀门23和7号控制28。
(5)Mn2+的沉淀及循环利用
处理过的水通过管道进入Mn2+反应箱29，进水量约为Mn2+反应箱29的1/2，之后设置2号pH调节装置30的值为10.1，使水中的Mn2+以Mn(OH)2的形式完全沉淀，接着打开10号控制阀门36，使Mn(OH)2沉淀通过Mn(OH)2沉淀排出管道35进入pH调节池中，重新以Mn2+的形式随污水进入无水不反应箱8中进行反应，之后关闭10号控制阀门36。待沉淀排出后，利用2号pH调节装置30 调节水体pH为7左右，然后取水样用COD测定装置进行检测，若水质不达标，则通过回流管道32再次进入污水反应箱8进行反应，之后关闭9号控制阀门34，若水质达标，则打开8号控制阀门33，将达标的水通过净水排水管道31排出，之后关闭8号控制阀门33。
(6)重复(2)—(5)，可以对污水进行降解。
Claims (5)
1.锰氧化菌及生物锰氧化物对水中药物类污染物的降解装置，其特征在于，包括从前至后依次连通的顶部敞口的箱式结构的pH调节池(2)、封闭箱式结构的污水反应箱(8)、沉淀池(18)以及封闭箱式结构的Mn2+反应箱(29)；
一个1号pH调节装置(5)的pH电极由pH调节池(2)的顶部敞口伸入pH调节池(2)中的液体的液面以下，pH调节池(2)前面板的顶部设置有与pH调节池(2)连通的带有1号控制阀门(4)的污水进液管(3)，pH调节池(2)底部通过一个带有3号控制阀门(15)的出水管(7)与污水反应箱(8)的底部连通，一个1号高速搅拌装置(6)的带有搅拌叶片的搅拌棒穿过pH调节池(2)的前面板的下部伸入pH调节池(2)中的液体的液面以下；
污水反应箱(8)的前面板的顶部设置有与污水反应箱(8)连通的带有2号控制阀门(9)的菌液及生物锰氧化物输入管(1)，一个温控装置(14)的加热棒穿过污水反应箱(8)的顶部面板并伸入污水反应箱(8)中的液体的液面之下，污水反应箱(8)的下部设置有曝气器(10)，曝气器(10)通过空气输送管道(11)与污水反应箱(8)外部的鼓风机(12)的出风口连通，一个2号高速搅拌装置(13)的带有搅拌叶片的搅拌棒穿过污水反应箱(8)的前面板伸入污水反应箱(8)中的液体的液面之下并位于曝气器(10)的上方；
沉淀池(18)的上部是圆筒形且底部是一个带有坡度的坡向泥斗，沉淀池(18)内设置有一个由穿孔挡板(19)围成的底部封闭且顶部开口伸出沉淀池(18)液面以上的圆筒状的导流空腔，穿孔挡板(19)上设置有多层沿圆周方向间隔均匀分布的通孔用于将导流空腔和沉淀池(18)连通，导流空腔底部通过带有4号控制阀门(17)的排水管道(16)与污水反应箱(8)的底部连通，沉淀池(18)的底部通过带有5号控制阀门(22)和蠕动泵(24)的污泥回流管(20)与污水反应箱(8)位于曝气器(10)上方的部位连通，沉淀池(18)的底部连通有一个带有6号控制阀门(23)的排泥管(21)，沉淀池(18)的环形的上端面为环形锯齿结构的溢流堰(25)，沉淀池(18)的外表面上部环绕着溢流堰(25)设置有一圈环形槽结构的出水槽(26)用于承接溢流堰(25)溢出的液体，出水槽(26)靠近Mn2+反应箱(29)的一侧通过一个带有7号控制阀门(28)的出水槽出水管(27)与Mn2+反应箱(29)的上部连通；
一个2号pH调节装置(30)的pH电极穿过Mn2+反应箱(29)的顶部面板并伸入Mn2+反应箱(29)中的液体的液面下方，Mn2+反应箱(29)的底部为圆锥形，Mn2+反应箱(29)的底部位于圆锥形的顶点处通过一个带有10号控制阀门(36)的Mn(OH)2沉淀排出管道(35)与pH调节池(2)的底部连通，Mn2+反应箱(29)的下部连通有一个带有8号控制阀门(33)的净水排水管道(31)，净水排水管道(31)与8号控制阀门(33)之间的管路上通过一个带有9号控制阀(34)的回流管道(32)与污水反应箱(8)的顶部连通。
2.根据权利要求1所述的锰氧化菌及生物锰氧化物对水中药物类污染物的降解装置，其特征在于，还包括用于对污水反应箱(8)中取样的液体以及Mn2+反应箱(29)中取样的液体进行COD测定的COD测定装置。
3.根据权利要求1所述的锰氧化菌及生物锰氧化物对水中药物类污染物的降解装置，其特征在于，1号pH调节装置(5)和2号pH调节装置(30)均为GT-100型自动滴定仪。
4.根据权利要求1所述的锰氧化菌及生物锰氧化物对水中药物类污染物的降解装置，其特征在于，温控装置(14)为数字温控器。
5.根据权利要求1所述的锰氧化菌及生物锰氧化物对水中药物类污染物的降解装置，其特征在于，菌液及生物锰氧化物输入管(1)的另一端与外部的锰氧化菌及生物锰氧化物培养装置的出液口连通，以将锰氧化菌及生物锰氧化物培养装置培养的锰氧化菌和生物锰氧化物输入污水反应箱(8)中。
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