一种自激振荡强化芬顿降解废水中抗生素的方法

本发明涉及废水中抗生素降解，尤其涉及一种自激振荡强化芬顿降解废水中抗生素的方法。

背景技术：

1、一些传统的废水处理方法被认为对大多数有机污染物具有成本效益，但可能不适合抗生素废水。例如，高浓度的抗生素废水会明显抑制活性污泥系统中的微生物活性。同时，微生物活性的下降影响了后续的氮磷去除。吸附去除抗生素也被认为是一种有效的处理方法，但不能改变抗生素的结构和成分，导致不完全去除。空化法是一种新型高级氧化技术，目前研究较多的是超声空化和水力空化。超声空化经过多年研究探索，其实验室技术已基本成熟，但由于能量利用率较低，空化作用区域小等问题，其规模化应用受到很大限制，难以实现工业化。相比之下，水力空化具有反应装置简单、运行成本低、能量利用效率高、无二次污染、易于规模化运行等优点，且水力空化易于与其它高级氧化技术(如h2o2氧化、光催化氧化、芬顿法等)结合，进一步提高水处理系统的有机物降解率和经济性。

2、但是目前常规的水力空化法使用的装置一般为孔板、文丘里管、涡旋二极管等结构。而这些常规的结构存在空化效应不高，产生的羟基自由基较少等问题，基于此，提出本申请。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种自激振荡强化芬顿降解废水中抗生素的方法，利用自激振荡腔来实现水力空化，解决现有空化结构存在空化效率不高，产生的羟基自由基少等问题，结合芬顿试剂提高了废水中抗生素的降解率。

2、本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供一种自激振荡水力空化系统，包括降解池和循环管道，循环管道的一端连接有自激振荡发生器，所述自激振荡发生器置于降解池内的液体中，循环管道的另一端连接至降解池的底部，循环管道上从降解池底部到自激振荡发生器依次设置有循环泵、节流阀ⅰ、流量计和压力表，所述循环管道还开设有连接至降解池的压力控制支管，所述压力控制支管上设有节流阀ⅱ，所述自激振荡发生器包括依次连接的前喷嘴、腔体和后喷嘴，所述前喷嘴与循环管道连通。

4、进一步地，后喷嘴直径大于前喷嘴直径，所述腔体靠近后喷嘴的一侧呈凹陷状，腔体和后喷嘴连接处的两侧设有碰撞壁，所述碰撞壁和后喷嘴的夹角为60°。

5、进一步地，前喷嘴直径为2mm，后喷嘴直径为3.6mm，腔体长度为15～23mm，腔体直径为25mm。

6、喷嘴是产生自激振荡射流的核心部件，后喷嘴的直径大于前喷嘴的直径增强了振荡脉冲效果，腔室的长度影响着形成射流的空化效果，通过本发明自激振荡发生器的结构设计，合理的内部各结构参数提升了空化效率，既有射流剪切层中形成的涡空化，也有脉冲压力振荡产生的振荡空化，显著增加了水力停留时间，提升空炮溃灭效果，羟基自由基产量提高约20％左右，为降解废水中的抗生素提供了有利条件。

7、本发明还提供一种自激振荡强化芬顿降解废水中抗生素的方法，利用上述自激振荡水力空化系统降解废水中的抗生素，所述方法包括：于降解池中加入含抗生素的废水，加入芬顿试剂，调节废水的ph，开启循环泵，使含抗生素的废水通过循环管道循环60min，通过节流阀i、节流阀ii控制压力表读数。

8、本发明首先利用自激振荡发生器单独降解废水中的抗生素，水力空化系统通过反应器可以产生如下的空化过程：从自激振荡室入口进入的高速射流束与腔室中原本静止的液体混合。这个过程产生了非常强烈的动量交换。在流体的流动方向上会形成湍流剪切层，剪切层的厚度会越来越大，高速射流在剪切层中放大并与碰撞壁相互作用形成大尺度涡结构，降低中心压力，形成负压，产生涡空化。同时，剪切层与出口壁之间的碰撞产生较大的压力脉动，更有利于空化物的产生。在壁的冲击下，部分流体通过出流流出，形成脉冲空化射流。因此，自激振荡腔由于上述的作用，既有射流剪切层中形成的涡空化，也有脉冲压力振荡产生的振荡空化，两者同时作用增强了自激振荡腔的空化效果，提高了空化效率，加速了废水中抗生素的降解。

9、芬顿法(fenton)是常见的高级氧化方法之一。芬顿法中，fe2+作为催化剂，可促进过氧化氢分解产生羟基自由基，其具体机理如下：

10、fe2++h2o2→fe3++·oh+oh-

11、fe2++·oh→fe3++oh-

12、fe3++h2o2→[feooh]2++h+

13、[feooh]2+→fe2++hoo

14、fe3++hoo→fe2++o2+h+

15、自激振荡射流与芬顿试剂相互作用，一方面水力空化可以使得过氧化氢更彻底的分解，促进羟基自由基生成。此外，射流撞击产生的碰撞、挤压和剪切应力，撞击区域强烈的湍流脉动作用，以及空化作用产生的强烈高频压力脉冲均可以促进溶液中的传热传质过程，提高溶液的化学反应速率。

16、进一步地，所述抗生素为四环素。

17、进一步地，抗生素浓度为5～20mg/l，调节ph为3～11。

18、进一步地，控制压力表读数为0.4～0.6bar。

19、进一步地，所述芬顿试剂为过氧化氢和亚铁盐。

20、进一步地，所述亚铁盐为feso4。

21、本发明具有以下有益效果：

22、1、本发明的自激振荡发生器制造简单，无运动部件，免维修维护，与传统的水力空化器相比，可以显著增加水力停留时间，提升空泡溃灭效果，提高羟基自由基产量，降解方法对污染物无选择性，且无二次污染；

23、2、本发明以自激振荡发生器作为空化器，利用水力空化效应产生的高温高压和羟基自由基，可使废水中的部分抗生素分子分解成co2、h2o和无机氧化物，进行水力空化降解反应；

24、3、本发明将自激振荡射流与芬顿试剂相结合，进一步促进了羟基自由基的生成，提高降解反应速率，提高了废水中抗生素的降解率；

25、4、本发明的装置造价低，水泵功率仅为2kwh，管路压力在1mpa左右，核心部件仅5cm左右，占地小，可大规模推广。

技术特征：

1.一种自激振荡水力空化系统，其特征在于，包括降解池和循环管道，循环管道的一端连接有自激振荡发生器，所述自激振荡发生器置于降解池内的液体中，循环管道的另一端连接至降解池的底部，循环管道上从降解池底部到自激振荡发生器依次设置有循环泵、节流阀ⅰ、流量计和压力表，所述循环管道还开设有连接至降解池的压力控制支管，所述压力控制支管上设有节流阀ⅱ，所述自激振荡发生器包括依次连接的前喷嘴、腔体和后喷嘴，所述前喷嘴与循环管道连通。

2.如权利要求1所述的自激振荡水力空化系统，其特征在于：后喷嘴直径大于前喷嘴直径，所述腔体靠近后喷嘴的一侧呈凹陷状，腔体和后喷嘴连接处的两侧设有碰撞壁，所述碰撞壁和后喷嘴的夹角为60°。

3.如权利要求1所述的自激振荡水力空化系统，其特征在于：前喷嘴直径为2mm，后喷嘴直径为3.6mm，腔体长度为15～23mm，腔体直径为25mm。

4.一种自激振荡强化芬顿降解废水中抗生素的方法，利用权利要求1～3任一所述的自激振荡水力空化系统降解废水中的抗生素，其特征在于，所述方法包括：于降解池中加入含抗生素的废水，调节废水的ph，加入芬顿试剂，开启循环泵，使含抗生素的废水通过循环管道循环60min，通过节流阀ⅰ、节流阀ⅱ控制压力表读数。

5.如权利要求4所述的自激振荡强化芬顿降解废水中抗生素的方法，其特征在于：所述抗生素为四环素。

6.如权利要求4所述的自激振荡强化芬顿降解废水中抗生素的方法，其特征在于：抗生素浓度为5～20mg/l，调节ph为3～11。

7.如权利要求4所述的自激振荡强化芬顿降解废水中抗生素的方法，其特征在于：控制压力表读数为0.4～0.6bar。

8.如权利要求4所述的自激振荡强化芬顿降解废水中抗生素的方法，其特征在于：所述芬顿试剂为过氧化氢和亚铁盐。

9.如权利要求8所述的自激振荡强化芬顿降解废水中抗生素的方法，其特征在于：所述亚铁盐为feso4。

技术总结
本发明提供了一种自激振荡强化芬顿降解废水中抗生素的方法，利用自激振荡水力空化系统降解废水中的抗生素，所述方法包括：于降解池中加入含抗生素的废水，调节废水的pH，加入芬顿试剂，开启循环泵，使含抗生素的废水通过循环管道循环60min，通过节流阀Ⅰ、节流阀Ⅱ控制压力表读数。本发明自激振荡发生器的结构设计，既有射流剪切层中形成的涡空化，也有脉冲压力振荡产生的振荡空化，显著增加了水力停留时间，提升空炮溃灭效果，提高羟基自由基产量，为降解废水中的抗生素提供了有利条件，和芬顿试剂结合进一步促进了羟基自由基的生成，提高了降解反应速率，强化了降解效果。

技术研发人员：王健,汪延清,李炳圣
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22