一种铁碳微电解法处理抗生素废水的实验装置及方法与流程

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种处理抗生素废水的实验装置及方法。

背景技术：

随着我国化学工业的快速发展，各种新型的化工产品被应用在各行各业，医药就是其中一大类，由此带来的严重的环境污染问题，具体表现在：废水中有机污染物浓度高、结构稳定、生化性差，常规工艺难以实现达标排放。抗生素类药物作为一大类生产生活常用药物，被大量的投入使用，甚至存在滥用的现象，而不正当的排放以及人和动物的代谢，就导致水体和土壤中出现抗生素，其对水生态环境及人类健康的潜在威胁，正引起人们的密切关注。

现有的针对抗生素废水的处理方法大多还是常规的好氧、厌氧或好氧加厌氧的生物处理方法，不仅处理工艺复杂，成本较高，而且由于抗生素所具有的抗药性使得残留物较高，处理后并不能完全达到饮用水标准。铁碳微电解技术是目前处理高浓度有机废水的一种理想工艺。它是在不通电的情况下，利用铁和碳本身的电位差，在废水中形成无数个微小的原电池，过程中产生的新生态[H]、Fe²⁺等具有强还原性，与废水中难生物降解的组分发生氧化还原反应，从而达到对污染物的去除。而过程中生成的Fe³⁺的水合物具有较强的吸附-絮凝效果，可以进一步去除污染物。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铁碳微电解法处理抗生素废水的实验装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供的一种铁碳微电解法处理抗生素废水的实验装置，由铁碳微电解反应器、多孔板承托层、加热棒、温控器和曝气管组成，其中：铁碳微电解反应器由壳体和顶盖连接而成，铁碳微电解反应器内自上而下分为填料区和曝气区，所述填料区和曝气区之间通过多孔板承托层隔开，填料区内均匀堆砌铁碳材料，曝气区内均匀铺设带孔的曝气管，曝气管伸出铁碳微电解反应器，并与曝气器连接；铁碳微电解反应器上部一侧设有水浴注水口和进水口，所述水浴注水口位于进水口上方，铁碳微电解反应器下部一侧设有水浴排空口和出水口，所述出水口通过管道连接多孔板承托层一侧，且出水口位于水浴排空口上方；两个加热棒分别插入曝气区和填料区；所述加热棒连接温控器；所述出水口通过回流泵回流至进水口，

本发明中，铁碳微电解反应器的壳体材质为有机玻璃。

本发明中，填料区中采用的铁碳材料为购买的已制成的铁碳合金材料，铁碳含量为80%，铁碳质量比为1:1。

本发明中，填料区中铁碳填装量为1g/ml。

本发明中，多孔板承托层材料采用有机玻璃，其上均匀分布有直径为0.4-0.6cm的小孔。

本发明中，曝气区进气为O₂，用于增加微电解作用，并起搅拌作用防止铁碳结块。

本发明中，涉及的温度分低温、常温、加热，可通过安装在反应装置的一侧的温控器控温，该温控器连接并控制安置在水浴区内部的加热棒。

本发明中，水浴注水口和进水口位于水浴区，水浴区是不密封的，低温试验时可投加冰块或冰袋创造低温条件，以此研究北方低温条件下该方法的可行性。

本发明提供的铁碳微电解法处理抗生素废水的实验装置的使用方法，具体步骤如下：

将抗生素废水用盐酸调节pH值至2~4，然后将pH值为2~4的抗生素废水通过进水口通入铁碳微电解反应器内，同时通过曝气管向铁碳微电解反应器的曝气区曝气，为填料区供氧，进一步增强微电解作用，并起搅拌作用，防止铁碳结块；反应区出水口连接回流泵至反应区进水口，回流比为4:1，使抗生素废水在铁碳微电解反应器内循环，改善体系的传质条件，抗生素废水在铁碳微电解反应器中停留时间为4~8小时，充分反应；利用铁碳微电解过程中的氧化还原作用及产生的Fe(OH)₃的絮凝作用，达到对难降解污染物抗生素的降解，降低出水抗生素浓度。

本发明中，曝气区进气为O₂，用于增加微电解作用，并起搅拌作用防止铁碳结块。

本如蝇逐反应区出水口连接回流泵至反应区进水口，形成循环系统，可以保证充足的停留时间。

本发明的有益效果在于：

本发明使用铁碳微电解技术对可生化性较低的抗生素废水进行预处理，可达到80%以上的去除效果,提高了废水的可生化能力。技术上采用间歇式反应，出水口连接回流泵至进水口，形成循环系统，可以保证充足的停留时间，同时废水的循环为污染物和铁碳材料提供了充分的接触，使反应更完全。铁碳微电解技术所采用铁碳材料大多选取铁屑和焦炭价格低廉的物质，尤其材料中的铁通常选取都是刨花或其他废弃的铁料，流程中需加酸过程可采取废酸。于思想上贯彻了“以废治废”的处理方针，处理污水的同时，达到了固体废弃物“减量化”的环保效果。

本发明中，设有曝气装置，不仅能够给反应体系供氧，增强原电池的电化学腐蚀能力。同时也增加废水与微电解填料的接触频率，改善体系的传质条件，加快反应速率。曝气产生气泡可以增加对材料的搅动、摩擦，有利于去除铁屑表面沉积的钝化膜。

本发明中，外部设有水浴系统，可对实验过程进行控温，且水浴部分可加入低温水以研究不同温度对反应的影响。

本发明中，具有成本低、操作简单、占地面积小、使用寿命长等优点。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1是本发明一种铁碳微电解法处理抗生素废水的装置结构示意图。

图中：1、顶盖；2、填料区；3、多孔板承托层；4、加热棒；5、温控器；6、曝气管；7、壳体；８、水浴注水口；９、进水口；10、出水口；11、水浴排空口。

具体实施方式

本发明提供的基于铁碳微电解法处理抗生素废水的装置，可以高效提高污水可生化性并对污染物进行有效去除。

实施例１：本发明提供的一种基于铁碳微电解法处理抗生素废水的装置，主要包括：

铁碳微电解反应器，填料区，曝气区，水浴区，其中填料区及曝气区统称为反应区。填料区2均匀堆砌铁碳材料，曝气区与填料区用多孔隔板3隔开，多孔隔板下方均匀铺设带孔的曝气软管6，为反应区供氧，增强微电解作用，并起搅拌作用，防止铁碳结块。铁碳微电解反应器由壳体７和顶盖1组成，侧壁上部设置进水口，侧壁下部设置出水口。反应区外部即水浴区，采用水浴加热，通过加热棒4和温控器5控制恒定温度，水浴区侧壁下方设置水浴排空口。

实施例２

常温下，取自实验室配水，20mg/l的磺胺甲基嘧啶溶液，初始pH为7.80。

采用实施例１所述装置，将原水用10%浓度的盐酸调节pH至2，然后将pH为2的抗生素废水通入铁碳微电解反应器，同时向反应器中曝气，为反应区供氧。反应一定时间后，开启反应器中回流装置，使废水在反应器内循环，改善体系的传质条件。水在反应器中停留8小时后出水。处理之后，磺胺甲基嘧啶的去除率达到87%，TOC去除率达50%，pH为5.8。

实施例３

常温下，取自实验室配水，20mg/l的青霉素G钠溶液，初始pH为7。

采用实施例１所述装置，将原水用10%浓度的盐酸调节pH至2，然后将pH为2的抗生素废水通入铁碳微电解反应器，同时向反应器中曝气，为反应区供氧。反应一定时间后，开启反应器中回流装置，使废水在反应器内循环，改善体系的传质条件。水在反应器中停留8小时后出水。处理之后，青霉素的去除率达到95%，TOC去除率达54%，pH为5.6。

实施例４

常温下，取某制药厂抗生素医药废水，COD浓度为13000~16000mg/l，初始pH为6.5。

采用实施例１所述装置，将原水用10%浓度的盐酸调节pH至2左右，然后将pH为2的抗生素废水通入铁碳微电解反应器，同时向反应器中曝气，为反应区供氧。反应一定时间后，开启反应器中回流装置，使废水在反应器内循环，改善体系的传质条件。水在反应器中停留8小时后出水。处理之后，COD去除率达到92%，pH为5.2。

实施例５

采用实施例１所述装置，常温下，取某制药厂抗生素医药废水，COD浓度为20300mg/l左右，初始pH为5.9。

将原水用10%浓度的盐酸调节pH至2左右，然后将pH为2的抗生素废水通入铁碳微电解反应器，同时向反应器中曝气，为反应区供氧。反应一定时间后，开启反应器中回流装置，使废水在反应器内循环，改善体系的传质条件。水在反应器中停留8小时后出水。处理之后，COD去除率达到89%，pH为5。

实施例６

常温下，取某制药厂抗生素医药废水，COD浓度为13000~16000mg/l。

采用实施例１所述装置，将原水用10%浓度的盐酸调节pH至2左右，然后将pH为2的抗生素废水通入铁碳微电解反应器，同时向反应器中曝气，为反应区供氧。反应一定时间后，开启反应器中回流装置，使废水在反应器内循环，改善体系的传质条件。水在反应器中停留8小时后出水。处理之后，COD去除率达到57%，pH为5.2。

实施例７

常温下，取某制药厂抗生素医药废水，COD浓度为100000mg/l左右，初始pH为7。

采用实施例１所述装置，将原水用10%浓度的盐酸调节pH至2左右，然后将pH为2的抗生素废水通入铁碳微电解反应器，同时向反应器中曝气，为反应区供氧。反应一定时间后，开启反应器中回流装置，使废水在反应器内循环，改善体系的传质条件。水在反应器中停留8小时后出水。处理之后，COD去除率达到60%。