超声/纳米Fe3O4耦合过硫酸盐降解抗生素废水的一体化装置的制作方法

本实用新型属于制药废水处理技术领域。

技术背景

制药过程中产生的废水，由于其排放量大，水体污染严重、有机物含量高等特点，历来是污水处理的一个难点。而抗生素生产过程中产生的废水，由于其中间产物、残余抗生素以及有机溶媒含量高，有害成分复杂并且降解困难等特点，为制药企业的生产造成了一定的压力。因此抗生素生产废水一直是制药企业污水治理的一个关键环节，同时也是治理过程的难点和重点。

头孢类抗生素制药废水的主要污染物包括发酵代谢产物、菌丝体及抗生素残留物、硫酸盐、表面活性剂(破乳剂、消沫剂等)和发酵预处理、提取分离中残留的酸、碱，一般不含重金属和剧毒的化学物质。该类废水的特征及其原因主要包括：①cod含量高，且含有大量含苯环和杂环的大分子难降解有机物，所以可生化性差，其ρ(bod5)/ρ(codcr)范围大约在0.1～0.22之间；②生物抑制性物质多，主要为残留的抗生素及其中间代谢产物，因为发酵中抗生素得率较低，约0.1％～3％，采用大孔径吸附树脂提取得率约78％～80％；③生物毒性物质多，包括高浓度的硫酸盐、表面活性剂和含氮含硫的杂环化合物；④悬浮物浓度高、色度高，主要为发酵过程中产生的菌丝体；⑤ph值低，因为发酵液预处理有高浓度的无机酸及有机物中有机酸含量比较高，且波动大；⑥间歇生产导致水质、水量波动大；⑦温度高，因为发酵过程温度下效果更好；⑧气味重，主要由各种有机物、硫化物导致。制药过程中产生的废水，由于其排放量大，水体污染严重、有机物含量高等特点，历来是污水处理的一个难点。而抗生素生产过程中产生的废水，由于其中间产物、残余抗生素以及有机溶媒含量高，有害成分复杂并且降解困难等特点，成为制药废水处理中的难点和重点。成为制药废水处理中的难点和重点。

过硫酸盐高级氧化技术(advancedoxidationtechnology，aot)具有反应速度快、处理完全、无公害、适用范围广等优点成为治理抗生素废水的可行技术之一。通过活化过硫酸盐，能够产生硫酸根自由基so^4-；硫酸根自由基的标准氧化还原电位e0＝2.5v-3.1v,羟基自由基的标准氧化还原电位e0＝1.8v-2.7v，硫酸根自由基的标准氧化还原电位接近或超过羟基自由基的标准氧化还原电位，理论上硫酸根自由基比羟基自由基氧化降解有机污染物的能力要强。硫酸根自由基的产生有许多种，包括热活化过硫酸盐产生自由基，紫外光活化过硫酸盐产生自由基，过渡金属活化过硫酸盐产生自由基。另外过硫酸盐具有较大水溶性(25℃时100g水可溶解74g过硫酸钠)；相对于o3氧化法和芬顿氧化法而言，过硫酸盐氧化法是一个比较缓慢的过程，可增大氧化剂与污染物的接触机会，且不会以气、热等形式造成能量浪费；研究表明，过硫酸盐氧化法最适ph值在7左右，适合处理接近中性的天然水体中的污染物质。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决均相反应过程中金属离子引入的二次污染等问题，达到离子溶出率低、重复利用等效果。

本实用新型所从采用的技术方案具体如下：

超声/纳米fe3o4耦合过硫酸盐降解抗生素废水的一体化装置，主要包括：废水贮存设备1、反应容器2、导管4、处理完的废水贮存装置5、气泵6、超声发生装置7、纳米四氧化三铁贮存设备8和过硫酸盐贮存设备9；

废水贮存设备1的下部通过导管4连接在反应容器2上部的废水进料口；反应容器2整体安装在超声发生装置7中；纳米四氧化三铁贮存设备8和过硫酸盐贮存设备9通过导管连接至反应容器2；反应容器2下部与废水进料口的对侧开有出料口通过导管4连接至处理完的抗生素废水贮存装置5，处理完的废水贮存装置5为密封装置，一侧与气泵6连接，用于提供负压将反应容器2中处理完的抗生素废水抽提至处理完的废水贮存装置5中。

进一步地，反应容器2中部设有纳米四氧化三铁回收装置，所述的纳米四氧化三铁回收装置为若干电磁铁组成的阵列板，磁铁阵列板通过电磁继电器3控制开关。

优选地，纳米四氧化三铁和过硫酸盐的进料口设置在废水进料口附近。

本实用新型的有益效果：

采用过硫酸盐来降解抗生素，其适用范围广，无二次污染，超声波和纳米四氧化三铁共同作用，降低处理成本。此一体化设备结构简单，便于管理，占地面积小，选址灵活，建设周期短，具有小动力、低噪音的优点。由于设备结构简单，便于集成扩建，可以并联或者是串联，增加处理量和处理效果。

附图说明

图1超声/纳米fe3o4耦合过硫酸盐降解抗生素废水的一体化装置结构示意图；

图2装置主体部分主视图；

图3装置主体部分侧视图；

图4装置主体部分俯视图；

图5抗生素废水贮存设备主视图；

图6抗生素废水贮存设备俯视图；

图7处理完的抗生素废水贮存装置主视图；

图8处理完的抗生素废水贮存装置俯视图；

图9纳米四氧化三铁回收装置示意图。

附图标记：1.抗生素废水贮存设备、2.反应装置、3.电磁继电器、4.导管、5.处理完的抗生素废水贮存装置、6.气泵、7.超声发生装置、8.超声控制面板、9.纳米四氧化三铁贮存设备、10.过硫酸盐贮存设备

具体实施方式

下面以具体实施例的形式对本实用新型技术方案做进一步解释和说明。

本实用新型所利用的反应原理如下：

2ho·→h2o+o·

ho·+h2o→h2o2+o·

h·+ho·→h2o

h·+h·→h2

o·+o·→o2

ho·+ho·→h2o2

h·+o2→ho2·

h·+ho2·→h2o2

ho2·+ho2·→h2o2+o2

o2+o·→o3

s2o8^2-+ho·→so4^-·+so4^2-+h⁺+1/2o2

s2o8^2-+h·→so4^-·+so4^2-+h⁺

s2o8^2-+so4^-·→so4^2-+s2o8^-·

2so4^-·→s2o8^2-

so4^-·+h2o→so4^2-+h⁺+ho·

so4^-·+ho·→hso4^-→so4^2-+h⁺+1/2o2

so4^-·+h·→so4^2-+h⁺

so4^-·+h2o2→so4^2-+2h⁺+o2^-

fe³⁺+h2o2→fe²⁺+ho2·+h⁺

fe²⁺+s2o8^2-→fe³⁺+so4^-·+so4^2-

实施例1

本实施例中的超声/纳米fe3o4耦合过硫酸盐降解抗生素废水的一体化装置，主要包括：废水贮存设备1、反应容器2、导管4、处理完的废水贮存装置5、气泵6、超声发生装置7、纳米四氧化三铁贮存设备8和过硫酸盐贮存设备9；

废水贮存设备1的下部通过导管4连接在反应容器2上部的废水进料口；反应容器2整体安装在超声发生装置7中；纳米四氧化三铁贮存设备8和过硫酸盐贮存设备9通过导管连接至反应容器2，纳米四氧化三铁和过硫酸盐的进料口设置在废水进料口附近。

反应容器2下部与废水进料口的对侧开有出料口通过导管4连接至处理完的抗生素废水贮存装置5，处理完的废水贮存装置5为密封装置，一侧与气泵6连接，用于提供负压将反应容器2中处理完的抗生素废水抽提至处理完的废水贮存装置5中。

反应容器2中部设有纳米四氧化三铁回收装置，所述的纳米四氧化三铁回收装置为若干电磁铁组成的阵列板，电磁铁阵列板通过电磁继电器3控制开关。

工作原理：贮存在废水贮存设备1中的废水通过导管4进入反应容器2，过硫酸盐的贮存装置10向反应容器2中添加过硫酸盐溶液(过硫酸盐溶液的浓度一般根据废水的污染状况，主要看水体中的cod值进行确定)，纳米四氧化三铁贮存设备10向反应容器2添加催化剂纳米四氧化三铁(四氧化三铁的投加量是按照与过硫酸盐溶液1:3进行投加)，在超声发生装置7的作用下进行反应，废水中的抗生素被降解，通过纳米四氧化三铁回收装置回收纳米四氧化三铁催化剂循环利用，处理后的抗生素废水经过6气泵提供负压将处理后的抗生素废水进行收集至5处理完的抗生素废水贮存装置。本实用新型采用纳米fe3o4作为催化剂协同超声波来活化s2o8^2-来降解有机物，这是对s2o8^2-的活化的拓展应用，并且过硫酸盐在室温下比较稳定，单独使用过硫酸盐氧化较难达到理想的有机污染物降解效果。利用超声波来提供活化s2o8^2-的能力，采用非均相催化剂纳米fe3o4，纳米fe3o4表面具有fe²⁺和fe³⁺，来进行提高s2o8^2-降解有机物的能力。通过回收装置使催化剂纳米fe3o4达到重复利用的目的，减少了资源的浪费，ph适用范围的拓展，亦可实现自动化连续操作。

提高了抗生素头孢曲松钠的降解率，并在催化剂纳米四氧化三铁的作用下加快了反应的速率，在乡镇医院进行了小试，对乡镇的医院产生的抗生素的废水进行集中收集并进行处理，按照装置图进行合理的布置，之后开始进行处理医院产生的抗生素废水，抗生素的处理效果很明显，降解了99％，降解所需时间为30分钟，并且催化剂纳米四氧化三铁得到而重复的利用。