一种同步去除抽出地下水中铁锰和抗生素的系统及方法与流程

1.本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种同步去除抽出地下水中铁锰和抗生素的系统及方法。


背景技术：

2.地下水是生产生活中重要的水源或储备水源。据统计，我国地下水源供水量超过850亿m3，约占供水总量的14.5％。受到地下岩土、矿物等溶出和冶炼、金属加工等行业部分未达标废水排放的影响，我国地下水资源普遍存在不同程度的铁锰污染，较高浓度的铁、锰会引起地下水中微生物过度繁殖，而抽出与空气接触之后又可能引起浊度、色度的升高，同时人体摄入铁、锰过量也可能造成肝脏、神经系统等的损伤。此外因受到地表水、化粪池渗透及土壤渗出的影响，医疗、养殖等行业中广泛使用的抗生素在我国地下水中也频繁检出，最高浓度可达到10-1
μg/l数量级，而地下水更新、自净过程缓慢并具有隐蔽性，因此地下水中抗生素引起的耐药性等环境问题可能对人类健康和生态系统安全构成长期且持续的威胁。
3.抽出处理技术通过将地下水抽出后利用地上处理技术修复处理，具有见效快、设备简单、施工方便等优点，是目前应用最广泛的地下水异位修复技术。但目前针对抽出地下水的处理技术主要针对地下水中含量较高、危害性较大的常规污染物所设计，针对抗生素这类新污染物的去除欠缺考虑，尤其部分抗生素因本身分子量较小、辛醇水分配系数较低且化学结构复杂，在多数常规处理技术中的去除效率有限。因此，有必要针对抽出地下水这类铁锰本底值偏高的水体中抗生素的去除提出解决方法。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的问题，提出一种同步去除抽出地下水中铁锰和抗生素的处理系统及处理方法，利用常规处理工艺去除地下水中铁锰并降低地下水浑浊度后，再利用深度处理工艺去除地下水中的抗生素，得到最终处理出水。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明第一个方面提供了一种同步去除抽出地下水中铁锰和抗生素的系统，包括：混凝沉淀池、锰砂滤池、提升泵、混合装置、臭氧接触池、活性炭滤池和过氧化氢投加系统，所述混凝沉淀池连接所述锰砂滤池，采用常规处理工艺去除地下水中铁锰并降低地下水浑浊度，所述锰砂滤池出水经提升泵和所述过氧化氢投加系统中的过氧化氢溶液进入混合装置混匀后，依次进入所述臭氧接触池和活性炭滤池，通过深度处理工艺去除所述锰砂滤池出水中的抗生素，得到最终处理出水。
7.优选地，所述过氧化氢投加系统包括原液池、原液泵、溶液池、加药泵以及流量计，所述活性炭滤池的出水可进入所述溶液池，所述原液池中的过氧化氢经所述原液泵投加至所述溶液池，所述溶液池设有感应装置用于检测过氧化氢溶液浓度，所述溶液池中的过氧化氢溶液经所述加药泵和流量计后进入混合装置与所述锰砂滤池出水混匀。
8.优选地，所述混凝沉淀池进水ph调节为8.0～8.5。
9.优选地，所述锰砂滤池的水力停留时间为20～60分钟。
10.优选地，所述臭氧接触池包括串联的第一接触室、第二接触室和第三接触室，所述第一接触室、第二接触室和第三接触室中的臭氧总投加质量浓度为0.5～1.5mg/l，且所述第一接触室、第二接触室和第三接触室的臭氧投加比例为1:1:1～3:1:1。
11.优选地，进入臭氧接触池的水中，过氧化氢总投加质量浓度为臭氧总投加质量浓度的1/4～1/2，利用臭氧与过氧化氢的链式反应产生羟基自由基等强氧化性的活性氧物质，以去除地下水中的抗生素，同时避免过量的过氧化氢与活性氧物质发生淬灭反应。
12.本发明第二个方面提供了一种同步去除抽出地下水中铁锰和抗生素的方法，所述方法包括如下步骤：
13.步骤s1，将地下水ph调节为8.0～8.5后，利用混凝沉淀池连接锰砂滤池作为常规处理工艺，去除地下水中铁锰并降低地下水浑浊度；
14.步骤s2，所述锰砂滤池出水经提升泵和过氧化氢投加系统中的过氧化氢溶液进入混合装置混匀后，依次进入臭氧接触池和活性炭滤池，利用串联的臭氧/过氧化氢高级氧化工艺和活性炭吸附工艺作为深度处理工艺，去除所述锰砂滤池出水中的抗生素，得到最终处理出水。
15.优选地，所述臭氧接触池包括串联的第一接触室、第二接触室和第三接触室，所述第一接触室、第二接触室和第三接触室中的臭氧总投加质量浓度为0.5～1.5mg/l，且所述第一接触室、第二接触室和第三接触室的臭氧投加比例为1:1:1～3:1:1。
16.优选地，进入臭氧接触池的水中，过氧化氢总投加质量浓度为臭氧总投加质量浓度的1/4～1/2，利用臭氧与过氧化氢的链式反应产生羟基自由基等强氧化性的活性氧物质，以去除地下水中的抗生素，同时避免过量的过氧化氢与活性氧物质发生淬灭反应。
17.优选地，所述锰砂滤池的水力停留时间为20～60分钟。
18.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
19.本发明提供了一种同步去除抽出地下水中铁锰和抗生素的系统及方法，通过调节地下水至弱碱性后利用混凝沉淀和锰砂过滤作为常规处理工艺，去除地下水中铁锰并降低地下水浑浊度后，再结合深度处理工艺，利用臭氧与过氧化氢链式反应产生的强氧化性活性氧物质对抗生素的氧化作用和活性炭对抗生素的吸附作用，去除常规处理工艺出水中的抗生素，得到最终处理出水。本发明通过常规和深度处理工艺的组合协同，可以更有效地发挥深度处理工艺的优势，有效去除抽出地下水中的抗生素类新污染物。
附图说明
20.构成本技术的一部分附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
21.图1为本发明公开的一种同步去除抽出地下水中铁锰和抗生素的系统的工艺流程图；
22.图2为本发明公开的一种同步去除抽出地下水中铁锰和抗生素的方法的步骤流程图。
具体实施方式
23.以下通过示例性的实施方式并结合附图对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.实验证明，过氧化氢(h2o2)在水中解离的酸根离子(ho
2-)可引发臭氧链式分解产生羟基自由基等强氧化性的活性氧物质，这些活性氧物质的氧化能力远高于臭氧分子，对于多数抗生素有很好的氧化去除效果，而活性炭因具有发达的孔隙结构和较大的比表面积，对多数抗生素及其被氧化降解产生的部分中间产物具有良好的吸附去除效果，所以臭氧/过氧化氢高级氧化和活性炭吸附联用可以作为应对水中抗生素类新污染物的有效处理工艺。然而，我国地下水中铁锰的本底值普遍偏高，较高浓度的铁、锰会引起地下水中微生物过度繁殖，而抽出与空气接触之后又可能引起浊度、色度的升高，这些问题对于高级氧化和吸附深度处理工艺去除抗生素的效果会产生干扰。因此，本发明在串联的臭氧/过氧化氢高级氧化和活性炭吸附深度处理工艺前，设置混凝沉淀和锰砂过滤作为常规处理工艺，有效去除地下水中铁锰并降低地下水浑浊度，可使得深度处理工艺中更有效地去除地下水中的抗生素类新污染物。
26.参阅图1所示，本发明公开了一种同步去除抽出地下水中铁锰和抗生素的系统，包括混凝沉淀池1、锰砂滤池2、提升泵3、混合装置4、臭氧接触池5、活性炭滤池6和过氧化氢投加系统7。在本实施例中，所述混凝沉淀池1连接所述锰砂滤池2，采用常规处理工艺去除地下水中铁锰并降低地下水浑浊度，所述锰砂滤池2出水经提升泵3和所述过氧化氢投加系统7中的过氧化氢溶液进入混合装置4混匀后，依次进入所述臭氧接触池5和活性炭滤池6，通过深度处理工艺去除所述锰砂滤池出水中的抗生素，得到最终处理出水。
27.在本实施例中，所述过氧化氢投加系统7包括原液池a、原液泵b、溶液池c、加药泵d以及流量计e，所述活性炭滤池6的出水可进入所述溶液池c，所述原液池a中的过氧化氢经所述原液泵b投加至所述溶液池c，所述溶液池c设有感应装置用于检测过氧化氢溶液浓度，所述溶液池c中的过氧化氢溶液经所述加药泵d和流量计e后进入混合装置4与述锰砂滤池2出水混匀。
28.在本实施例中，所述混凝沉淀池1进水ph调节为8.0～8.5。
29.在本实施例中，所述锰砂滤池2的水力停留时间为20～60分钟。
30.在本实施例中，所述臭氧接触池5包括串联的第一接触室、第二接触室和第三接触室，所述第一接触室、第二接触室和第三接触室中的臭氧总投加质量浓度为0.5～1.5mg/l，且所述第一接触室、第二接触室和第三接触室的臭氧投加比例为1:1:1～3:1:1。
31.在本实施例中，进入臭氧接触池5的水中，过氧化氢总投加质量浓度为臭氧总投加质量浓度的1/4～1/2，利用臭氧与过氧化氢的链式反应产生羟基自由基等强氧化性的活性氧物质，以去除地下水中的抗生素，同时避免过量的过氧化氢与活性氧物质发生淬灭反应。
32.在本实施例中，常规处理工艺去除的铁和锰浓度分别为2.0～4.9mg/l和0.9～1.3mg/l的常量级别，深度处理工艺去除的抗生素包括、但不限于磺胺类：磺胺嘧啶(sulphadiazine，sdz)、磺胺二甲嘧啶(sulfamethazine，smz)、磺胺甲恶唑(sulfamethoxazole，smx)、磺胺氯哒嗪(sulfachloropyridazine，scp)；氯霉素类：氯霉素(chloromycetin，cap)、甲砜霉素(thiamphenicol，tap)、氟甲砜霉素(florfeniol，ff)共7种抗生素中的一种或多种的混合物，抗生素浓度为50～300ng/l的痕量级别。
33.参阅图2所示，本发明还公开了一种同步去除抽出地下水中铁锰和抗生素的方法，包括如下步骤：
34.步骤s1，将地下水ph调节为8.0～8.5后，利用混凝沉淀池连接锰砂滤池作为常规处理工艺，去除地下水中铁锰并降低地下水浑浊度，在本实施例中，锰砂滤池的水力停留时间通过滤速调节保持在20～60分钟。
35.步骤s2，所述锰砂滤池出水经提升泵和过氧化氢投加系统中的过氧化氢溶液进入混合装置混匀后，依次进入臭氧接触池和活性炭滤池，利用串联的臭氧/过氧化氢高级氧化工艺和活性炭吸附工艺作为深度处理工艺，去除所述锰砂滤池出水中的抗生素，得到最终处理出水。
36.在本实施例中，所述臭氧接触池包括串联的第一接触室、第二接触室和第三接触室，所述第一接触室、第二接触室和第三接触室中的臭氧总投加质量浓度为0.5～1.5mg/l，过氧化氢总投加质量浓度为臭氧总投加质量浓度的1/4～1/2，且所述第一接触室、第二接触室和第三接触室的臭氧投加比例为1:1:1～3:1:1，利用臭氧与过氧化氢的链式反应产生羟基自由基等强氧化性的活性氧物质，以去除地下水中的抗生素，同时避免过量的过氧化氢与活性氧物质发生淬灭反应。
37.在本实施例中，常规处理工艺去除的铁和锰浓度分别为2.0～4.9mg/l和0.9～1.3mg/l的常量级别，深度处理工艺去除的抗生素包括、但不限于磺胺类：磺胺嘧啶(sulphadiazine，sdz)、磺胺二甲嘧啶(sulfamethazine，smz)、磺胺甲恶唑(sulfamethoxazole，smx)、磺胺氯哒嗪(sulfachloropyridazine，scp)；氯霉素类：氯霉素(chloromycetin，cap)、甲砜霉素(thiamphenicol，tap)、氟甲砜霉素(florfeniol，ff)共7种抗生素中的一种或多种的混合物，抗生素浓度为50～300ng/l的痕量级别。
38.实例1
39.在本发明具体实施例中，一种同步去除抽出地下水中铁锰和抗生素的流程如下：
40.步骤1，抽出的地下水中铁、锰浓度分别为2.0mg/l和1.1mg/l，投加7种抗生素使水中抗生素浓度分别为磺胺类：磺胺嘧啶(sulphadiazine，sdz)80ng/l、磺胺二甲嘧啶(sulfamethazine，smz)100ng/l、磺胺甲恶唑(sulfamethoxazole，smx)90ng/l、磺胺氯哒嗪(sulfachloropyridazine，scp)90ng/l；氯霉素类：氯霉素(chloromycetin，cap)100ng/l、甲砜霉素(thiamphenicol，tap)160ng/l、氟甲砜霉素(florfeniol，ff)140ng/l。
41.步骤2，使用去离子水稀释的氢氧化钠溶液调节抽出地下水的ph，使混凝沉淀池进水ph为8.0～8.5，之后投加30～40mg/l硫酸铝作为混凝剂，经混凝沉淀后进入锰砂滤池，调节滤速使锰砂滤池的水力停留时间为20～60分钟。
42.步骤3，锰砂滤池出水经提升泵和过氧化氢溶液进入混合装置混匀后，依次进入臭氧接触池和活性炭滤池，臭氧总投加质量浓度为0.5～1.5mg/l，过氧化氢总投加质量浓度
为臭氧总投加质量浓度的1/4～1/2，且臭氧接触池内第一接触室、第二接触室和第三接触室的臭氧投加比例为1:1:1～3:1:1。
43.步骤4，过氧化氢投加系统内原液池中的过氧化氢经原液泵投加至溶液池，活性炭滤池出水也可部分进入的溶液池中，通过溶液池中的感应装置检测过氧化氢溶液浓度，当溶液池中的过氧化氢溶液浓度达到预期时通过加药泵和流量计后进入混合装置与锰砂滤池出水混匀。
44.本发明具体实施例中，整套流程连续运行2h后采集锰砂滤池和活性炭滤池出水进行水质化验，结果表明，锰砂滤池出水中铁浓度减少96.3％，锰浓度减少99.9％，活性炭滤池出水中抗生素浓度减少74.4％～99.9％，常规处理工艺和深度处理工艺组合后能很好地发挥协同作用，实现抽出地下水中铁锰和抗生素的同步去除。
45.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。