CN107089728A - 一种处理抗生素废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种处理抗生素废水的方法，属于工业废水处理技术领域。本发明利用多孔污泥炭具有极大的比表面积，吸附性极佳，再在配合沉积在污泥炭表面的氧化亚铜的光催化性，使废水中的抗生素吸附在污泥炭上，在可见光的作用下经氧化亚铜光催化降解，另外发酵液中的微生物在曝气时和废水充分接触，进一步降解废水中的抗生素，而另一部分抗生素在植物浮岛产生的植物酶或酶辅助因子的作用下被降解或者破坏，最终达到高效去除抗生素的目的，本发明处理后的抗生素废水BOD5≤25mg/L，COD≤15mg/L，氨氮≤20mg/L，SS≤50mg/L，抗生素去除率达到98.5%以上，符合国家废水排放标准。

Description

一种处理抗生素废水的方法
技术领域
本发明涉及一种处理抗生素废水的方法，属于工业废水处理技术领域。
背景技术
抗生素是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或其他高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其他活性物质的一类次级代谢产物，是一种能干扰其他活细胞发育功能的化学物质，其主要分为氨基糖苷类、四环素类、喹诺酮类、大环内脂类等。它能用来抑制感染性疾病，从而保障人体健康。但抗生素的大量使用，使人类耐药性和抗生素在环境中的残留量不断增加。同时抗生素具有高生物活性、持久性和生物富集性，使人畜共患病发病率增加，引起慢性中毒。研究表明，四环素可以抑制微藻蛋白质的合成和叶绿体的生成，抑制微藻的生长，还会抑制叶绿体中酶的活性，从而抑制植物的生长，对植物的根系产生较大毒性。
抗生素类废水属难降解废水，因其可生化性≧0.3，即B/C比高，可生化性强，最节能有效的处理方法就是采用生物处理技术，即厌氧+好氧的生物处理方法，但由于生物处理的局限性，即存在相当一部分不可被微生物降解的COD等污染指标，依然不能达到规定要求，还必须对污染物进行进一步深度治理，即采用化学方法，对不可降解COD等污染物进行强制性彻底氧化分解，确保污水能按照环保要求达标排放。常规添加铝盐或（和）铁盐的单级或多级絮凝处理操作运行简单，但去除率低、投资较大、运行成本高。而且产生的污泥量大，污泥细碎，不易脱水，同时对可溶性的有机物去除能力差。由于污泥中含有铝盐，容易产生二次污染。另外，膜过滤、电渗析、反渗透及其他氧化等装置也因容易堵塞、难于维护管理，不经常被使用。
因此，为了提高抗生素污水的处理效果，开发一种高效节能的新型处理方法成为当今的研究热点，对抗生素污水处理技术领域具有积极的意义。
发明内容
针对目前常见的处理抗生素废水的方法大多存在能耗高、处理费用多、管理复杂、抗生素去除率低、会产生二次污染的问题，提供了一种处理抗生素废水的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）收集活性污泥，暴晒4～5天，研磨后过50目筛，将过筛后的活性污泥颗粒炭化，得到多孔污泥炭颗粒；
（2）将多孔污泥炭颗粒和浓度为1mol/L硫酸铜溶液混合后装入反应釜，向反应釜中加入浓度为2mol/L氢氧化钠溶液，搅拌反应20～30min后，升高反应釜温度至50～60℃，再向反应釜中加入浓度为1.5mol/L葡萄糖溶液，搅拌反应1～2h；
（3）待上述反应结束，过滤得到滤渣，分别用无水乙醇和去离子水冲洗滤渣3～5次后自然晾干，即可得到沉积氧化亚铜的多孔污泥炭颗粒；
（4）按重量份数计，称取50～60份猪粪、20～25份河道淤泥、5～10份茶叶渣和30～40份沼液混合后倒入发酵池中作为发酵底物，再在发酵底物上方覆盖一层厚度为3～5cm的麦麸，保温发酵，得到发酵产物；
（5）将发酵产物和沉积氧化亚铜的多孔污泥炭颗粒混合，发酵，得到复合降解料；
（6）将待处理的抗生素废水通入处理池中，控制废水水深为80～100cm，通水完毕后将800～900kg复合降解料投入处理池中，再在池面上放置10～15个自制鱼腥草植物浮岛，打开日光灯并启动曝气装置每隔1～2h曝气处理20～30min，如此循环处理20～24h后，池中处理后的废水即可达标排放。
步骤（1）中所述的活性污泥为污水处理厂二沉池活性污泥。
步骤（1）中所述的炭化步骤为：将过筛后的活性污泥颗粒放入炭化炉中，在氮气氛围下以5℃/min的速率程序升温至500～600℃，保温炭化3～5h。
步骤（2）中所述的多孔污泥炭颗粒和硫酸铜溶液的质量比为1:40，氢氧化钠溶液加入量为多孔污泥炭颗粒质量20～25倍，葡萄糖溶液加入量为多孔污泥炭颗粒质量30～40倍。
步骤（4）中所述的保温发酵条件为：发酵温度为30～45℃，空气相对湿度为60～70%，发酵时间为12～14天。
步骤（5）中所述的发酵产物和沉积氧化亚铜的多孔污泥炭颗粒的质量比为1:1，发酵温度为30～40℃，发酵时间为5～7天。
步骤（6）中所述的自制鱼腥草植物浮岛的制备方法为：取一块半径为1m的圆形聚乳酸泡沫塑料板，沿着泡沫塑料板直径每隔3～5cm凿出一个8～10cm2的小孔，取鱼腥草每15～20颗扎成一捆，将每捆鱼腥草的根部***泡沫塑料板上的小孔中，使鱼腥草根须总长度的2/3透过泡沫板，得到自制鱼腥草植物浮岛。
步骤（6）中所述的处理池长20m、宽10m、深1.5m，在处理池的池壁和池底每隔2～3m安装有一个膜片式微孔曝气器，并且在池顶上方2m处，与池宽平行方向均匀安装有20～30个日光灯。
本发明的有益技术效果是：
本发明利用多孔污泥炭具有极大的比表面积，吸附性极佳，再配合沉积在污泥炭表面的氧化亚铜的光催化性，使废水中的抗生素吸附在污泥炭上，在可见光的作用下经氧化亚铜光催化降解，另外发酵液中的微生物在曝气时和废水充分接触，进一步降解废水中的抗生素，而另一部分抗生素在植物浮岛产生的植物酶或酶辅助因子的作用下被降解或者破坏，最终达到高效去除抗生素的目的，本发明对抗生素废水的处理效率极佳，处理能耗低、成本低、管理简单，且不会对环境造成二次污染，本发明处理后的抗生素废水BOD5≦25mg/L，COD≦15mg/L，氨氮≦20mg/L，SS≦50mg/L，抗生素去除率达到98.5%以上，符合国家废水排放标准。
具体实施方式
首先收集活性污泥平摊在地面上，在阳光下暴晒4～5天，将暴晒后的活性污泥放入球磨机中球磨1～2h后过50目筛，将过筛后的活性污泥颗粒放入炭化炉中，在氮气氛围下以5℃/min的速率程序升温至500～600℃，保温炭化3～5h后，得到具有极大的比表面积，吸附性极佳的多孔污泥炭颗粒，按质量比为1:40将上述得到的多孔污泥炭颗粒和浓度为1mol/L硫酸铜溶液混合后装入反应釜中，再向反应釜中加入多孔污泥炭颗粒质量20～25倍的浓度为2mol/L氢氧化钠溶液，搅拌反应20～30min后，升高反应釜温度至50～60℃，再加入多孔污泥炭颗粒质量30～40倍浓度为1.5mol/L葡萄糖溶液，保温搅拌反应1～2h，使多孔污泥炭表面沉积氧化亚铜，待反应结束后过滤，收集得到滤渣，分别用无水乙醇和去离子水冲洗滤渣3～5次后自然晾干，即可得到沉积氧化亚铜的多孔污泥炭颗粒，按重量份数计，称取50～60份猪粪、20～25份河道淤泥、5～10份茶叶渣和30～40份沼液混合后倒入发酵池中作为发酵底物，再在发酵底物上方覆盖一层厚度为3～5cm的麦麸，控制发酵池的温度为30～45℃，空气相对湿度为60～70%，密闭发酵12～14天，发酵结束后得到富含微生物的发酵产物；按等质量比将发酵产物和沉积氧化亚铜的多孔污泥炭颗粒混合，搅拌均匀后在30～40℃下继续发酵处理5～7天，得到复合降解料，取一块半径为1m的圆形聚乳酸泡沫塑料板，沿着泡沫塑料板直径每隔3～5cm凿出一个8～10cm2的小孔，取鱼腥草每15～20颗扎成一捆，将每捆鱼腥草的根部***泡沫塑料板上的小孔中，使鱼腥草根须总长度的2/3透过泡沫板，得到自制鱼腥草植物浮岛；挖建一个长20m、宽10m、深1.5m的处理池，在处理池的池壁和池底每隔2～3m安装一个膜片式微孔曝气器，并且在池顶上方2m处，与池宽平行方向均匀安装20～30个日光灯，将待处理的抗生素废水通入池中，控制废水水深为80～100cm，通水完毕后将800～900kg备用的复合降解料投入处理池中，再在池面上放置10～15个自制鱼腥草植物浮岛，打开日光灯并启动曝气装置每隔1～2h曝气处理20～30min，如此循环处理20～24h后，使废水中的抗生素吸附在污泥炭上，在可见光的作用下经氧化亚铜光催化降解，另外发酵液中的微生物在曝气时和废水充分接触，进一步降解废水中的抗生素，而另一部分抗生素在植物浮岛产生的植物酶或酶辅助因子的作用下被降解或者破坏，池中处理后的废水即可达标排放。
对本发明处理后的废水进行检测，本发明处理后的抗生素废水BOD5≦25mg/L，COD≦15mg/L，氨氮≦20mg/L，SS≦50mg/L，抗生素去除率达到98.5%以上。
实例1
首先收集活性污泥平摊在地面上，在阳光下暴晒5天，将暴晒后的活性污泥放入球磨机中球磨2h后过50目筛，将过筛后的活性污泥颗粒放入炭化炉中，在氮气氛围下以5℃/min的速率程序升温至600℃，保温炭化5h后，得到多孔污泥炭颗粒，按质量比为1:40将上述得到的多孔污泥炭颗粒和浓度为1mol/L硫酸铜溶液混合后装入反应釜中，再向反应釜中加入多孔污泥炭颗粒质量25倍的浓度为2mol/L氢氧化钠溶液，搅拌反应30min后，升高反应釜温度至60℃，再加入多孔污泥炭颗粒质量40倍浓度为1.5mol/L葡萄糖溶液，保温搅拌反应2h，待反应结束后过滤，收集得到滤渣，分别用无水乙醇和去离子水冲洗滤渣5次后自然晾干，即可得到沉积氧化亚铜的多孔污泥炭颗粒，按重量份数计，称取60份猪粪、25份河道淤泥、10份茶叶渣和40份沼液混合后倒入发酵池中作为发酵底物，再在发酵底物上方覆盖一层厚度为5cm的麦麸，控制发酵池的温度为45℃，空气相对湿度为70%，密闭发酵14天，发酵结束后得到富含微生物的发酵产物；按等质量比将发酵产物和沉积氧化亚铜的多孔污泥炭颗粒混合，搅拌均匀后在40℃下继续发酵处理7天，得到复合降解料，取一块半径为1m的圆形聚乳酸泡沫塑料板，沿着泡沫塑料板直径每隔5cm凿出一个10cm2的小孔，取鱼腥草每20颗扎成一捆，将每捆鱼腥草的根部***泡沫塑料板上的小孔中，使鱼腥草根须总长度的2/3透过泡沫板，得到自制鱼腥草植物浮岛；挖建一个长20m、宽10m、深1.5m的处理池，在处理池的池壁和池底每隔3m安装一个膜片式微孔曝气器，并且在池顶上方2m处，与池宽平行方向均匀安装30个日光灯，将待处理的抗生素废水通入池中，控制废水水深为100cm，通水完毕后将900kg备用的复合降解料投入处理池中，再在池面上放置15个自制鱼腥草植物浮岛，打开日光灯并启动曝气装置每隔2h曝气处理30min，如此循环处理24h后，池中处理后的废水即可达标排放。
对本发明处理后的废水进行检测，本发明处理后的抗生素废水BOD5降低至24mg/L，COD降低至14mg/L，氨氮浓度降低至19mg/L，SS降低至49mg/L，抗生素去除率达到98.6%。
实例2
首先收集活性污泥平摊在地面上，在阳光下暴晒4天，将暴晒后的活性污泥放入球磨机中球磨1h后过50目筛，将过筛后的活性污泥颗粒放入炭化炉中，在氮气氛围下以5℃/min的速率程序升温至500℃，保温炭化3h后，得到多孔污泥炭颗粒，按质量比为1:40将上述得到的多孔污泥炭颗粒和浓度为1mol/L硫酸铜溶液混合后装入反应釜中，再向反应釜中加入多孔污泥炭颗粒质量20倍的浓度为2mol/L氢氧化钠溶液，搅拌反应20min后，升高反应釜温度至50℃，再加入多孔污泥炭颗粒质量30倍浓度为1.5mol/L葡萄糖溶液，保温搅拌反应1h，待反应结束后过滤，收集得到滤渣，分别用无水乙醇和去离子水冲洗滤渣3次后自然晾干，即可得到沉积氧化亚铜的多孔污泥炭颗粒，按重量份数计，称取50份猪粪、20份河道淤泥、5份茶叶渣和30份沼液混合后倒入发酵池中作为发酵底物，再在发酵底物上方覆盖一层厚度为3cm的麦麸，控制发酵池的温度为30℃，空气相对湿度为60%，密闭发酵12天，发酵结束后得到富含微生物的发酵产物；按等质量比将发酵产物和沉积氧化亚铜的多孔污泥炭颗粒混合，搅拌均匀后在30℃下继续发酵处理5天，得到复合降解料，取一块半径为1m的圆形聚乳酸泡沫塑料板，沿着泡沫塑料板直径每隔3cm凿出一个8cm2的小孔，取鱼腥草每15颗扎成一捆，将每捆鱼腥草的根部***泡沫塑料板上的小孔中，使鱼腥草根须总长度的2/3透过泡沫板，得到自制鱼腥草植物浮岛；挖建一个长20m、宽10m、深1.5m的处理池，在处理池的池壁和池底每隔2m安装一个膜片式微孔曝气器，并且在池顶上方2m处，与池宽平行方向均匀安装20个日光灯，将待处理的抗生素废水通入池中，控制废水水深为80cm，通水完毕后将800kg备用的复合降解料投入处理池中，再在池面上放置10个自制鱼腥草植物浮岛，打开日光灯并启动曝气装置每隔1h曝气处理20min，如此循环处理20h后，池中处理后的废水即可达标排放。
对本发明处理后的废水进行检测，本发明处理后的抗生素废水BOD5降低至23mg/L，COD降低至13mg/L，氨氮浓度降低至16mg/L，SS降低至46mg/L，抗生素去除率达到98.9%。
实例3
首先收集活性污泥平摊在地面上，在阳光下暴晒4天，将暴晒后的活性污泥放入球磨机中球磨1h后过50目筛，将过筛后的活性污泥颗粒放入炭化炉中，在氮气氛围下以5℃/min的速率程序升温至550℃，保温炭化4h后，得到多孔污泥炭颗粒，按质量比为1:40将上述得到的多孔污泥炭颗粒和浓度为1mol/L硫酸铜溶液混合后装入反应釜中，再向反应釜中加入多孔污泥炭颗粒质量22倍的浓度为2mol/L氢氧化钠溶液，搅拌反应25min后，升高反应釜温度至55℃，再加入多孔污泥炭颗粒质量35倍浓度为1.5mol/L葡萄糖溶液，保温搅拌反应1h，待反应结束后过滤，收集得到滤渣，分别用无水乙醇和去离子水冲洗滤渣4次后自然晾干，即可得到沉积氧化亚铜的多孔污泥炭颗粒，按重量份数计，称取55份猪粪、23份河道淤泥、7份茶叶渣和35份沼液混合后倒入发酵池中作为发酵底物，再在发酵底物上方覆盖一层厚度为4cm的麦麸，控制发酵池的温度为40℃，空气相对湿度为65%，密闭发酵13天，发酵结束后得到富含微生物的发酵产物；按等质量比将发酵产物和沉积氧化亚铜的多孔污泥炭颗粒混合，搅拌均匀后在33℃下继续发酵处理6天，得到复合降解料，取一块半径为1m的圆形聚乳酸泡沫塑料板，沿着泡沫塑料板直径每隔4cm凿出一个9cm2的小孔，取鱼腥草每17颗扎成一捆，将每捆鱼腥草的根部***泡沫塑料板上的小孔中，使鱼腥草根须总长度的2/3透过泡沫板，得到自制鱼腥草植物浮岛；挖建一个长20m、宽10m、深1.5m的处理池，在处理池的池壁和池底每隔2m安装一个膜片式微孔曝气器，并且在池顶上方2m处，与池宽平行方向均匀安装25个日光灯，将待处理的抗生素废水通入池中，控制废水水深为90cm，通水完毕后将850kg备用的复合降解料投入处理池中，再在池面上放置13个自制鱼腥草植物浮岛，打开日光灯并启动曝气装置每隔2h曝气处理25min，如此循环处理22h后，池中处理后的废水即可达标排放。
对本发明处理后的废水进行检测，本发明处理后的抗生素废水BOD5降低至21mg/L，COD降低至11mg/L，氨氮浓度降低至13mg/L，SS降低至42mg/L，抗生素去除率达到99.5%。

Claims (8)

1.一种处理抗生素废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）收集活性污泥，暴晒4～5天，研磨后过50目筛，将过筛后的活性污泥颗粒炭化，得到多孔污泥炭颗粒；
（2）将多孔污泥炭颗粒和浓度为1mol/L硫酸铜溶液混合后装入反应釜，向反应釜中加入浓度为2mol/L氢氧化钠溶液，搅拌反应20～30min后，升高反应釜温度至50～60℃，再向反应釜中加入浓度为1.5mol/L葡萄糖溶液，搅拌反应1～2h；
（3）待上述反应结束，过滤得到滤渣，分别用无水乙醇和去离子水冲洗滤渣3～5次后自然晾干，即可得到沉积氧化亚铜的多孔污泥炭颗粒；
（4）按重量份数计，称取50～60份猪粪、20～25份河道淤泥、5～10份茶叶渣和30～40份沼液混合后倒入发酵池中作为发酵底物，再在发酵底物上方覆盖一层厚度为3～5cm的麦麸，保温发酵，得到发酵产物；
（5）将发酵产物和沉积氧化亚铜的多孔污泥炭颗粒混合，发酵，得到复合降解料；
（6）将待处理的抗生素废水通入处理池中，控制废水水深为80～100cm，通水完毕后将800～900kg复合降解料投入处理池中，再在池面上放置10～15个自制鱼腥草植物浮岛，打开日光灯并启动曝气装置每隔1～2h曝气处理20～30min，如此循环处理20～24h后，池中处理后的废水即可达标排放。
2.根据权利要求1所述的一种处理抗生素废水的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的活性污泥为污水处理厂二沉池活性污泥。
3.根据权利要求1所述的一种处理抗生素废水的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的炭化步骤为：将过筛后的活性污泥颗粒放入炭化炉中，在氮气氛围下以5℃/min的速率程序升温至500～600℃，保温炭化3～5h。
4.根据权利要求1所述的一种处理抗生素废水的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的多孔污泥炭颗粒和硫酸铜溶液的质量比为1:40，氢氧化钠溶液加入量为多孔污泥炭颗粒质量20～25倍，葡萄糖溶液加入量为多孔污泥炭颗粒质量30～40倍。
5.根据权利要求1所述的一种处理抗生素废水的方法，其特征在于：步骤（4）中所述的保温发酵条件为：发酵温度为30～45℃，空气相对湿度为60～70%，发酵时间为12～14天。
6.根据权利要求1所述的一种处理抗生素废水的方法，其特征在于：步骤（5）中所述的发酵产物和沉积氧化亚铜的多孔污泥炭颗粒的质量比为1:1，发酵温度为30～40℃，发酵时间为5～7天。
7.根据权利要求1所述的一种处理抗生素废水的方法，其特征在于：步骤（6）中所述的自制鱼腥草植物浮岛的制备方法为：取一块半径为1m的圆形聚乳酸泡沫塑料板，沿着泡沫塑料板直径每隔3～5cm凿出一个8～10cm2的小孔，取鱼腥草每15～20颗扎成一捆，将每捆鱼腥草的根部***泡沫塑料板上的小孔中，使鱼腥草根须总长度的2/3透过泡沫板，得到自制鱼腥草植物浮岛。
8.根据权利要求1所述的一种处理抗生素废水的方法，其特征在于：步骤（6）中所述的处理池长20m、宽10m、深1.5m，在处理池的池壁和池底每隔2～3m安装有一个膜片式微孔曝气器，并且在池顶上方2m处，与池宽平行方向均匀安装有20～30个日光灯。
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