CN108383216A - 电化学还原氧化处理氯霉素废水的方法及其反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电化学还原氧化处理氯霉素废水的方法及其反应器，其步骤为：将氯霉素废水通入反应器主体的阴极室，充满整个反应器主体内部，进行磁力搅拌，开始电化学处理，废水在阴极室发生还原反应，阴极室处理后的废水经由阴阳两室间的连接管路进入阳极室，废水在阳极室中发生氧化反应，氧化反应的电流密度为10‑30 mA/cm2，废水在阴极室和阳极室的停留时间为1‑2h；反应温度为10‑30℃。本发明通过还原氧化的方法克服了单独氧化法对于氯霉素废水处理效率低，处理后废水毒性高的缺点；通过本发明的反应器和方法，可以高效地降低氯霉素废水浓度，削减废水毒性，提高废水的可生化性。
Description
技术领域
本发明涉及一种去除高致毒性抗生素废水的方法及其反应器，具体是一种电化学还原氧化处理氯霉素废水的方法及其反应器。
背景技术
氯霉素（chloramphenicol，chloromycetin）是由委内瑞拉链霉菌产生的一种广谱性抗生素。由于其成本低及抑菌抗感染效果好，氯霉素被广泛应用于多种传染性疾病的处理中。氯霉素是一种含氯硝基芳香化合物，由于苯环上含有硝基官能团，侧链含氯元素，其具有较强的副作用和毒性，如人体中由于食物链富集作用而长期摄入氯霉素，会引起多种疾病，如贫血、神经肌肉的紊乱等；因此，由于氯代硝基苯的毒性和稳定性，其在环境中的残留和积累，以及如何减轻或者消除这类化合物对环境的污染及毒性，引起了人们的日益关注。
氯霉素的处理方法主要有生物法、吸附法、高级氧化法等。由于其毒性较高可以杀灭大部分的细菌，因而生物法对于氯霉素废水的的处理效率很低；。吸附法富集分离后的污染物处理不当会导致二次污染，并且吸附剂的稳定性和选择性也限制着其应用。高级氧化技术包括光催化氧化、芬顿氧化、臭氧氧化等等，其研究广泛发展迅速，但依然存在处理效率低、成本高等缺陷，并且会出现传质效率低、生成高毒终产物等缺陷，可能会使反应后废水的毒性上升。而电化学法处理废水具有高效稳定，无需药剂投加，无二次污染的优点，其应用于废水处理领域已经成为研究的热点。
由于硝基的存在，氯霉素这种化合物结构稳定很难除去。电化学氧化技术的反应效率比较低，并且反应后仍具有较大的毒性和稳定性。如果可以先将苯环上的硝基还原为氨基，然后在进行氧化处理，就可以有效的去除污染物质。之前有研究显示，通过还原氧化的方式处理硝基苯和氯酚等废水，可以产生相比于单独氧化工艺更好的处理效果。而将电化学还原和电化学氧化结合，用以处理高致毒性抗生素废水，还未见报道。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种电化学还原氧化处理氯霉素废水的方法及其反应器，该方法步骤简单，实施费用低，同时具有更好的处理效果。
一种电化学还原氧化处理氯霉素废水的反应器，所述反应器由反应器主体和带恒温水浴的磁力搅拌器组成，反应器主体分别由阴极板和阳极板分隔为封闭的阴极室和阳极室，其中，阴极室、阳极室顶部均设置有取样口，阴极室设置进水口，阳极室设置出水口，阴极板和阳极板之间贴合设置阳离子交换膜，使废水可以先进入阴极室发生还原反应，再通过阴阳两室间的连接管路进入阳极室发生氧化反应。
进一步的，反应器主体放置在带恒温水浴的磁力搅拌器上的水浴槽内，该磁力搅拌器可以控制反应器主体中废水的反应温度，也可以控制废水的反应速率。
进一步的，反应器主体呈圆柱型。
进一步的，所述的阴极板为钛板。
进一步的，所述的阳极板为金刚石电极（BDD电极）。
一种电化学还原氧化处理氯霉素废水的方法，包括以下步骤：
将氯霉素废水通入反应器主体的阴极室，充满整个反应器主体内部，进行磁力搅拌，开始电化学处理，废水在阴极室发生还原反应，阴极室处理后的废水经由阴阳两室间的连接管路进入阳极室，废水在阳极室中发生氧化反应，氧化反应的电流密度为10-30 mA/cm2，废水在阴极室和阳极室的停留时间为1-2h；反应温度为10-30摄氏度。
优选地，所述的氯霉素模拟废水中的硫酸钠的浓度为50mmol/l；氯霉素的浓度为50 mg/l；
优选地，所述的氧化反应的电流密度为10 mA/cm2，废水在反应器中的停留时间为2h。
与现有技术相比，本发明的优点是：
（1）本发明是一种绿色的水处理方法，只需要外加电流，不需要投加其他化学试剂，且不会产生二次污染。
（2）本发明针对废水中氯霉素，能够达到短时间内一次性去除以及具有良好的去除效果。
（3）本发明通过电化学还原氧化的方法处理氯霉素废水，相比于单独的电化学氧化具有更好的反应效率和矿化率，并且反应后的废水毒性更低，对于自然生态环境的危害更小。
附图说明
图1为本发明所述的电化学还原氧化处理氯霉素废水的反应器。
图2为本发明所述的电化学还原氧化对氯霉素去除的效果。
图3为本发明所述的电化学还原氧化对氯霉素废水矿化的效果。
具体实施方式
本发明所采用的电化学还原-氧化反应器如图1所示，所述反应器由反应器主体和带恒温水浴的磁力搅拌器以及进出水***组成，反应器主体为圆柱型，反应器主体由依次贴合组成的阴极板、离子交换膜和阳极板分隔为封闭的阴极室和阳极室，其中，阴极室、阳极室顶部均设置有取样口，阴极室设置供水***，阳极室设置出水***。反应器主体放置在可水浴恒温调节的磁力搅拌器上方的水浴槽内，该磁力搅拌器既可以控制反应温度，也可以通过磁力搅拌增强废水的反应速率。使用的阴极板为钛板，阳极板为BDD电极。氯霉素模拟废水中的硫酸钠的浓度为50mmol/l；氯霉素的浓度为50mg/l。
将氯霉素废水通入电化学还原氧化反应器的阴极室，充满整个反应器主体，进行磁力搅拌，开始电化学处理，废水在阴极室发生还原反应，阴极室处理后的废水经由还原出水进入阳极室，废水在阳极室中发生氧化反应；电化学处理的电流密度为10 mA/cm2，反应时间为2h，反应温度为20摄氏度。
如图2所示，电化学还原20min，氯霉素去除率就能达到95%，然而电化学氧化要反应3h才能去除95%的氯霉素，电化学还原氧化法去除速率大大高于电化学氧化法，当反应进行到20min时，在电化学还原氧化中，氯霉素去除率达94.9%，而纯电化学氧化中，其去除率仅为24.7%，该结果体现出氯霉素去除中电化学还原-氧化法的优越性。
图3为在氯酚废水在降解过程中，TOC的浓度变化情况。由图可知，反应2h及3h后，TOC去除率均为电催化还原-氧化高于电催化氧化法，反应3h去除率：电催化还原-氧化法为79.2%，电催化氧化法为53.3%，该结果体现出氯霉素废水矿化中电化学还原-氧化法的优越性。
Claims (8)
1.电化学还原氧化处理氯霉素废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氯霉素废水通入反应器主体的阴极室，充满整个反应器主体内部，进行磁力搅拌，开始电化学处理，废水在阴极室发生还原反应，阴极室处理后的废水经由阴阳两室间的连接管路进入阳极室，废水在阳极室中发生氧化反应，氧化反应的电流密度为10-30 mA/cm2，废水在阴极室和阳极室的停留时间为1-2h；反应温度为10-30摄氏度。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，氯霉素模拟废水中的硫酸钠的浓度为50mmol/l；氯霉素的浓度为50 mg/l。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，氧化反应的电流密度为10 mA/cm2，废水在反应器中的停留时间为2h。
4.电化学还原氧化处理氯霉素废水的反应器，其特征在于，所述反应器由反应器主体和带恒温水浴的磁力搅拌器组成，反应器主体分别由阴极板和阳极板分隔为封闭的阴极室和阳极室，其中，阴极室、阳极室顶部均设置有取样口，阴极室设置进水口，阳极室设置出水口，阴极板和阳极板之间贴合设置阳离子交换膜，使废水先进入阴极室发生还原反应，再通过阴阳两室间的连接管路进入阳极室发生氧化反应。
5.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，反应器主体放置在带恒温水浴的磁力搅拌器上的水浴槽内。
6.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，反应器主体呈圆柱型。
7.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述的阴极板为钛板。
8.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述的阳极板为金刚石电极。
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