[发明专利]一种联合水力空化与光催化的一体式抗生素废水降解装置

说明书

一种联合水力空化与光催化的一体式抗生素废水降解装置，包括定子、转子、紫外线灯管和转轴。定子和转子均为密闭空心筒体，转子设置在定子内，转轴穿过定子和转子安装在定子两端，转子固定连接在转轴上；转子外壁面设置有空化孔洞，用以诱发水力空化现象降解废水；定子上设置有废水进管、废水出管与催化剂加注口；紫外线灯管设置在定子内壁与转子外壁之间，用以对废水进行光解。上述装置，通过联合水力空化和光催化处理工艺，协同对抗生素废水进行深度降解，效果好，可放大性好，处理量大，可连续作业，成本低，不产生二次污染，在废水降解领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及利用水力空化和光催化技术协同降解抗生素废水的装置，属于抗生素废水处理技术领域。

背景技术

水环境中的抗生素会产生严重的危害效应，例如抗生素对水生生物存在一定的毒性效应，在抑制或杀灭病原微生物的同时，也可能会抑制环境中有益微生物的活性，干扰甚至阻断生态系统的物质循环和能量流动，另外，抗生素在生物体内的残留、积累，随着食物链进入人类体内，对人体健康具有潜在的巨大危害。因此如何处理废水中的抗生素问题变得越来越重要。抗生素废水难于处理，成分复杂且可生化性差，有如下特征：(1)抗生素废水水量、水质变化大，而且由于生产的药品种类以及产量经常随市场需求调整，废水的水量和水质规律性较差；(2)抗生素废水物质组成十分复杂，其中包含有未反应原料、药物中间体、药物残留物以及有机溶剂等化学结构复杂的难降解有机物；(3)抗生素废水含有大量有机物，COD浓度高达10000mg/L以上；(4)抗生素废水药物残留浓度高，部分废水盐度极高，并且废水对生物抑制作用较大，废水的可生化性较低；(5)抗生素废水色度大、气味重。

目前，处理抗生素废水的常见方法包括物理法、化学法、生物法等。其中，物理法主要是通过活性炭等吸附材料对水体中抗生素进行吸附去除，但是单一的吸附只是将抗生素从水体转移到吸附剂中，抗生素并不能彻底去除，而且被污染的吸附剂还存在安全问题，需要进一步处理。化学法是通过向污水中投加化学试剂，使其与污水中的污染物质发生化学反应，除去污染物，或使污水达到排放要求的方法，但化学法的一个主要缺陷是投加的化学试剂如果过量会导致水体发生二次污染。而生物法是指利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解和胶体状态的有机污染物氧化分解，转化为无害稳定的物质而使水质得到净化的方法，但由于药物的抗菌性，导致抗生素不完全降解，去除率低，难以达到抗生素行业废水排放标准。

空化是指液体内局部压力下降时，液体内部或液固交界面上气体空穴的形成、发展和溃灭的过程。当液体压力降至液体饱和蒸气压甚至以下时，由于液体的剧烈汽化而产生大量空化泡。空化泡随液体流动膨胀、生长。当液体压力恢复时，空化泡瞬间溃灭形成微射流和冲击波，产生瞬间局部高温和瞬间高压。空化现象释放的能量也可以加以利用，以实现对化学、物理等过程的强化，达到增效、节能、降耗等效果。水力空化过程中所产生的能量可以将水分子分解成·H和·OH，所产生的大量高活性·OH能够氧化废水中的化学物质，并且极高温高压会使分子中的化学键断裂从而达到降解大分子有机物的目的。

水力空化技术与光催化技术均是新型的环境污染物削减技术，如中国专利文献CN103506136A公开了一种用制备所得的CdS/WO₃复合光催化剂来降解抗生素废水。CN104941621A公开了一种用制备所得的复合光催化剂来降解抗生素废水。以上两种利用复合光催化剂降解方法无污染，但是效率较低且不彻底。CN104556266A公开了一种强化水力空化处理装置，使流体空化后崩溃产生大量自由基，有效提高水力空化降解有机污染物的能力，以达到提高和强化空化处理废水效果的目的，但采用文丘里管，空化喷嘴和孔板式的结构实现空化的目的，此结构均存在结构复杂、能耗大的问题。CN109824174A描述了一种水力空化式海水或苦咸水的淡化装置，通过空化时气泡溃灭瞬间释放出来的热量将水蒸发出来，实现水和杂质的分离来的热量将水蒸发出来，实现水和杂质的分离，但释放热量并不能够很好的利用空化的效能。