一种真空紫外/过硫酸氢钾耦合高级氧化去除抗生素抗性基因的方法与调控系统技术方案

一种真空紫外/过硫酸氢钾耦合高级氧化去除抗生素抗性基因的方法与调控系统，属于污水处理技术领域。调控系统包括提升泵、投药泵、混合装置、进水阀、进水泵、耦合反应器、硫酸根检测仪、出水阀、回流管、回流阀、PLC调控装置、以及连接上述装置的管道，根据耦合反应器出水硫酸根(SO

【技术实现步骤摘要】
一种真空紫外/过硫酸氢钾耦合高级氧化去除抗生素抗性基因的方法与调控系统


[0001]本专利技术属于污水处理
，具体来说，涉及一种真空紫外/过硫酸氢钾耦合高级氧化去除城市污水厂二级出水中抗生素抗性基因的方法与调控系统。

技术介绍

[0002]抗生素广泛存在于医院废水、制药废水、养殖废水、工业废水以及人们日常生活所产生的废水中，由于其生物降解性较差，经过污水处理后在出水中仍然存在，残留的抗生素会对微生物产生一种选择性压力导致微生物携带抗生素抗性基因。抗生素抗性基因能通过水平转移等方式在环境中进行传播扩散，即使抗生素抗性细菌死亡，释放出的抗性基因片段也会在环境中存在一段时间，并且具有转移给其它致病菌的潜在风险。城市污水处理厂是抗生素抗性基因的重要储存地，研究人员在污水处理厂中已检测到多种类型抗生素抗性基因，例如氨基糖苷类抗生素抗性基因、β
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内酰胺类抗生素抗性基因、氯霉素类抗生素抗性基因、大环内酯类抗生素抗性基因、磺胺类抗生素抗性基因、四环素类抗生素抗性基因和多重耐药类抗生素抗性基因等。由于污水处理厂生物处理对抗生素抗性基因的去除作用非常有限，导致污水处理厂二级出水中含有大量抗生素抗性基因，因此，亟需探究高效、可控的抗生素抗性基因去除技术来降低二级出水中抗生素抗性基因的污染。
[0003]在针对抗生素抗性基因的去除研究中，由于高级氧化工艺可生成具有高反应性的自由基，对抗生素抗性基因的去除效果相对明显，引起了广泛关注。传统的高级氧化工艺，例如光催化法、Fenton法等，依靠羟基自由基(
>·
OH)的氧化能力将污染物彻底破坏而使其转化为CO2，但是存在催化剂难回收、pH仅适用于酸性条件等问题。与传统高级氧化技术相比，过硫酸盐高级氧化技术可产生选择性更高，半衰期更长的硫酸根自由基(SO4‑
·
)，其中过硫酸氢钾活化可同时产生羟基自由基(
·
OH)和硫酸根自由基(SO4‑
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)，在去除抗生素抗性基因方面具有广阔的应用前景。过硫酸盐活化法包括热活化法、过渡金属活化法、紫外活化法、电活化法等，而在众多活化过硫酸盐的技术中，由于真空紫外活化法无需加热、安全可行且可以同时活化水分子产生羟基自由基(
·
OH)，因此真空紫外活化过硫酸盐在去除抗生素抗性基因方面具有良好的应用前景。
[0004]由于城市污水处理厂二级出水中抗生素抗性基因的绝对丰度较高，以及污水成分的复杂性，一次性投药所产生的有效自由基难以完全去除二级出水中的抗生素抗性基因。因此，提出一种真空紫外/过硫酸氢钾耦合高级氧化去除城市污水厂二级出水中抗生素抗性基因的方法与调控系统，以硫酸根自由基(SO4‑
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) 反应后的产物硫酸根(SO
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)的浓度作为调控依据，旨在对抗生素抗性基因去除工艺实现实时调控，从而有效控制二级出水中抗生素抗性基因污染。该专利技术可为现阶段污水处理厂绿色、高效、实时的去除二级出水抗生素抗性基因提供技术支持。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供一种真空紫外/过硫酸氢钾耦合高级氧化去除城市污水厂二级出水中抗生素抗性基因的方法与调控系统，达到降低城市污水处理厂二级出水中抗生素抗性基因污染的目的，保障污水处理厂出水的安全性。
[0006]本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：一种真空紫外/过硫酸氢钾耦合高级氧化去除城市污水厂二级出水中抗生素抗性基因的调控系统，其特征在于，调控系统包括：提升泵、投药泵、混合装置、进水阀、进水泵、耦合反应器、硫酸根检测仪、出水阀、回流管、回流阀、PLC调控装置、以及连接上述装置的管道；其中提升泵(1)、混合装置(3)、进水阀(4)、进水泵(5)、耦合反应器(6)、出水阀(8)依次采用管道相连，耦合反应器(6)内部设有硫酸根检测仪(7)，耦合反应器(6)和出水阀(8)之间即在耦合反应器(6)出水口之后、出水阀(8)前设有分支管路即回流管(9)，回流管(9)经回流阀 (10)与进水泵(5)进水口前的管道进行相连，投药泵(2)与混合装置(3) 管道连接，投药泵(2)与过硫酸氢钾药剂溶液箱相连，提升泵(1)输配的二级出水与投药泵(2)投配一定浓度的过硫酸氢钾在混合装置(3)中进行混合，混合装置(3)中设有电动搅拌器，提升泵(1)、投药泵(2)、混合装置(3) 的搅拌器、进水阀(4)、进水泵(5)、耦合反应器(6)的紫外灯控制开关、硫酸根检测仪(7)、出水阀(8)、回流阀(10)均与PLC调控装置(11)连接。
[0007]耦合反应器(6)为多层石英玻璃导流套管式，即在耦合反应器(6)内部中心位置装有真空紫外灯，同时真空紫外灯外装设多层石英玻璃导流套管，其中最内层套管的直径应大于真空紫外灯的直径，最内层套管上端口与耦合反应器(6)顶部相接，下端口距离耦合反应器(6)底部具有间隙；次内层套管下端口与耦合反应器(6)底部相接，上端口距离耦合反应器(6)顶部具有间隙且高于最内层套管下端口，其余套管按上述方式依次装设，使得耦合反应器 (6)内进水从顶部中心位置进入，然后流经最内层石英玻璃导流管下端直至溢出次内层石英玻璃导流管上端，使得耦合反应器(6)内部水流呈折返流的形式；真空紫外灯配有控制开关；优选真空紫外灯波长为185nm，其中185 nm的光子比例不应低于10％。
[0008]所述的进水为含有不同类型抗生素抗性基因的二级出水，包括氨基糖苷类抗生素抗性基因、β
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内酰胺类抗生素抗性基因、氯霉素类抗生素抗性基因、大环内酯类抗生素抗性基因、磺胺类抗生素抗性基因、四环素类抗生素抗性基因和多重耐药类抗生素抗性基因中的一种或几种。
[0009]采用上述调控系统对去除城市污水厂二级出水中抗生素抗性基因方法的精细调控主要有3个调控过程，包括循序处理阶段、循环处理阶段和强化处理阶段，依据硫酸根浓度设定值、硫酸根浓度检测值和在一定反应时间间隔内硫酸根检测仪(7)的硫酸根浓度差(ΔC)进行计算和调控，在循序处理阶段、循环处理阶段和强化处理阶段时耦合反应器(6)内的液位均低于最高液位。
[0010]调控系统首先进入循序处理阶段：提升泵(1)将城市污水处理厂二级出水提升，提升泵(1)输配的二级出水与投药泵(2)投配一定浓度的过硫酸氢钾在混合装置(3)中进行混合，混合后的二级出水流经进水阀(4)后通过进水泵(5)输送至耦合反应器(6)，此时出水阀(8)和回流阀(10)关闭；当耦合反应器(6)出水的硫酸根浓度检测值小于设定值且浓度保持稳定(即Δ C＝0)时，出水阀(8)开启，提升泵(1)、投药泵(2)、混合装置(3)、进水阀(4)和进水泵(5)关闭；待耦合反应器(6)出水排空后，出水阀(8)关闭，提升泵(1)、投药泵(2)、混合
装置(3)、进水阀(4)和进水泵(5)开启。
[0011]在循序处理阶段下，当耦合反应器(6)出水的硫酸根浓度检测值小于设定值且呈硫酸根浓度持续增加趋势(即ΔC＞0)时，调控系统进入循环处理阶段，此时提升泵(1)、投药本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空紫外/过硫酸氢钾耦合高级氧化去除城市污水厂二级出水中抗生素抗性基因的方法与调控系统，其特征在于：调控系统包括提升泵(1)、投药泵(2)、混合装置(3)、进水阀(4)、进水泵(5)、耦合反应器(6)、硫酸根检测仪(7)、出水阀(8)、回流管(9)、回流阀(10)、PLC调控装置(11)、以及连接管，其中提升泵(1)、混合装置(3)、进水阀(4)、进水泵(5)、耦合反应器(6)、出水阀(8)依次采用管道相连，耦合反应器(6)内部设有硫酸根检测仪(7)，耦合反应器(6)和出水阀(8)之间即在耦合反应器(6)出水口之后、出水阀(8)前设有分支管路即回流管(9)，回流管(9)经回流阀(10)与进水泵(5)进水口前的管道进行相连，投药泵(2)与混合装置(3)管道连接，投药泵(2)与过硫酸氢钾药剂溶液箱相连，提升泵(1)输配的二级出水与投药泵(2)投配一定浓度的过硫酸氢钾在混合装置(3)中进行混合，混合装置(3)中设有电动搅拌器，提升泵(1)、投药泵(2)、混合装置(3)的搅拌器、进水阀(4)、进水泵(5)、耦合反应器(6)的紫外灯控制开关、硫酸根检测仪(7)、出水阀(8)、回流阀(10)均与PLC调控装置(11)连接；耦合反应器(6)为多层石英玻璃导流套管式，即在耦合反应器(6)内部中心位置装有真空紫外灯，同时装设多层石英玻璃导流套管，其中最内层套管的直径应大于真空紫外灯的直径，最内层套管上端口与耦合反应器(6)顶部相接，下端口距离耦合反应器(6)底部具有间隙；次内层套管下端口与耦合反应器(6)底部相接，上端口距离耦合反应器(6)顶部具有间隙且高于最内层套管下端口，其余套管按上述方式依次装设，使得耦合反应器(6)内进水从顶部中心位置进入，然后流经最内层石英玻璃导流管下端直至溢出次内层石英玻璃导流管上端，使得耦合反应器(6)内部水流呈折返流的形式；真空紫外灯配有控制开关；优选真空紫外灯波长为185nm，其中185nm的光子比例不应低于10％。去除城市污水厂二级出水中抗生素抗性基因的方法主要有3个调控过程，包括循序处理阶段、循环处理阶段和强化处理阶段，依据硫酸根浓度设定值、硫酸根浓度检测值和在一定反应时间间隔内硫酸根检测仪(7)的硫酸根浓度差(ΔC)进行计算和调控，在循序处理阶段、循环处理阶段和强化处理阶段时耦合反应器(6)内的液位均低于最高液位。调控系统首先进入循序处理阶段：提升泵(1)将城市污水处理厂二级出水提升，提升泵(1)输配的二级出水与投药泵(2)投配一定浓度的过硫酸氢钾在混合装置(3)中进行混合，混合后的二级出水流经进水阀(4)后通过进水泵(5)输送至耦合反应器(6)，此时出水阀(8)和回流阀(10)关闭；当耦合反应器(6)出水的硫酸根浓度检测值小于设定值且浓度保持稳定(即ΔC＝0)时，出水阀(8)开启，提升泵(1)、投药泵(2)、混合装置(3)、进水阀(4)和进水泵(5)关闭；待耦合反应器(6)出水排空后，出水阀(8)关闭，提升泵(1)、投药泵(2)、混合装置(3)、进水阀(4)和进水泵(5)开启。在循序处理阶段下，当耦合反应器(6)出水的硫酸根浓度检测值小于设定值且硫酸根浓度呈持续增加趋势(即ΔC＞0)时，调控系统进入循环处理阶段，此时提升泵(1)、投药泵(2)和混合装置(3)停止，进水阀(4)和出水阀(8)关闭，回流阀(10)开启，耦合反应器(6)出水经过回流管(9)通过进水泵(5)重新进入耦合反应器(6)；当耦合反应器(6)出水的硫酸根浓度检测值小于设定值且浓度保持稳定(即ΔC＝0)时，出水阀(8)开启，进水阀(4)和回流阀(10)关闭，调控系统进入循序处理阶段，待耦合反应器(6)出水排空后，出水阀(8)关闭，提升泵(1)、投药泵(2)、混合装置(3)、进...

【专利技术属性】
技术研发人员：李星，徐是龙，樊晓燕，高玉玺，赵君如，张忠兴，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：