申请日20200302
公开(公告)日20200623
IPC分类号C02F9/14; C02F101/34
摘要
本发明公开了一种处理痕量抗生素废水的生物过滤装置及其工作方法，属于污水处理技术领域。包括外筒和内筒，内筒为透明材质，内筒嵌套在外筒内部，外筒和内筒形成双程降解设备，含抗生素的废水首先被小球藻吸附后在光源的光照下进行部分降解，然后进入内筒，被附着有小球藻和微生物共生体的聚醚型聚氨酯‑石墨烯复合泡沫填料完全接触氧化降解后由出水管排出。结构设计合理、绿色环保、能耗低，能够利用光降解和生物降解结合的方式高效去除废水中的抗生素，具有良好的应用前景。
权利要求书
1.一种处理痕量抗生素废水的生物过滤装置，其特征在于，包括外筒(1)和内筒(2)，内筒(2)为透明材质，内筒(2)嵌套在外筒(1)内部，外筒(1)和内筒(2)之间形成环形腔室，内筒(2)的一端与环形腔室连通，另一端与出水管连接;环形腔室内设有光源(3);外筒(1)与进水管连接，进水管与出水管位于生物过滤装置的同一端;
外筒(1)中悬浮有小球藻，内筒(2)中填充有经人工挂膜的聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯复合泡沫。
2.根据权利要求1所述的处理痕量抗生素废水的生物过滤装置，其特征在于，光源(3)的波长为450～460nm的LED。
3.根据权利要求1所述的处理痕量抗生素废水的生物过滤装置，其特征在于，聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯复合泡沫在内筒(2)中的填充体积百分比为60%。
4.根据权利要求1所述的处理痕量抗生素废水的生物过滤装置，其特征在于，聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯复合泡沫的制备方法包括以下步骤：
步骤1：制备聚醚型聚氨酯泡沫体待用;
步骤2：采用氧化石墨烯固体制备氧化石墨烯分散液;
步骤3：将步骤1)得到的聚醚型聚氨酯泡沫体切割成块状分别浸入步骤2)得到的氧化石墨烯分散液，振摇后经紫外固化，干燥后得到聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫。
5.根据权利要求4所述的处理痕量抗生素废水的生物过滤装置，其特征在于，步骤1)具体为：将体积比为1：(1～2)的二苯基甲烷二异氰酸酯和聚氨酯组合聚醚在30～60s内进行混合，以80～100rpm的转速搅拌至体系呈白色，自动发泡3～5min，降温至常温后发泡结束，切割成正方块后经超声清洗、干燥，得到聚醚型聚氨酯泡沫体。
6.根据权利要求4所述的处理痕量抗生素废水的生物过滤装置，其特征在于，步骤2)是将氧化石墨烯超声分散在超纯水中，制得的氧化石墨烯分散液的浓度为200～300mg/L。
7.根据权利要求6所述的处理痕量抗生素废水的生物过滤装置，其特征在于，超声分散时的功率为300～500W，每次超声3～6s，两次之间的间隔为2s，共持续2h;搅拌的速度为100rpm，每0.5h搅拌1次。
8.根据权利要求4所述的处理痕量抗生素废水的生物过滤装置，其特征在于，步骤3)具体为：将步骤1)得到的聚醚型聚氨酯泡沫体浸入步骤2)得到的氧化石墨烯分散液，以60～120rpm的转速振摇6～12h后取出，在365nm波长的紫外光下固化1h，在50℃下干燥1h后得到聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫。
9.权利要求1～8任意一项所述处理痕量抗生素废水的生物过滤装置的工作方法，其特征在于，包括：
含抗生素的废水从进水管进入外筒(1)后首先流经环形腔室，被小球藻吸附后在光源(3)的光照下进行部分降解，然后进入内筒(2)，被附着有小球藻和微生物共生体的聚醚型聚氨酯-石墨烯复合泡沫填料完全接触氧化降解后由出水管排出。
10.根据权利要求9述的处理痕量抗生素废水的生物过滤装置的工作方法，其特征在于，该生物过滤装置的工艺采用序批式或连续式。
说明书
一种处理痕量抗生素废水的生物过滤装置及其工作方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种处理痕量抗生素废水的生物过滤装置及其工作方法。
背景技术
抗生素作为微生物产生的物质，可以抑制或破坏细菌，原生动物和真菌的生长。目前，抗生素主要用于人类疾病的治疗和畜禽养殖业和植物种植业中动植物疾病的预防与治疗。在中国，每年大约生产21万吨抗生素，90%主要用于国内农业和药物治疗，剩下10%出口国外。抗生素主要分为β-内酰胺类、大环内酯类、四环素类、喹诺酮类和磺胺类。
抗生素不能完全被人体或者其他生物利用，大部分药物可以保持其原结构不被代谢分解，通过人类和动物的排泄并经过污水处理厂、土壤溶淋等进入环境，因此在土壤、地表和地下水中均有可能存在抗生素。抗生素可能在水中发生水解，光解和生物降解作用，但由于抗生素的大量使用，水中残留的抗生素形成“假性持久性”现象。
抗生素既可以通过水的流动性进行远距离输送，也可以通过土壤进入地下水，甚至影响饮用水安全。目前，各类抗生素已在世界各地水体里检出，检测浓度在ng/L到μg/L之间。不同水体中抗生素的分布和浓度差异很大，抗生素在天然水体中含量低于生活污水，地下水含量低于地表水。目前，主要有以下几种方法用来处理抗生素污水：化学氧化法、生物降解法、膜分离法和物理吸附法等。
化学氧化法是利用ClO2、O3、KMnO4、H2O2等化学物质的氧化性质，羟基自由基使抗生素大分子降解，但化学氧化只对几种特定抗生素具有良好的处理效果，因此在实际应用中有一定的局限性。
膜分离法具有能耗低、分离效率高、工艺简单、二次污染小、通用性强等优点，但膜材料的使用寿命短，成本高，限制了膜分离技术的广泛应用。吸附法具有操作简单、花费低、效率高和无二次污染等优点，但是吸附法不能彻底将抗生素降解。
生物降解法是在抗生素污水中加入碳源、氮源等营养物质培养细菌、真菌、原生动物和其他微生物，当这些微生物生长时，它们可以从水环境中获取有机物质，并将其代谢成无毒的小分子，以达到污水处理的效果。生物降解是一种比较成熟的方法，广泛应用于制药废水的处理。虽然净化效率高，但存在反应条件控制困难，处理周期长，结构要求高等缺点;同时，生物降解方法仅适用于低毒抗生素污水的处理，并且在处理过程中需要与其他方法耦合。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种处理痕量抗生素废水的生物过滤装置及其工作方法，结构设计合理、操作简便，能够利用光降解和生物降解结合的方式高效去除废水中的抗生素。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种处理痕量抗生素废水的生物过滤装置，包括外筒和内筒，内筒为透明材质，内筒嵌套在外筒内部，外筒和内筒之间形成环形腔室，内筒的一端与环形腔室连通，另一端与出水管连接;环形腔室内设有光源;外筒与进水管连接，进水管与出水管位于生物过滤装置的同一端;
外筒中悬浮有小球藻，内筒中填充有经人工挂膜的聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯复合泡沫。
优选地，光源的波长为450～460nm的LED。
优选地，聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯复合泡沫在内筒中的填充体积百分比为60%。
优选地，聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯复合泡沫的制备方法包括以下步骤：
步骤1：制备聚醚型聚氨酯泡沫体待用;
步骤2：采用氧化石墨烯固体制备氧化石墨烯分散液;
步骤3：将步骤1)得到的聚醚型聚氨酯泡沫体切割成块状分别浸入步骤2)得到的氧化石墨烯分散液，振摇后经紫外固化，干燥后得到聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫。
进一步优选地，步骤1)具体为：将体积比为1：(1～2)的二苯基甲烷二异氰酸酯和聚氨酯组合聚醚在30～60s内进行混合，以80～100rpm的转速搅拌至体系呈白色，自动发泡3～5min，降温至常温后发泡结束，切割成正方块后经超声清洗、干燥，得到聚醚型聚氨酯泡沫体。
进一步优选地，步骤2)是将氧化石墨烯超声分散在超纯水中，制得的氧化石墨烯分散液的浓度为200～300mg/L。
进一步优选地，超声分散时的功率为300～500W，每次超声3～6s，两次之间的间隔为2s，共持续2h;搅拌的速度为100rpm，每0.5h搅拌1次。
进一步优选地，步骤3)具体为：将步骤1)得到的聚醚型聚氨酯泡沫体浸入步骤2)得到的氧化石墨烯分散液，以60～120rpm的转速振摇6～12h后取出，在365nm波长的紫外光下固化1h，在50℃下干燥1h后得到聚醚型聚氨酯-氧化石墨烯泡沫。
本发明公开了上述处理痕量抗生素废水的生物过滤装置的工作方法，包括：
含抗生素的废水从进水管进入外筒后首先流经环形腔室，被小球藻吸附后在光源的光照下进行部分降解，然后进入内筒，被附着有小球藻和微生物共生体的聚醚型聚氨酯-石墨烯复合泡沫填料完全接触氧化降解后由出水管排出。
优选地，该生物过滤装置的工艺采用序批式或连续式。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的处理痕量抗生素废水的生物过滤装置，外筒和内筒形成双程降解设备，含抗生素的废水首先被小球藻吸附后在光源的光照下进行部分降解，然后进入内筒，被附着有小球藻和微生物共生体的聚醚型聚氨酯-石墨烯复合泡沫填料完全接触氧化降解后由出水管排出。装置中的菌藻共生体系，细菌降解抗生素的产物被小球藻利用进行光合自养，同时小球藻产生的氧气和有机物可作为生物膜中微生物的营养基质。光照在此处的作用主要是支撑小球藻生长，形成菌藻共生体系，强化对抗生素冲击的耐受性和降解效果，同时提供部分光解效果。结构设计合理、绿色环保、能耗低，能够利用光降解和生物降解结合的方式高效去除废水中的抗生素。
本发明的处理痕量抗生素废水的生物过滤装置的工作方法，操作简便，能够利用光降解和生物降解结合的方式高效去除废水中的抗生素，具有良好的应用前景。
进一步地，该生物过滤装置的工艺可以采用序批式或连续式，适应范围广。（发明人朱超;俞烨;岳丹晴;马宏瑞;郝永永;王琦）