公布日：2023.08.29

申請(qǐng)日：2023.03.13

分類(lèi)號(hào)：C02F1/469(2023.01)I;C02F7/00(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N

摘要

本發(fā)明公開(kāi)了一種內(nèi)曝氣式電芬頓裝置及處理抗生素廢水的方法，解決了現(xiàn)有電芬頓技術(shù)中的自由基因存在時(shí)間短，利用率不高，pH條件苛刻，費(fèi)用大且影響反應(yīng)效率的技術(shù)問(wèn)題。包括下述步驟：步驟1、載羥基氧化鐵斜發(fā)沸石的制備；步驟2、安裝電芬頓設(shè)備，設(shè)備為單室型反應(yīng)器，用有機(jī)玻璃制成的電解槽，陰極為碳?xì)謽O板，陽(yáng)極為金屬鈦極板，催化劑為步驟1所述的載羥基氧化鐵斜發(fā)沸石，外電路中用銅絲作為導(dǎo)線連接到工作電源，每隔15‑30分鐘自動(dòng)記錄電壓值；步驟3、啟動(dòng)反應(yīng)器。本發(fā)明用斜發(fā)沸石作為吸附劑與碳?xì)株帢O耦合，發(fā)生的電芬頓反應(yīng)，是一個(gè)富集，降解，再生的過(guò)程，比傳統(tǒng)電芬頓工藝處理效率高一倍，且不需要極低的pH條件。

權(quán)利要求書(shū)

1.一種內(nèi)曝氣式電芬頓裝置，其特征在于，包括電解槽（1）、陽(yáng)極板（2）、陰極板（3）、曝氣頭（4）、曝氣泵（5）；其中，所述電解槽（1）為單室型電解槽，電解槽內(nèi)設(shè)置有陽(yáng)極板（2）和陰極板（3），陽(yáng)極板（2）和陰極板（3）通過(guò)電源相連接，外電路中用銅絲作為導(dǎo)線連接到工作電源；所述陰極板（3）為立方體中空結(jié)構(gòu)，中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)置有曝氣頭（4）并填充載羥基氧化鐵斜發(fā)沸石，曝氣頭（4）與電解槽（1）外的曝氣泵（5）相連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)曝氣式電芬頓裝置，其特征在于：還包括轉(zhuǎn)子（6），將反應(yīng)裝置放在磁力攪拌器上，通過(guò)與轉(zhuǎn)子（6）共同作用，對(duì)電解液進(jìn)行攪拌。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)曝氣式電芬頓裝置，其特征在于：所述電解槽（1）為有機(jī)玻璃制成的電解槽，尺寸為16cm×15cm×7cm，厚度為0.5cm，有效體積為1L，陽(yáng)極板選用鈦電極，其尺寸為6cm×10cm×0.2cm；陰極板為碳?xì)蛛姌O，其尺寸為7cm×3cm×8cm，壁厚0.2cm，內(nèi)為空心。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)曝氣式電芬頓裝置，其特征在于：所述電解槽（1）內(nèi)壁設(shè)有卡槽，方便極板之間的移動(dòng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)曝氣式電芬頓裝置，其特征在于：所述電源由直流穩(wěn)壓電源提供，電壓可調(diào)范圍為0-15V，電流可調(diào)范圍為0-2A。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)曝氣式電芬頓裝置，其特征在于：所述曝氣泵（5）負(fù)責(zé)向水中曝氣，排氣壓力為0.02MP，排氣量為0.025m3•min-1。

7.一種處理抗生素廢水的方法，其特征在于，應(yīng)用權(quán)利要求1-6所述的內(nèi)曝氣式電芬頓裝置進(jìn)行，所述具體包括下述步驟：步驟1、制備載羥基氧化鐵斜發(fā)沸石；步驟2、安裝電芬頓裝置，陰極為碳?xì)种瞥傻牧⒎襟w中空結(jié)構(gòu)，中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部置有曝氣頭（4）并填充載羥基氧化鐵斜發(fā)沸石，曝氣頭（4）與載羥基氧化鐵斜發(fā)沸石共同作用，在耦合的條件下發(fā)生的電芬頓反應(yīng)，是一個(gè)富集、降解、再生的過(guò)程，陽(yáng)極為金屬鈦極板，催化劑為步驟1所述的載羥基氧化鐵斜發(fā)沸石，外電路中用銅絲作為導(dǎo)線連接到工作電源，每隔15-30分鐘自動(dòng)記錄電壓值；步驟3、啟動(dòng)反應(yīng)器，分別添加氧氟沙星溶液和磺胺甲惡唑溶液10mg/L，FeSO4投加量為150mg，曝氣位置采用內(nèi)部，負(fù)載FeOOH沸石投加量20g，啟動(dòng)后每隔十分鐘記錄一次反應(yīng)器中氧氟沙星溶液和磺胺甲惡唑的濃度；步驟4、當(dāng)氧氟沙星和磺胺甲惡唑濃度下降到0.5mg/L后斷開(kāi)電源停止反應(yīng)，分別加入氧氟沙星溶液和磺胺甲惡唑溶液到10mg/L后繼續(xù)反應(yīng)，當(dāng)兩次反應(yīng)時(shí)間差不超過(guò)五分鐘則代表啟動(dòng)成功，啟動(dòng)成功后更換20mg/L的氧氟沙星溶液和磺胺甲惡唑溶液繼續(xù)反應(yīng)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理抗生素廢水的方法，其特征在于：所述步驟1中，載羥基氧化鐵斜發(fā)沸石的制備包括下述子步驟：步驟1.1、稱(chēng)取0.5-1mm粒徑的斜發(fā)沸石放入燒杯中，用去離子水進(jìn)行反復(fù)沖洗，除去沸石表面灰塵，然后用80%丙酮溶液浸泡放入超聲清洗器內(nèi)震蕩120min去除表面有機(jī)雜質(zhì)，最后用去離子水再次沖洗干凈放入60℃烘箱內(nèi)烘干后備用；步驟1.2、分別配制1mol•L-1的NaOH溶液和0.5mol•L-1的FeCl3溶液各1L；步驟1.3、在水浴鍋中加入100mL配置好的FeCl3溶液，溫度控制在90-100℃，然后加入10g斜發(fā)沸石用磁力攪拌器持續(xù)攪拌20min，然后用玻璃棒引流，緩緩倒入100ml配置好的NaOH溶液，用玻璃棒慢慢攪拌使得斜發(fā)沸石與溶液充分接觸直至溶液蒸干；步驟1.4、將斜發(fā)沸石放入105℃烘箱內(nèi)烘8h，接著放入400℃馬弗爐內(nèi)煅燒2h，取出后用去離子水沖洗，最后放入105℃烘箱烘干。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理抗生素廢水的方法，其特征在于：所述步驟3中，反應(yīng)器的電流密度為10mA•m-2，反應(yīng)時(shí)間40min，pH為中性，極板間距3cm。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)曝氣式電芬頓裝置及處理抗生素廢水的方法，以解決現(xiàn)有電芬頓技術(shù)中的自由基因存在時(shí)間短，利用率不高，pH條件苛刻，費(fèi)用大且影響反應(yīng)效率的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：本發(fā)明提供的一種內(nèi)曝氣式電芬頓裝置，包括電解槽、陽(yáng)極板、陰極板、曝氣頭、曝氣泵；其中，所述電解槽為單室型電解槽，電解槽內(nèi)設(shè)置有陽(yáng)極板和陰極板，陽(yáng)極板和陰極板通過(guò)電源相連接，外電路中用銅絲作為導(dǎo)線連接到工作電源；所述陰極板為立方體中空結(jié)構(gòu)，中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)置有曝氣頭并填充載羥基氧化鐵斜發(fā)沸石，曝氣頭與電解槽外的曝氣泵相連接。

進(jìn)一步的，還包括轉(zhuǎn)子，將反應(yīng)裝置放在磁力攪拌器上，通過(guò)與轉(zhuǎn)子共同作用，對(duì)電解液進(jìn)行攪拌。

進(jìn)一步的，所述電解槽為有機(jī)玻璃制成的電解槽，尺寸為16cm×15cm×7cm，厚度為0.5cm，有效體積為1L，陽(yáng)極板選用鈦電極，其尺寸為6cm×10cm×0.2cm；陰極板為碳?xì)蛛姌O，其尺寸為7cm×3cm×8cm，壁厚0.2cm，內(nèi)為空心。

進(jìn)一步的，所述電解槽內(nèi)壁設(shè)有卡槽，方便極板之間的移動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述電源由直流穩(wěn)壓電源提供，電壓可調(diào)范圍為0-15V，電流可調(diào)范圍為0-2A。

進(jìn)一步的，所述曝氣泵負(fù)責(zé)向水中曝氣，排氣壓力為0.02MP，排氣量為0.025m3•min-1。

本發(fā)明提供的一種處理抗生素廢水的方法，其特征在于，應(yīng)用權(quán)利要求1-6所述的內(nèi)曝氣式電芬頓裝置進(jìn)行，所述具體包括下述步驟：步驟1、載羥基氧化鐵斜發(fā)沸石的制備；步驟2、安裝電芬頓裝置，陰極為碳?xì)种瞥傻牧⒎襟w中空結(jié)構(gòu)，中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部置有曝氣頭并填充載羥基氧化鐵斜發(fā)沸石，曝氣頭與載羥基氧化鐵斜發(fā)沸石共同作用，在耦合的條件下發(fā)生的電芬頓反應(yīng)，是一個(gè)富集、降解、再生的過(guò)程，陽(yáng)極為金屬鈦極板，催化劑為步驟1所述的載羥基氧化鐵斜發(fā)沸石，外電路中用銅絲作為導(dǎo)線連接到工作電源，每隔15-30分鐘自動(dòng)記錄電壓值；步驟3、啟動(dòng)反應(yīng)器，分別添加氧氟沙星溶液和磺胺甲惡唑溶液10mg/L，FeSO4投加量為150mg，曝氣位置采用內(nèi)部，負(fù)載FeOOH沸石投加量20g，啟動(dòng)后每隔十分鐘記錄一次反應(yīng)器中氧氟沙星溶液和磺胺甲惡唑的濃度；步驟4、當(dāng)氧氟沙星和磺胺甲惡唑濃度下降到0.5mg/L后斷開(kāi)電源停止反應(yīng)，分別加入氧氟沙星溶液和磺胺甲惡唑溶液到10mg/L后繼續(xù)反應(yīng)，當(dāng)兩次反應(yīng)時(shí)間差不超過(guò)五分鐘則代表啟動(dòng)成功，啟動(dòng)成功后更換20mg/L的氧氟沙星溶液和磺胺甲惡唑溶液繼續(xù)反應(yīng)。

進(jìn)一步的，所述步驟1中，載羥基氧化鐵斜發(fā)沸石的制備包括下述子步驟：步驟1.1、稱(chēng)取0.5-1mm粒徑的斜發(fā)沸石放入燒杯中，用去離子水進(jìn)行反復(fù)沖洗，除去沸石表面灰塵，然后用80%丙酮溶液浸泡放入超聲清洗器內(nèi)震蕩120min去除表面有機(jī)雜質(zhì)，最后用去離子水再次沖洗干凈放入60℃烘箱內(nèi)烘干后備用；步驟1.2、分別配制1mol•L-1的NaOH溶液和0.5mol•L-1的FeCl3溶液各1L；步驟1.3、在水浴鍋中加入100mL配置好的FeCl3溶液，溫度控制在90-100℃，然后加入10g斜發(fā)沸石用磁力攪拌器持續(xù)攪拌20min，然后用玻璃棒引流，緩緩倒入100ml配置好的NaOH溶液，用玻璃棒慢慢攪拌使得斜發(fā)沸石與溶液充分接觸直至溶液蒸干；步驟1.4、將斜發(fā)沸石放入105℃烘箱內(nèi)烘8h，接著放入400℃馬弗爐內(nèi)煅燒2h，取出后用去離子水沖洗，最后放入105℃烘箱烘干。

進(jìn)一步的，所述步驟3中，反應(yīng)器的電流密度為10mA•m-2，反應(yīng)時(shí)間40min，pH為中性，極板間距3cm。

基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例至少可以產(chǎn)生如下技術(shù)效果：（1）本發(fā)明提供的內(nèi)曝氣式電芬頓裝置及處理抗生素廢水的方法，用斜發(fā)沸石作為吸附劑與碳?xì)株帢O耦合，發(fā)生的電芬頓反應(yīng)，是一個(gè)富集，降解，再生的過(guò)程，比傳統(tǒng)電芬頓工藝處理效率高一倍，且不需要極低的pH條件，增加陰極附近對(duì)氧氟沙星和磺胺甲惡唑的吸附，無(wú)需對(duì)電極板進(jìn)行改性，斜發(fā)沸石方便替換，價(jià)格低廉，適用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中。

（2）本發(fā)明提供的內(nèi)曝氣式電芬頓裝置及處理抗生素廢水的方法，曝氣位置設(shè)在碳?xì)至⒎襟w內(nèi)底部，溶解氧在內(nèi)部經(jīng)過(guò)電芬頓反應(yīng)產(chǎn)生的•OH可以第一時(shí)間把斜發(fā)沸石吸附過(guò)來(lái)的氧氟沙星和磺胺甲惡唑降解，避免了•OH因存在時(shí)間較短無(wú)法快速與氧氟沙星反應(yīng)的問(wèn)題，大大提高了降解效率。同時(shí)，曝氣產(chǎn)生的水流對(duì)碳?xì)謨?nèi)部起到一個(gè)攪動(dòng)的作用，某些吸附有氧氟沙星和磺胺甲惡唑的沸石在內(nèi)部擾動(dòng)，在•OH的作用下清洗干凈，達(dá)到循環(huán)利用的目的。

（3）本發(fā)明提供的處理抗生素廢水的方法，將FeOOH負(fù)載到斜發(fā)沸石和活性炭上，避免了均相催化劑產(chǎn)生的鐵泥污染和回收困難的問(wèn)題，提高了反應(yīng)pH范圍的同時(shí)降低了運(yùn)行成本，方便后續(xù)生物處理。

（4）本發(fā)明提供的處理抗生素廢水的方法，該反應(yīng)設(shè)備成本較低，運(yùn)行周期短，連續(xù)運(yùn)行多個(gè)周期，氧氟沙星和磺胺甲惡唑的降解效率仍接近100%，并且能使填充吸附材料實(shí)現(xiàn)清潔再生，出水濃度遠(yuǎn)小于排放標(biāo)準(zhǔn)。成功設(shè)計(jì)出一種具有綠色清潔再生功能的降解氧氟沙星和磺胺甲惡唑廢水的電芬頓反應(yīng)器，與傳統(tǒng)的電芬頓相比，它在處理氧氟沙星和磺胺甲惡唑廢水方面有著優(yōu)異的性能，且設(shè)備材料價(jià)格低廉，為實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保提供了新思路。

（發(fā)明人：王華）