一種鐵碳微電解法處理抗生素廢水的實驗裝置及方法與流程

本發明屬于廢水處理技術領域，具體涉及一種處理抗生素廢水的實驗裝置及方法。

背景技術：

隨著我國化學工業的快速發展，各種新型的化工產品被應用在各行各業，醫藥就是其中一大類，由此帶來的嚴重的環境污染問題，具體表現在：廢水中有機污染物濃度高、結構穩定、生化性差，常規工藝難以實現達標排放。抗生素類藥物作為一大類生產生活常用藥物，被大量的投入使用，甚至存在濫用的現象，而不正當的排放以及人和動物的代謝，就導致水體和土壤中出現抗生素，其對水生態環境及人類健康的潛在威脅，正引起人們的密切關注。

現有的針對抗生素廢水的處理方法大多還是常規的好氧、厭氧或好氧加厭氧的生物處理方法，不僅處理工藝復雜，成本較高，而且由于抗生素所具有的抗藥性使得殘留物較高，處理后并不能完全達到飲用水標準。鐵碳微電解技術是目前處理高濃度有機廢水的一種理想工藝。它是在不通電的情況下，利用鐵和碳本身的電位差，在廢水中形成無數個微小的原電池，過程中產生的新生態[H]、Fe²⁺等具有強還原性，與廢水中難生物降解的組分發生氧化還原反應，從而達到對污染物的去除。而過程中生成的Fe³⁺的水合物具有較強的吸附-絮凝效果，可以進一步去除污染物。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種鐵碳微電解法處理抗生素廢水的實驗裝置及方法。

為實現上述目的，本發明提供的一種鐵碳微電解法處理抗生素廢水的實驗裝置，由鐵碳微電解反應器、多孔板承托層、加熱棒、溫控器和曝氣管組成，其中：鐵碳微電解反應器由殼體和頂蓋連接而成，鐵碳微電解反應器內自上而下分為填料區和曝氣區，所述填料區和曝氣區之間通過多孔板承托層隔開，填料區內均勻堆砌鐵碳材料，曝氣區內均勻鋪設帶孔的曝氣管，曝氣管伸出鐵碳微電解反應器，并與曝氣器連接；鐵碳微電解反應器上部一側設有水浴注水口和進水口，所述水浴注水口位于進水口上方，鐵碳微電解反應器下部一側設有水浴排空口和出水口，所述出水口通過管道連接多孔板承托層一側，且出水口位于水浴排空口上方；兩個加熱棒分別插入曝氣區和填料區；所述加熱棒連接溫控器；所述出水口通過回流泵回流至進水口，

本發明中，鐵碳微電解反應器的殼體材質為有機玻璃。

本發明中，填料區中采用的鐵碳材料為購買的已制成的鐵碳合金材料，鐵碳含量為80%，鐵碳質量比為1:1。

本發明中，填料區中鐵碳填裝量為1g/ml。

本發明中，多孔板承托層材料采用有機玻璃，其上均勻分布有直徑為0.4-0.6cm的小孔。

本發明中，曝氣區進氣為O₂，用于增加微電解作用，并起攪拌作用防止鐵碳結塊。

本發明中，涉及的溫度分低溫、常溫、加熱，可通過安裝在反應裝置的一側的溫控器控溫，該溫控器連接并控制安置在水浴區內部的加熱棒。

本發明中，水浴注水口和進水口位于水浴區，水浴區是不密封的，低溫試驗時可投加冰塊或冰袋創造低溫條件，以此研究北方低溫條件下該方法的可行性。

本發明提供的鐵碳微電解法處理抗生素廢水的實驗裝置的使用方法，具體步驟如下：

將抗生素廢水用鹽酸調節pH值至2~4，然后將pH值為2~4的抗生素廢水通過進水口通入鐵碳微電解反應器內，同時通過曝氣管向鐵碳微電解反應器的曝氣區曝氣，為填料區供氧，進一步增強微電解作用，并起攪拌作用，防止鐵碳結塊；反應區出水口連接回流泵至反應區進水口，回流比為4:1，使抗生素廢水在鐵碳微電解反應器內循環，改善體系的傳質條件，抗生素廢水在鐵碳微電解反應器中停留時間為4~8小時，充分反應；利用鐵碳微電解過程中的氧化還原作用及產生的Fe(OH)₃的絮凝作用，達到對難降解污染物抗生素的降解，降低出水抗生素濃度。

本發明中，曝氣區進氣為O₂，用于增加微電解作用，并起攪拌作用防止鐵碳結塊。

本如蠅逐反應區出水口連接回流泵至反應區進水口，形成循環系統，可以保證充足的停留時間。

本發明的有益效果在于：

本發明使用鐵碳微電解技術對可生化性較低的抗生素廢水進行預處理，可達到80%以上的去除效果,提高了廢水的可生化能力。技術上采用間歇式反應，出水口連接回流泵至進水口，形成循環系統，可以保證充足的停留時間，同時廢水的循環為污染物和鐵碳材料提供了充分的接觸，使反應更完全。鐵碳微電解技術所采用鐵碳材料大多選取鐵屑和焦炭價格低廉的物質，尤其材料中的鐵通常選取都是刨花或其他廢棄的鐵料，流程中需加酸過程可采取廢酸。于思想上貫徹了“以廢治廢”的處理方針，處理污水的同時，達到了固體廢棄物“減量化”的環保效果。

本發明中，設有曝氣裝置，不僅能夠給反應體系供氧，增強原電池的電化學腐蝕能力。同時也增加廢水與微電解填料的接觸頻率，改善體系的傳質條件，加快反應速率。曝氣產生氣泡可以增加對材料的攪動、摩擦，有利于去除鐵屑表面沉積的鈍化膜。

本發明中，外部設有水浴系統，可對實驗過程進行控溫，且水浴部分可加入低溫水以研究不同溫度對反應的影響。

本發明中，具有成本低、操作簡單、占地面積小、使用壽命長等優點。

附圖說明

當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發明以及容易得知其中許多伴隨的優點，但此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定，其中：

圖1是本發明一種鐵碳微電解法處理抗生素廢水的裝置結構示意圖。

圖中：1、頂蓋；2、填料區；3、多孔板承托層；4、加熱棒；5、溫控器；6、曝氣管；7、殼體；８、水浴注水口；９、進水口；10、出水口；11、水浴排空口。

具體實施方式

本發明提供的基于鐵碳微電解法處理抗生素廢水的裝置，可以高效提高污水可生化性并對污染物進行有效去除。

實施例１：本發明提供的一種基于鐵碳微電解法處理抗生素廢水的裝置，主要包括：

鐵碳微電解反應器，填料區，曝氣區，水浴區，其中填料區及曝氣區統稱為反應區。填料區2均勻堆砌鐵碳材料，曝氣區與填料區用多孔隔板3隔開，多孔隔板下方均勻鋪設帶孔的曝氣軟管6，為反應區供氧，增強微電解作用，并起攪拌作用，防止鐵碳結塊。鐵碳微電解反應器由殼體７和頂蓋1組成，側壁上部設置進水口，側壁下部設置出水口。反應區外部即水浴區，采用水浴加熱，通過加熱棒4和溫控器5控制恒定溫度，水浴區側壁下方設置水浴排空口。

實施例２

常溫下，取自實驗室配水，20mg/l的磺胺甲基嘧啶溶液，初始pH為7.80。

采用實施例１所述裝置，將原水用10%濃度的鹽酸調節pH至2，然后將pH為2的抗生素廢水通入鐵碳微電解反應器，同時向反應器中曝氣，為反應區供氧。反應一定時間后，開啟反應器中回流裝置，使廢水在反應器內循環，改善體系的傳質條件。水在反應器中停留8小時后出水。處理之后，磺胺甲基嘧啶的去除率達到87%，TOC去除率達50%，pH為5.8。

實施例３

常溫下，取自實驗室配水，20mg/l的青霉素G鈉溶液，初始pH為7。

采用實施例１所述裝置，將原水用10%濃度的鹽酸調節pH至2，然后將pH為2的抗生素廢水通入鐵碳微電解反應器，同時向反應器中曝氣，為反應區供氧。反應一定時間后，開啟反應器中回流裝置，使廢水在反應器內循環，改善體系的傳質條件。水在反應器中停留8小時后出水。處理之后，青霉素的去除率達到95%，TOC去除率達54%，pH為5.6。

實施例４

常溫下，取某制藥廠抗生素醫藥廢水，COD濃度為13000~16000mg/l，初始pH為6.5。

采用實施例１所述裝置，將原水用10%濃度的鹽酸調節pH至2左右，然后將pH為2的抗生素廢水通入鐵碳微電解反應器，同時向反應器中曝氣，為反應區供氧。反應一定時間后，開啟反應器中回流裝置，使廢水在反應器內循環，改善體系的傳質條件。水在反應器中停留8小時后出水。處理之后，COD去除率達到92%，pH為5.2。

實施例５

采用實施例１所述裝置，常溫下，取某制藥廠抗生素醫藥廢水，COD濃度為20300mg/l左右，初始pH為5.9。

將原水用10%濃度的鹽酸調節pH至2左右，然后將pH為2的抗生素廢水通入鐵碳微電解反應器，同時向反應器中曝氣，為反應區供氧。反應一定時間后，開啟反應器中回流裝置，使廢水在反應器內循環，改善體系的傳質條件。水在反應器中停留8小時后出水。處理之后，COD去除率達到89%，pH為5。

實施例６

常溫下，取某制藥廠抗生素醫藥廢水，COD濃度為13000~16000mg/l。

采用實施例１所述裝置，將原水用10%濃度的鹽酸調節pH至2左右，然后將pH為2的抗生素廢水通入鐵碳微電解反應器，同時向反應器中曝氣，為反應區供氧。反應一定時間后，開啟反應器中回流裝置，使廢水在反應器內循環，改善體系的傳質條件。水在反應器中停留8小時后出水。處理之后，COD去除率達到57%，pH為5.2。

實施例７

常溫下，取某制藥廠抗生素醫藥廢水，COD濃度為100000mg/l左右，初始pH為7。

采用實施例１所述裝置，將原水用10%濃度的鹽酸調節pH至2左右，然后將pH為2的抗生素廢水通入鐵碳微電解反應器，同時向反應器中曝氣，為反應區供氧。反應一定時間后，開啟反應器中回流裝置，使廢水在反應器內循環，改善體系的傳質條件。水在反應器中停留8小時后出水。處理之后，COD去除率達到60%。