磁场强化光催化-生物直接耦合体系降解抗生素废水的方法技术

本发明专利技术公开了一种磁场强化光催化

【技术实现步骤摘要】
磁场强化光催化
‑
生物直接耦合体系降解抗生素废水的方法


[0001]本专利技术属于污水处理
，具体来说涉及一种磁场强化光催化
‑
生物直接耦合体系降解抗生素废水的方法。

技术介绍

[0002]抗生素作为一种应用广泛的药物和难降解有机污染物，存在于各种水生环境，具有持久性，传统水处理工艺难以去除。高级氧化法是一种降解大分子有机污染物的有效方法。然而，高级氧化工艺的完全矿化在经济上是禁止的，在实际操作中也是困难的，并且高级氧化过程中任意快速的化学反应往往导致有毒副产物的积累和氧化产物的过量残留。相比之下，生物降解法在污染物矿化方面具有天然优势，且生物法运行成本低，有成熟的经验可供借鉴。尽管抗生素的生物降解前景广阔，但一个严重的瓶颈是许多抗生素的生物降解性缓慢或根本不存在。目前，高级氧化预处理工艺与生物降解工艺的间接耦合广泛用于抗生素废水的处理，但仍存在能耗高、调控困难、解毒不可持续等问题，并且需要高级氧化和生物降解两个反应器，这就增加了其占地面积，使反应空间加大。近年来发展起来的光催化
‑
生物直接耦合工艺在提高难降解污染物的去除和矿化方面显示出巨大的潜力，可实现抗生素的连续解毒。在典型的直接耦合体系中，光催化剂被包裹在大孔载体的外表面，而生物膜则聚集在大孔载体的内部。在紫外光或可见光照射下，光催化首先攻击难降解污染物，产生可生物降解的中间产物，与此同时，这些中间产物被内部微生物迅速消耗和矿化。由于载体的保护，生物膜很好地免受毒物和氧化剂的影响。随着复合降解过程的重复，化合物得到了有效的降解。目前，直接耦合技术已用于脱氮、脱氯、染料和抗生素的降解，显示了其在实际废水处理中的应用潜力。然而，研究表明光催化
‑
生物直接耦合技术易受环境因素的影响，导致对抗生素的降解不稳定，污染物去除效率降低。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种内循环流化床
‑
光生直接耦合反应器。
[0004]本专利技术的另一目的在于提供一种磁场强化光催化
‑
生物直接耦合体系降解抗生素废水的方法，该方法中通过磁场、可见光和微生物同时降解废水中的抗生素，外加磁场不仅对催化剂中活性基团产生影响，也与微生物发生相互作用，实现微生物群落演变，提高微生物降解功能，从而实现系统高效降解。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0006]一种内循环流化床
‑
光生直接耦合反应器，包括：光生物反应器和设置在所述光生物反应器周围的一根或多根磁棒，所述磁棒对光生物反应器内所形成的磁场强度为10～50mT。
[0007]在上述技术方案中，所述光生物反应器包括：第一圆桶、第二圆桶和曝气盘，所述第一圆桶为顶面敞口的圆柱体形腔体，所述第二圆桶为顶面、底面均敞口的圆柱体形腔体；
所述曝气盘固装在所述第一圆桶的底端内壁上，所述第二圆桶位于所述第一圆桶内并通过一镂空支架固装在所述曝气盘上。
[0008]在上述技术方案中，在所述镂空支架的底端上安装有一圆台形的挡板，所述挡板从上至下渐缩，所述镂空支架位于所述挡板的中心处。
[0009]在上述技术方案中，还包括：与所述曝气盘连接的曝气泵，在所述曝气盘和曝气泵之间的管路上安装有气体流量计。
[0010]在上述技术方案中，所述第一圆桶和第二圆桶的横切面的面积比为(3～3.5):1，所述第一圆桶和第二圆桶的外径和高度的比均为1:(3～5)。
[0011]在上述技术方案中，当所述磁棒的数量为多根时，多根所述磁棒以所述第一圆桶的轴心为圆心沿圆周方向排列。
[0012]在上述技术方案中，所述第一圆桶和第二圆桶均为透明材质，所述光生物反应器周围设置有光源。
[0013]一种磁场强化光催化
‑
生物直接耦合体系降解抗生素废水的方法，包括：将催化剂
‑
生物耦合载体和抗生素废水放入所述内循环流化床
‑
光生直接耦合反应器中，启动曝气盘，进行降解，其中，制备所述催化剂
‑
生物耦合载体的方法包括以下步骤：
[0014]1)将Bi(NO3)3·
5H2O、H3BO3、聚乙烯吡咯烷酮和第一甘露醇水溶液混合，得到溶液A，其中，按质量份数计，所述Bi(NO3)3·
5H2O、H3BO3、聚乙烯吡咯烷酮和第一甘露醇水溶液中甘露醇的比为26.2：1：21.6：(1～2)；
[0015]将NaCl和第二甘露醇水溶液混合，得到溶液B，其中，按质量份数计，所述NaCl和第二甘露醇水溶液中第二甘露醇的比为10：(1～2)；
[0016]在所述步骤1)中，所述第一甘露醇水溶液中甘露醇的浓度为0.1～0.2mol/L，所述第二甘露醇水溶液中甘露醇的浓度为0.1～0.2mol/L。
[0017]2)在搅拌条件下，向所述溶液A中滴加溶液B，滴加完成后再继续搅拌至少30min，搅拌后用NaOH水溶液调节pH值至11～12，于150～170℃水热处理23～25h，冷却至室温，离心收集固体，洗涤，干燥，得到B/Bi3O4Cl催化剂，其中，按体积份数计，溶液A和溶液B的比为(4.5～5.5)：1；
[0018]在所述步骤2)中，所述NaOH水溶液中NaOH的浓度为1.5～2.5M。
[0019]在所述步骤2)中，所述洗涤采用去离子水和无水乙醇。
[0020]在所述步骤2)中，所述干燥的温度为60℃。
[0021]3)将B/Bi3O4Cl催化剂、无水乙醇和硝酸混合，于80℃超声分散至少20min，得到悬浮液，向所述悬浮液中加入聚氨酯海绵载体，再于80℃超声分散至少20min，取出，烘干，得到B/Bi3O4Cl海绵载体，在曝气条件下，将B/Bi3O4Cl海绵载体浸入活性污泥中至少24h，得到催化剂
‑
生物耦合载体，其中，按质量份数计，所述B/Bi3O4Cl催化剂、无水乙醇和硝酸的比为(900～1100)：10：1。
[0022]在所述步骤3)中，按体积份数计，所述悬浮液和聚氨酯海绵载体的比为1:(0.8～1.2)，所述硝酸的浓度为17～18M。
[0023]在所述步骤3)中，所述曝气为空气。
[0024]在所述步骤3)中，按质量份数计，所述B/Bi3O4Cl海绵载体和活性污泥的比为(0.2～0.4)：1。
[0025]在上述技术方案中，按质量份数计，所述B/Bi3O4Cl催化剂和聚氨酯海绵载体的比为(0.3～0.5)：1。
[0026]在上述技术方案中，降解时光源施加的为可见光，所述可见光的光照强度≥40mW/cm2。
[0027]在上述技术方案中，所述曝气盘的曝气量为2.5～3L/min。
[0028]本专利技术与传统的光催化+生物降解的技术(光催化反应先降解环丙沙星提高废水可生化性，出水再进入生物处理工艺进一步矿化)相比，避免了过度光催化氧化，节约了反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内循环流化床
‑
光生直接耦合反应器，其特征在于，包括：光生物反应器和设置在所述光生物反应器周围的一根或多根磁棒(1)，所述磁棒(1)对光生物反应器内所形成的磁场强度为10～50mT。2.根据权利要求1所述的内循环流化床
‑
光生直接耦合反应器，其特征在于，所述光生物反应器包括：第一圆桶(2)、第二圆桶(3)和曝气盘(5)，所述第一圆桶(2)为顶面敞口的圆柱体形腔体，所述第二圆桶(3)为顶面、底面均敞口的圆柱体形腔体；所述曝气盘(5)固装在所述第一圆桶(2)的底端内壁上，所述第二圆桶(3)位于所述第一圆桶(2)内并通过一镂空支架(6)固装在所述曝气盘(5)上。3.根据权利要求2所述的内循环流化床
‑
光生直接耦合反应器，其特征在于，在所述镂空支架(6)的底端上安装有一圆台形的挡板(7)，所述挡板(7)从上至下渐缩，所述镂空支架(6)位于所述挡板(7)的中心处。4.根据权利要求1所述的内循环流化床
‑
光生直接耦合反应器，其特征在于，还包括：与所述曝气盘(5)连接的曝气泵(8)，在所述曝气盘(5)和曝气泵(8)之间的管路上安装有气体流量计(9)。5.根据权利要求1所述的内循环流化床
‑
光生直接耦合反应器，其特征在于，所述第一圆桶(2)和第二圆桶(3)的横切面的面积比为(3～3.5):1，所述第一圆桶(2)和第二圆桶(3)的外径和高度的比均为1:(3～5)。6.根据权利要求1所述的内循环流化床
‑
光生直接耦合反应器，其特征在于，当所述磁棒(1)的数量为多根时，多根所述磁棒(1)以所述第一圆桶(2)的轴心为圆心沿圆周方向排列。7.根据权利要求2所述的内循环流化床
‑
光生直接耦合反应器，其特征在于，所述第一圆桶(2)和第二圆桶(3)均为透明材质，所述光生物反应器周围设置有光源(4)。8.一种磁场强化光催化
‑
生物直接耦合体系降解抗生素废水的方法，其特征在于，包括：将催化剂
‑
生物耦合载体和抗生素废水放入权利要求1～7中任意一项所述内循环流化床
‑
光生直接耦合反应器中，启动曝气盘(5)，进行降解，其中，制备所述催化剂
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：任芝军，王鹏飞，董怡琳，张光明，吕龙义，刘晓阳，高文芳，孙丽，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：