公布日：2023.08.29
申請日：2023.03.13
分類號：C02F1/469(2023.01)I;C02F7/00(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發明公開了一種內曝氣式電芬頓裝置及處理抗生素廢水的方法，解決了現有電芬頓技術中的自由基因存在時間短，利用率不高，pH條件苛刻，費用大且影響反應效率的技術問題。包括下述步驟：步驟1、載羥基氧化鐵斜發沸石的制備；步驟2、安裝電芬頓設備，設備為單室型反應器，用有機玻璃制成的電解槽，陰極為碳氈極板，陽極為金屬鈦極板，催化劑為步驟1所述的載羥基氧化鐵斜發沸石，外電路中用銅絲作為導線連接到工作電源，每隔15‑30分鐘自動記錄電壓值；步驟3、啟動反應器。本發明用斜發沸石作為吸附劑與碳氈陰極耦合，發生的電芬頓反應，是一個富集，降解，再生的過程，比傳統電芬頓工藝處理效率高一倍，且不需要極低的pH條件。
權利要求書
1.一種內曝氣式電芬頓裝置，其特征在于，包括電解槽（1）、陽極板（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，電解槽內設置有陽極板（2）和陰極板（3），陽極板（2）和陰極板（3）通過電源相連接，外電路中用銅絲作為導線連接到工作電源；所述陰極板（3）為立方體中空結構，中空結構的內部設置有曝氣頭（4）并填充載羥基氧化鐵斜發沸石，曝氣頭（4）與電解槽（1）外的曝氣泵（5）相連接。
2.根據權利要求1所述的內曝氣式電芬頓裝置，其特征在于：還包括轉子（6），將反應裝置放在磁力攪拌器上，通過與轉子（6）共同作用，對電解液進行攪拌。
3.根據權利要求1所述的內曝氣式電芬頓裝置，其特征在于：所述電解槽（1）為有機玻璃制成的電解槽，尺寸為16cm×15cm×7cm，厚度為0.5cm，有效體積為1L，陽極板選用鈦電極，其尺寸為6cm×10cm×0.2cm；陰極板為碳氈電極，其尺寸為7cm×3cm×8cm，壁厚0.2cm，內為空心。
4.根據權利要求3所述的內曝氣式電芬頓裝置，其特征在于：所述電解槽（1）內壁設有卡槽，方便極板之間的移動。
5.根據權利要求1所述的內曝氣式電芬頓裝置，其特征在于：所述電源由直流穩壓電源提供，電壓可調范圍為0-15V，電流可調范圍為0-2A。
6.根據權利要求1所述的內曝氣式電芬頓裝置，其特征在于：所述曝氣泵（5）負責向水中曝氣，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，應用權利要求1-6所述的內曝氣式電芬頓裝置進行，所述具體包括下述步驟：步驟1、制備載羥基氧化鐵斜發沸石；步驟2、安裝電芬頓裝置，陰極為碳氈制成的立方體中空結構，中空結構的內部置有曝氣頭（4）并填充載羥基氧化鐵斜發沸石，曝氣頭（4）與載羥基氧化鐵斜發沸石共同作用，在耦合的條件下發生的電芬頓反應，是一個富集、降解、再生的過程，陽極為金屬鈦極板，催化劑為步驟1所述的載羥基氧化鐵斜發沸石，外電路中用銅絲作為導線連接到工作電源，每隔15-30分鐘自動記錄電壓值；步驟3、啟動反應器，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，曝氣位置采用內部，負載FeOOH沸石投加量20g，啟動后每隔十分鐘記錄一次反應器中氧氟沙星溶液和磺胺甲惡唑的濃度；步驟4、當氧氟沙星和磺胺甲惡唑濃度下降到0.5mg/L后斷開電源停止反應，分別加入氧氟沙星溶液和磺胺甲惡唑溶液到10mg/L后繼續反應，當兩次反應時間差不超過五分鐘則代表啟動成功，啟動成功后更換20mg/L的氧氟沙星溶液和磺胺甲惡唑溶液繼續反應。
8.根據權利要求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，載羥基氧化鐵斜發沸石的制備包括下述子步驟：步驟1.1、稱取0.5-1mm粒徑的斜發沸石放入燒杯中，用去離子水進行反復沖洗，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震蕩120min去除表面有機雜質，最后用去離子水再次沖洗干凈放入60℃烘箱內烘干后備用；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斜發沸石用磁力攪拌器持續攪拌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沸石與溶液充分接觸直至溶液蒸干；步驟1.4、將斜發沸石放入105℃烘箱內烘8h，接著放入400℃馬弗爐內煅燒2h，取出后用去離子水沖洗，最后放入105℃烘箱烘干。
9.根據權利要求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，反應器的電流密度為10mA•m-2，反應時間40min，pH為中性，極板間距3cm。
發明內容
本發明的目的在于提供一種內曝氣式電芬頓裝置及處理抗生素廢水的方法，以解決現有電芬頓技術中的自由基因存在時間短，利用率不高，pH條件苛刻，費用大且影響反應效率的技術問題。
為實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：本發明提供的一種內曝氣式電芬頓裝置，包括電解槽、陽極板、陰極板、曝氣頭、曝氣泵；其中，所述電解槽為單室型電解槽，電解槽內設置有陽極板和陰極板，陽極板和陰極板通過電源相連接，外電路中用銅絲作為導線連接到工作電源；所述陰極板為立方體中空結構，中空結構的內部設置有曝氣頭并填充載羥基氧化鐵斜發沸石，曝氣頭與電解槽外的曝氣泵相連接。
進一步的，還包括轉子，將反應裝置放在磁力攪拌器上，通過與轉子共同作用，對電解液進行攪拌。
進一步的，所述電解槽為有機玻璃制成的電解槽，尺寸為16cm×15cm×7cm，厚度為0.5cm，有效體積為1L，陽極板選用鈦電極，其尺寸為6cm×10cm×0.2cm；陰極板為碳氈電極，其尺寸為7cm×3cm×8cm，壁厚0.2cm，內為空心。
進一步的，所述電解槽內壁設有卡槽，方便極板之間的移動。
進一步的，所述電源由直流穩壓電源提供，電壓可調范圍為0-15V，電流可調范圍為0-2A。
進一步的，所述曝氣泵負責向水中曝氣，排氣壓力為0.02MP，排氣量為0.025m3•min-1。
本發明提供的一種處理抗生素廢水的方法，其特征在于，應用權利要求1-6所述的內曝氣式電芬頓裝置進行，所述具體包括下述步驟：步驟1、載羥基氧化鐵斜發沸石的制備；步驟2、安裝電芬頓裝置，陰極為碳氈制成的立方體中空結構，中空結構的內部置有曝氣頭并填充載羥基氧化鐵斜發沸石，曝氣頭與載羥基氧化鐵斜發沸石共同作用，在耦合的條件下發生的電芬頓反應，是一個富集、降解、再生的過程，陽極為金屬鈦極板，催化劑為步驟1所述的載羥基氧化鐵斜發沸石，外電路中用銅絲作為導線連接到工作電源，每隔15-30分鐘自動記錄電壓值；步驟3、啟動反應器，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，曝氣位置采用內部，負載FeOOH沸石投加量20g，啟動后每隔十分鐘記錄一次反應器中氧氟沙星溶液和磺胺甲惡唑的濃度；步驟4、當氧氟沙星和磺胺甲惡唑濃度下降到0.5mg/L后斷開電源停止反應，分別加入氧氟沙星溶液和磺胺甲惡唑溶液到10mg/L后繼續反應，當兩次反應時間差不超過五分鐘則代表啟動成功，啟動成功后更換20mg/L的氧氟沙星溶液和磺胺甲惡唑溶液繼續反應。
進一步的，所述步驟1中，載羥基氧化鐵斜發沸石的制備包括下述子步驟：步驟1.1、稱取0.5-1mm粒徑的斜發沸石放入燒杯中，用去離子水進行反復沖洗，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震蕩120min去除表面有機雜質，最后用去離子水再次沖洗干凈放入60℃烘箱內烘干后備用；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斜發沸石用磁力攪拌器持續攪拌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沸石與溶液充分接觸直至溶液蒸干；步驟1.4、將斜發沸石放入105℃烘箱內烘8h，接著放入400℃馬弗爐內煅燒2h，取出后用去離子水沖洗，最后放入105℃烘箱烘干。
進一步的，所述步驟3中，反應器的電流密度為10mA•m-2，反應時間40min，pH為中性，極板間距3cm。
基于上述技術方案，本發明實施例至少可以產生如下技術效果：（1）本發明提供的內曝氣式電芬頓裝置及處理抗生素廢水的方法，用斜發沸石作為吸附劑與碳氈陰極耦合，發生的電芬頓反應，是一個富集，降解，再生的過程，比傳統電芬頓工藝處理效率高一倍，且不需要極低的pH條件，增加陰極附近對氧氟沙星和磺胺甲惡唑的吸附，無需對電極板進行改性，斜發沸石方便替換，價格低廉，適用于實際工業生產中。
（2）本發明提供的內曝氣式電芬頓裝置及處理抗生素廢水的方法，曝氣位置設在碳氈立方體內底部，溶解氧在內部經過電芬頓反應產生的•OH可以第一時間把斜發沸石吸附過來的氧氟沙星和磺胺甲惡唑降解，避免了•OH因存在時間較短無法快速與氧氟沙星反應的問題，大大提高了降解效率。同時，曝氣產生的水流對碳氈內部起到一個攪動的作用，某些吸附有氧氟沙星和磺胺甲惡唑的沸石在內部擾動，在•OH的作用下清洗干凈，達到循環利用的目的。
（3）本發明提供的處理抗生素廢水的方法，將FeOOH負載到斜發沸石和活性炭上，避免了均相催化劑產生的鐵泥污染和回收困難的問題，提高了反應pH范圍的同時降低了運行成本，方便后續生物處理。
（4）本發明提供的處理抗生素廢水的方法，該反應設備成本較低，運行周期短，連續運行多個周期，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現清潔再生，出水濃度遠小于排放標準。成功設計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器，與傳統的電芬頓相比，它在處理氧氟沙星和磺胺甲惡唑廢水方面有著優異的性能，且設備材料價格低廉，為實現綠色環保提供了新思路。
（發明人：王華）
