申请日20200316
公开(公告)日20200630
IPC分类号C02F1/34; C02F9/08; C02F101/30
摘要
本发明涉及一种基于孔板的水力空化系统及降解废水中抗生素的方法。采用的技术方案是：利用基于孔板的水力空化系统，包括如下步骤：于降解池中加入含有抗生素的废水，调节pH为3～9，控制降解池的温度为30～50℃，开启循环泵，含有抗生素的废水通过主循环管道进行循环，废水通过孔板上的孔口，循环150min。本发明的创新之处在于直接利用孔板进行水力空化降解反应，和传统的物理处理方法相比较，该方法结构简单，高效彻底，成本较低，处理效果明显，没有副产物生成，不会造成环境污染，适用于大规模处理废水中的奎诺酮类抗生素。
权利要求书
1.一种基于孔板的水力空化系统，其特征在于，包括用于承装含有抗生素的废水的降解池(1)，降解池(1)外设有冷却腔(2)，冷却腔(2)下端设有入水口(3)，上端设有出水口(4);设有主循环管道(5)和安装在主循环管道(5)内的孔板(10)，主循环管道(5)一端与降解池(1)的出水口连接，另一端依次连接循环泵(6)、节流阀I(7)、流量计(8)、压力表I(9)、孔板(10)、压力表II(11)和节流阀II(12)后进入降解池(1)的上端;设有副循环管道(13)，副循环管道(13)一端与主循环管道(5)连接且设置在循环泵(6)和节流阀I(7)之间，副循环管道(13)另一端连接节流阀III(14)后深入降解池(1)内且终端设置在降解池(1)内废水的液面下;所述孔板(10)上设有1～100个用于废水流经的孔口(10-1)。
2.根据权利要求1所述的一种基于孔板的水力空化系统，其特征在于，所述孔板(10)的厚度为2～6mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于孔板的水力空化系统，其特征在于，所述孔口(10-1)的形状为正方形、圆形、三角形或狭缝形。
4.根据权利要求3所述的一种基于孔板的水力空化系统，其特征在于，所述孔口(10-1)入水口端的面积等于出水口端的面积。
5.根据权利要求3所述的一种基于孔板的水力空化系统，其特征在于，所述孔口(10-1)入水口端的面积小于出水口端的面积，孔口的锥角为30-60°。
6.一种降解废水中抗生素的方法，其特征在于，利用权利要求1-5任一项所述的基于孔板的水力空化系统，包括如下步骤：于降解池(1)中加入含有抗生素的废水，调节pH为3～9，控制降解池(1)的温度为30～50℃，开启循环泵(6)，含有抗生素的废水通过主循环管道(5)进行循环，废水通过孔板(10)上的孔口(10-1)，循环150min。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，调节含有抗生素的废水中，抗生素的初始浓度为5.0～20.0mg/L。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，控制孔板(10)入水口端的压力为1.0～5.0bar。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述抗生素为奎诺酮类化合物。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述奎诺酮类化合物是诺氟沙星、氧氟沙星、环丙沙星和氟罗沙星。
说明书
一种基于孔板的水力空化系统及降解废水中抗生素的方法
技术领域
本发明属于水力空化应用领域，具体地涉及以孔板作为空化器，使其在水力空化条件下，降解废水中奎诺酮类抗生素的方法。
背景技术
抗生素由于可以延缓和减少细菌感染，已经成为一种应用较为普遍的药物。目前抗生素可分为：青霉素类、头孢类、喹诺酮类、氨基糖苷类和大环内酯类等。由于这些抗生素的大量使用，导致水体中含有抗生素。这些水体中的抗生素主要来源于畜禽养殖、医疗废水、制药废水和生活废水等。抗生素废水成分复杂、对微生物有抑制作用、生物降解性差。研究表明，低剂量、长周期的抗生素积累可引发耐药菌株的产生，甚至出现了许多药物无法治疗的超级细菌，导致微生物菌群的改变。这些抗生素在水和环境中是不合适的，如果不及时处理，不仅会破坏环境和生态系统，而且还会通过饮用水威胁人类健康。以往的抗生素治理方法有：混凝法、吸附法、气浮法和生物处理法等。然而，这些传统治理方法存在成本高、效率低和不完全分解等缺点和局限性。这些方法都不能有效地处理抗生素，同时这些方法的使用往往会造成二次污染。
发明内容
为了解决大量的抗生素废水不能被完全高效快速彻底处理的难题，本发明提供一种基于孔板的水力空化系统及降解废水中抗生素的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于孔板的水力空化系统，包括用于承装含有抗生素的废水的降解池，降解池外设有冷却腔，冷却腔下端设有入水口，上端设有出水口;设有主循环管道和安装在主循环管道内的孔板，主循环管道一端与降解池的出水口连接，另一端依次连接循环泵、节流阀I、流量计、压力表I、孔板、压力表II和节流阀II后进入降解池的上端;设有副循环管道，副循环管道一端与主循环管道连接且起始端设置在循环泵和节流阀I之间，副循环管道另一端连接节流阀III后深入降解池内且终端设置在降解池内废水的液面下;所述孔板上设有1～100个用于废水流经的孔口。
进一步的，上述的一种基于孔板的水力空化系统，所述孔板的厚度为2～6mm。
进一步的，上述的一种基于孔板的水力空化系统，所述孔口的形状为正方形、圆形、三角形或狭缝形。
进一步的，上述的一种基于孔板的水力空化系统，所述孔口入水口端的面积等于出水口端的面积。
进一步的，上述的一种基于孔板的水力空化系统，所述孔口入水口端的面积小于出水口端的面积，孔口的锥角为30-60°。
一种降解废水中抗生素的方法，利用基于孔板的水力空化系统，包括如下步骤：于降解池中加入含有抗生素的废水，调节pH为3～9，控制降解池的温度为30～50℃，开启循环泵，含有抗生素的废水通过主循环管道进行循环，废水通过孔板上的孔口，循环150min。
进一步的，上述的方法，调节含有抗生素的废水中，抗生素的初始浓度为5.0～20.0mg/L。
进一步的，上述的方法，控制孔板入水口端的压力为1.0～5.0bar。
进一步的，上述的方法，所述抗生素为奎诺酮类化合物。
进一步的，上述的方法，所述奎诺酮类化合物是诺氟沙星、氧氟沙星、环丙沙星和氟罗沙星。
本发明的有益效果是：
1、本发明，以孔板作为空化器，利用水力空化效应产生的高温高压和羟基自由基等活性自由基，使废水中的部分抗生素分子分解成CO2、H2O和无机氧化物，进行水力空化降解反应，从而使废水中奎诺酮类抗生素降解。
2、本发明创造性的提供了利用水力空化的方法降解奎诺酮类抗生素，水力空化系统通过孔板可以产生如下的空化过程：当溶液流经孔板时，孔板产生的节流作用使得流速突然增大、横向压力减小，当缩流断面处压力降低至液体的临界压力(局部压力低于操作温度下溶液的饱和蒸汽压)时，在收缩区溶液内部形成非溶解性气核，随着压力的降低形成大量空泡，随着射流膨胀以及管路内压力逐渐恢复，空化泡溃灭。在空泡溃灭的瞬间，可以产生高温、高压和空化发光等化学效应。这一过程在极短的时间间隔(10-3m/s)内释放大量的能量，产生局部高温(1000-10000K)和高压(10-500MPa)，导致水分子生成强氧化性羟基自由基和强还原性的氢自由基。然后产生的大量羟基自由基扩散到液体介质中能够氧化水中存在的奎诺酮类抗生素分子。生成的氢自由基在水中与溶解的氧气结合生成超氧自由基，也能够有效地去除奎诺酮类抗生素。此外，还可以形成强烈的冲击波和高速射流，形成的物理效应降解抗生素。
3、本发明的水力空化降解奎诺酮类抗生素废水的方法简单新颖，操作方便，处理成本低，且没有副产物生成，不会造成二次污染，并可以大规模处理奎诺酮类抗生素废水，能够有效地降低污水中奎诺酮类抗生素的浓度。（发明人王君;伊鲁东;张朝红;房大维）
