CN218910004U - 一种臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及抗生素废水处理技术领域，尤其是涉及一种臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置，包括膜曝气反应器、曝气膜组件、臭氧发生器、废水箱和蠕动泵，曝气膜组件设置在膜曝气反应器的内部，臭氧发生器与曝气膜组件连通；废水箱通过蠕动泵与膜曝气反应器连通。本实用新型的臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置，主要通过臭氧发生器中产生的臭氧去启动膜曝气反应器，启动时间短，不受生物群落的影响，可随时启动，随时关闭，解决了传统膜曝气生物反应器启动时间缓慢，一旦反应启动就必须要连续进行，不能随意停止反应，受生物群落的影响较大的问题；其对相同浓度抗生素的降解率可达99.5％以上，为传统生物降解率的1.5倍以上。

Description

一种臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置

技术领域

本实用新型涉及抗生素废水处理技术领域，尤其是涉及一种臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置。

背景技术

四环素作为一种比较常见的抗生素，由于其良好的抗菌杀菌的作用而广泛被人们使用，但是，抗生素等药物使用后残留物的处理缺乏有效的处理手段。人体未代谢完成的抗生素以及药用抗生素药物残渣，最终都会被排入到水中，但是，抗生素在水中难以降解，而且对水体有很大危害，长时间存在于水体中会使水体富营养化，水中的动植物也会受到影响。

在现有技术中有很多方法都可以降解抗生素，主要技术有氧化法、光降解法、物理吸附法，超滤/微滤、膜曝气、活性污泥降解等方法。其中，传统的膜曝气生物反应器，具有很高的废水处理能力，且对环境友好，但是膜曝气生物反应器启动时间缓慢，一旦反应启动就必须要连续进行，不能随意停止反应，并且，污水中被降解的物质本身可以充当微生物的营养物质，一旦没有营养物质供给，其反应活性就会变差，因此，该方法受生物群落的影响较大。

近些年随着来臭氧制取技术发展，使得臭氧变得廉价易得，利用臭氧降解污水的技术越来越广泛的被使用。但是，利用臭氧降解废水中抗生素存在臭氧尾气收集的问题，并且很大一部分臭氧未被完全利用，臭氧消耗较大。

有鉴于此，提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置，解决了传统膜曝气生物反应器启动时间缓慢，一旦反应启动就必须要连续进行，不能随意停止反应，受到生物群落的影响较大的问题；与此同时，通过中空纤维膜曝气可产生臭氧微气泡，臭氧微气泡在废水中不会直接逸出，而是悬浮在水中与被降解物质接触发生降解反应，不仅提高了臭氧的利用率，而且解决了后续臭氧尾气收集处理的问题。

本实用新型提供一种臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置，包括膜曝气反应器、曝气膜组件、臭氧发生器、废水箱和蠕动泵，所述曝气膜组件设置在所述膜曝气反应器的内部，所述臭氧发生器与所述曝气膜组件连通；所述废水箱通过所述蠕动泵与所述膜曝气反应器连通。

本实用新型臭氧发生器产生的臭氧通过曝气膜组件产生臭氧微气泡，臭氧微气泡可悬浮在废水中，进而能够更有效的降解废水。一方面解决了膜曝气生物反应器启动时间长，受生物群落条件的影响较大的问题；另一方面解决了臭氧在水中的溶解度不大，难以有效降解水中有害物质，以及产生的多余臭氧气体难以处理的问题。本实用新型的臭氧在膜曝气反应器中完全与被降解物质反应，不仅不会产生多余臭氧气体处理问题，而且被降解的抗生素物质降解率大于99.5％，远大于其它技术降解抗生素。

在上述技术方案的基础上，为进一步提高抗生素降解效果，在该装置中还设置有循环泵，所述循环泵的进水端与所述膜曝气反应器底端连通，所述循环泵的出水端与所述膜曝气反应器顶端连通。

通过循环泵将膜曝气反应器内的废水进行循环，可有效提高臭氧微气泡与废水中抗生素物质的接触效率，进而提高降解效果。

而为进一步实现对臭氧流量的控制，在臭氧发生器与膜曝气反应器连通的管路上还设置有流量计。

作为本技术方案优选地，所述曝气膜组件为中空纤维膜组件，且所述中空纤维膜组件中中空纤维膜的孔径为10-60μm；所述臭氧发生器与所述中空纤维膜组件连通。

臭氧通过中空纤维膜会产生臭氧微气泡，而臭氧微气泡的大小与中空纤维膜的孔径大小有关，研究表明，当使用孔径为10-60μm的中空纤维膜时，可产生尺寸在10-60μm的臭氧微气泡，相比于其他技术产生的臭氧微气泡，其大小可由中空纤维膜孔径决定，产生方式简单，臭氧利用率高。

在上述技术方案的基础上，进一步，还包括温度控制器，所述温度控制器设置在所述膜曝气反应器的内部，且所述温度控制器的温度探测端靠近所述曝气膜组件的底部。

温度控制器用于控制膜曝气反应器内部水体的温度，以为降解反应提高适宜的温度条件，进而提高降解效率。而为确保温度控制的准确性及更具有代表性，需保证温度控制器的温度探测端延伸至曝气膜组件的底部。

在上述技术方案的基础上，进一步优选地，还包括液面控制器，所述液面控制器设置在所述膜曝气反应器的内部。

为进一步控制膜曝气反应器内的液位，在膜曝气反应器内部还设置有液面控制器，通过液面控制器的电子探头可以对液位进行检测，再由液位检测专用芯片对检测到的信号进行处理，当被测液体达动作点时，芯片输出高或低电平信号，再配合液面控制器，从而实现对液位的控制。

最后，为便于对整个装置进行自动化操作，还配置有控制机构，并且臭氧发生器、温度控制器、液面控制器、蠕动泵和循环泵分别与控制机构电连接。即控制机构可以直接控制臭氧发生器的启动与关闭，通过温度控制器实现对膜曝气反应器内部水体温度的调整，通过液面控制器和蠕动泵实现对膜曝气反应器内部水体的液位调整。

本实用新型对于中空纤维膜的材质不作严格限定，而考虑到中空纤维膜的使用寿命、成本及耐污染等因素，所述中空纤维膜的材质为聚偏氟乙烯、聚砜、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚四氟乙烯中的任意一种。

作为本技术方案优选地，所述抗生素废水包括四环素废水和氯霉素废水。

本实用新型的一种臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置，至少具有以下技术效果：

1、本实用新型的臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置，主要通过臭氧发生器中产生的臭氧去启动膜曝气反应器，启动时间短，不受生物群落的影响，可随时启动，随时关闭，解决了传统膜曝气生物反应器启动时间缓慢，一旦反应启动就必须要连续进行，不能随意停止反应，受到生物群落的影响较大的问题；

2、本实用新型臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置，与现有生物法降解抗生素废水技术相比，通过臭氧发生器和流量计控制臭氧通入流量在0.3-0.7mg/L之间，通过中空纤维膜曝气可产生臭氧微气泡，臭氧微气泡在废水中不会直接逸出，而是悬浮在水中与被降解物质接触发生降解反应，不仅提高了臭氧的利用率，而且解决了后续臭氧尾气收集处理的问题；

3、本实用新型的臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置与传统氧气膜曝气生物反应器相比，对相同浓度抗生素的降解率在99.5％以上，为传统生物降解率的1.5倍以上，且可降解抗生素浓度范围变大，适用于抗生素浓度为50-300mg/L的废水处理。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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为本实用新型臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水装置的示意图。

附图标记

1：膜曝气反应器；2：曝气膜组件；3：臭氧发生器；4：废水箱；5：蠕动泵；6：循环泵；7：流量计；8：温度控制器；9：液面控制器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供的臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水装置，包括膜曝气反应器1、曝气膜组件2、臭氧发生器3、废水箱4、蠕动泵5、流量计7循环泵6，抗生素废水从废水箱4中经蠕动泵5进入曝气反应器中，经循环泵6在曝气反应器内循环，臭氧发生器3产生的臭氧经流量计7进入曝气膜组件2中，臭氧透过曝气膜组件2中的中空纤维膜产生臭氧微气泡悬浮在废水中，臭氧微气泡在废水中与抗生素接触并发生降解，降解完成后经排水口流出，即可完成对抗生素废水的处理。

此外，膜曝气反应器1的内部还设置有温度控制器8，并且温度控制器8的温度探测端靠近曝气膜组件2的底部，以实时控制膜曝气反应器1内部的温度，以为降解反应提高适宜的温度条件，进而提高降解效率。

在本实施例中，为进一步控制膜曝气反应器1内的液位，在膜曝气反应器1内部还设置有液面控制器9，通过液面控制器9的电子探头可以对液位进行检测，再由液位检测专用芯片对检测到的信号进行处理，当被测液体达动作点时，芯片输出高或低电平信号，再配合液面控制器9，从而实现对液位的控制。

最后，在该装置中还可配置控制机构，为便于对整个装置进行自动化操作，控制机构可以直接控制臭氧发生器3的启动与关闭，通过温度控制器8实现对膜曝气反应器1内部水体温度的调整，通过液面控制器9和蠕动泵5实现对膜曝气反应器1内部水体的液位调整。

以下实施例中，所使用的臭氧式膜曝气反应器1降解抗生素废水装置，膜曝气反应器1总高60cm，有效高度50cm，膜曝气反应器1外径10cm，内径9cm，有效容积2.55L。膜曝气反应器1内部填装有200根聚偏氟乙烯中空纤维膜，膜丝总长度60cm，有效长度50cm，膜丝外径2mm，内径1mm，膜孔径20μm，总的膜表面积为0.628m²。

实施例1

配制四环素浓度为50mg/L的抗生素废水作为待处理废水，其pH为7，温度为25℃。采用下述方法对废水进行降解处理。

S11、将抗生素废水通入膜曝气反应器1中，并使用循环泵6循环；

S12、使用臭氧发生器3制取臭氧，设置臭氧流量为0.6145mg/L，并将臭氧通入至膜曝气反应器1中，产生的臭氧微气泡悬浮在抗生素废水中与抗生素接触发生降解。

四环素废水通入后，控制臭氧降解时间为20min，最后取样测量降解前后抗生素浓度变化。

具体抗生素浓度的测试方法如下：

从进水和出水中采集样本，并立即通过一个0.22μm硫酸钙膜过滤器过滤，再使用配有AllureBiPh柱的高效液相色谱HPLC-UV分析，流动相由磷酸二氢铵/乙腈(20/80，v/v)的混合物组成，流速和注入量分别维持在1.2mL/min和100mol/L。采用二极管阵列检测器在269nm处检测抗生素。保留时间为2.95分钟。

实施例2

配制四环素浓度为100mg/L的抗生素废水作为待处理废水，其pH为7，温度为25℃。采用下述方法对废水进行降解处理。

S21、将抗生素废水通入膜曝气反应器1中，并使用循环泵6循环；

S22、使用臭氧发生器3制取臭氧，设置臭氧流量为0.6145mg/L，并将臭氧通入至膜曝气反应器1中，产生的臭氧微气泡悬浮在抗生素废水中与抗生素接触发生降解。

四环素废水通入后，控制臭氧降解时间为20min，最后取样测量降解前后抗生素浓度变化。

抗生素浓度的测试方法同实施例1。

实施例3

配制四环素浓度为150mg/L的抗生素废水作为待处理废水，其pH为7，温度为25℃。采用下述方法对废水进行降解处理。

S31、将抗生素废水通入膜曝气反应器1中，并使用循环泵6循环；

S32、使用臭氧发生器3制取臭氧，设置臭氧流量为0.6145mg/L，并将臭氧通入至膜曝气反应器1中，产生的臭氧微气泡悬浮在抗生素废水中与抗生素接触发生降解。

四环素废水通入后，控制臭氧降解时间为20min，最后取样测量降解前后抗生素浓度变化。

抗生素浓度的测试方法同实施例1。

实施例4

配制氯霉素浓度为50mg/L的抗生素废水作为待处理废水，其pH为7，温度为25℃。采用下述方法对废水进行降解处理。

S41、将抗生素废水通入膜曝气反应器1中，并使用循环泵6循环；

S42、使用臭氧发生器3制取臭氧，设置臭氧流量为0.6145mg/L，并将臭氧通入至膜曝气反应器1中，产生的臭氧微气泡悬浮在抗生素废水中与抗生素接触发生降解。

四环素废水通入后，控制臭氧降解时间为20min，最后取样测量降解前后抗生素浓度变化。

抗生素浓度的测试方法同实施例1。

实施例5

配制氯霉素浓度为100mg/L的抗生素废水作为待处理废水，其pH为7，温度为25℃。采用下述方法对废水进行降解处理。

S51、将抗生素废水通入膜曝气反应器1中，并使用循环泵6循环；

S52、使用臭氧发生器3制取臭氧，设置臭氧流量为0.6145mg/L，并将臭氧通入至膜曝气反应器1中，产生的臭氧微气泡悬浮在抗生素废水中与抗生素接触发生降解。

四环素废水通入后，控制臭氧降解时间为20min，最后取样测量降解前后抗生素浓度变化。

抗生素浓度的测试方法同实施例1。

实施例6

配制氯霉素浓度为150mg/L的抗生素废水作为待处理废水，其pH为7，温度为25℃。采用下述方法对废水进行降解处理。

S61、将抗生素废水通入膜曝气反应器1中，并使用循环泵6循环；

S62、使用臭氧发生器3制取臭氧，设置臭氧流量为0.6145mg/L，并将臭氧通入至膜曝气反应器1中，产生的臭氧微气泡悬浮在抗生素废水中与抗生素接触发生降解。

四环素废水通入后，控制臭氧降解时间为20min，最后取样测量降解前后抗生素浓度变化。

抗生素浓度的测试方法同实施例1。

对照例1

所使用的抗生素废水同实施例2

使用膜曝气生物反应器降解抗生素废水，具体方法如下：

先将清水持续通入氮气，然后用蠕动泵5将清水注入膜生物反应器中，在0.120MPa下持续通氧，用DO仪器实时检测清水通氧量DO的变化，每5min记录一次DO数值。最后DO值趋于平稳，DO在11mg/L左右，产生气泡时的压力为0.152MPa。

在细菌池中取100mL污泥，然后用抽气泵抽滤，得到的固体放在烘箱中烘干，最后取出称量，最后计算得出污泥悬浮固体质量(MLSS)为7800mg/L。将驯养好的污泥移至膜曝气生物膜反应器中进行间歇处理，培养形成生物膜，每隔24h添加一次培养液，连续培养两星期。膜生物反应器中通入氧气的压强控制在0.122MPa，加入TC的量保持在1.70mg/L。每天取样进行DO和pH检测，直至DO变为零稳定之后开始进行废水检测。

通过紫外分光光度计对降解前后的TP进行测定，在氧气压力为0.122MPa时，HRT为16h时，TP的去除率最高可达78％。由此可见，膜曝气生物反应器对磷的降解效率并不高，这可能是因为降解磷的微生物群落比较少，或者是因为降解过程中生物膜堵塞了部分中空纤维膜孔洞。

表1为实施例1-6及对照例1降解效果数据

由表1可知，使用本实用新型的臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水装置对含抗生素的废水进行处理，在抗生素浓度为50-150mg/L时，对废水中抗生素的降解效率均在99.8％以上，相比于对照例1中的膜曝气生物反应器具有显著的技术效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置，其特征在于，包括膜曝气反应器(1)、曝气膜组件(2)、臭氧发生器(3)、废水箱(4)和蠕动泵(5)，

所述曝气膜组件(2)设置在所述膜曝气反应器(1)的内部，所述臭氧发生器(3)与所述曝气膜组件(2)连通；

所述废水箱(4)通过所述蠕动泵(5)与所述膜曝气反应器(1)连通。

2.根据权利要求1所述的臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置，其特征在于，还包括循环泵(6)，所述循环泵(6)的进水端与所述膜曝气反应器(1)底端连通，所述循环泵(6)的出水端与所述膜曝气反应器(1)顶端连通。

3.根据权利要求1所述的臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置，其特征在于，还包括流量计(7)，所述流量计(7)设置在所述臭氧发生器(3)与所述膜曝气反应器(1)连通的管路上。

4.根据权利要求1所述的臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置，其特征在于，所述曝气膜组件(2)为中空纤维膜组件，且所述中空纤维膜组件中中空纤维膜的孔径为10-60μm；

所述臭氧发生器(3)与所述中空纤维膜组件连通。

5.根据权利要求2所述的臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置，其特征在于，还包括温度控制器(8)，所述温度控制器(8)设置在所述膜曝气反应器(1)的内部，且所述温度控制器(8)的温度探测端靠近所述曝气膜组件(2)的底部。

6.根据权利要求5所述的臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置，其特征在于，还包括液面控制器(9)，所述液面控制器(9)设置在所述膜曝气反应器(1)的内部。

7.根据权利要求6所述的臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置，其特征在于，还包括控制机构，所述臭氧发生器(3)、所述温度控制器(8)、所述液面控制器(9)、所述蠕动泵(5)和所述循环泵(6)分别与所述控制机构电连接。

8.根据权利要求4所述的臭氧式膜曝气反应器降解抗生素废水的装置，其特征在于，所述中空纤维膜的材质为聚偏氟乙烯、聚砜、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚四氟乙烯中的任意一种。

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