一種去除水中羅硝唑的方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種去除水中羅硝唑的方法，包含以下步驟：對水樣進(jìn)行預(yù)處理以提高紫外對水樣的照射效果；對經(jīng)過預(yù)處理的水樣進(jìn)行光催化氧化，使得水中RNZ得到有效降解。該方法是一種光催化氧化技術(shù)，即紫外／氯組合工藝，向水體中投加一定量的氯，同時控制一定的紫外強(qiáng)度進(jìn)行紫外照射。實(shí)現(xiàn)所述方法的裝置，包括：反應(yīng)器、石英管、紫外燈、攪拌器、電源連接線、水泵及恒溫水浴箱，石英管設(shè)置于反應(yīng)器的中心，攪拌器設(shè)置于石英管中，紫外燈設(shè)置于反應(yīng)器中，紫外燈通過電源連接線與電源連接。反應(yīng)時間控制為15分鐘即可達(dá)到高效去除水中羅硝唑的目的，去除率可達(dá)95％以上，為改進(jìn)水廠凈水工藝提供了技術(shù)支持。本發(fā)明適用于抗生素廢水、水源水的處理。
【專利說明】一種去除水中羅硝唑的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)保、水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及水中有毒有害有機(jī)物的去除技術(shù)，尤其是抗生素廢水、水源水中羅硝唑(RNZ)的去除方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，細(xì)菌感染仍是危害人類健康的主要疾病，全身及局部應(yīng)用抗生素是殺滅體內(nèi)致病菌的主要方式。硝基咪唑類藥物因殺菌能力強(qiáng)，抗菌譜廣，不易產(chǎn)生耐藥性，價格低廉，療效好等優(yōu)點(diǎn)在臨床得到廣泛應(yīng)用。
[0003]硝基咪唑類藥物作為一種新興的污染物，具有致癌、致畸、致突變作用和遺傳毒性，因此正在成為飲用水安全領(lǐng)域關(guān)注的新問題。國外已經(jīng)開始關(guān)注硝基咪唑的殘留和去除問題，而且有些國家已經(jīng)制定了相關(guān)的條款。由于具有復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)，硝基咪唑類藥物是一類難降解的物質(zhì)，傳統(tǒng)的處理工藝不能有效去除和降解它們。由于硝基咪唑類物質(zhì)是近期在地表水和地下水中被發(fā)現(xiàn)檢出，關(guān)于它在其他水處理系統(tǒng)中的去除效果缺乏研究。根據(jù)一般抗生素的去除研究，常規(guī)工藝和先進(jìn)的氧化工藝、吸附、膜分離相結(jié)合方式中，人們發(fā)現(xiàn)臭氧和光催化是最為有效和持久的方法。國內(nèi)外學(xué)者也在此基礎(chǔ)上探索了幾種硝基咪唑去除方式，包括吸附法去除和紫外等去除方法，但效果不佳。
[0004]羅硝唑具有抗寄生蟲(火雞鞭毛蟲、滴蟲病)抗熏漿菌及抗細(xì)菌作用。特別對引起豬赤痢得密螺旋體非常有效。此外，也是一種較好的生長促進(jìn)劑，有增重和提高飼料轉(zhuǎn)化率的作用。其穩(wěn)定性及相容性好，應(yīng)用廣泛。羅硝唑作為一種代表性的硝基咪唑類物質(zhì)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)處理工藝不能有效去除和降解。
[0005]因而如何有效去除以羅硝唑?yàn)橹鞯南趸溥蝾愇镔|(zhì)成為水處理工藝中需要解決的重要問題。`

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種有效去除水中羅硝唑(RNZ)的新方法，為水處理提供應(yīng)用技術(shù)。本發(fā)明通過投加一定量的氯并結(jié)合紫外照射同時作用高效去除RNZ。該方法簡單實(shí)用，容易實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。
[0007]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是:
[0008]一種高效去除水中羅硝唑的方法，包括預(yù)處理和高級氧化過程。采用紫外/氯同時作用，產(chǎn)生羥基自由基，高效去除RNZ。
[0009]本發(fā)明包括以下具體步驟:
[0010]I)預(yù)處理:將水樣進(jìn)行過濾，以去除水體中懸浮物，提高紫外對水樣的照射效果。
[0011]2)光催化氧化:向反應(yīng)液中加入一定量的次氯酸鈉(NaClO)溶液，調(diào)節(jié)反應(yīng)液pH，同時控制紫外強(qiáng)度進(jìn)行紫外照射，控制一定反應(yīng)接觸時間，使得水中RNZ得到有效降解。
[0012]進(jìn)一步，一種有效去除水中羅硝唑的方法，包含以下步驟:
[0013]第一步:預(yù)處理:將水樣進(jìn)行過濾，以去除水體中懸浮物，提高紫外對水樣的照射效果;
[0014]第二步:光催化氧化:向反應(yīng)液中加入含有或者可以產(chǎn)生自由氯的溶液，如次氯酸鈉(NaClO)溶液，或者氯眩等；投加濃度為0-150 μ M(以Cl2計)，調(diào)節(jié)反應(yīng)液pH:5.0~9.0。同時進(jìn)行紫外照射，控制紫外強(qiáng)度為3.0-1OJyW / cm2，控制溫度為25 ± I °C，攪拌并反應(yīng)15分鐘以上，使得水中RNZ得到有效降解。
[0015]第一步所述的預(yù)處理，采用的0.45 μ m做濾膜，其材料為醋酸纖維膜，過濾方式為壓力過濾，載氣為99.99%的高純氮，壓力為0.1MPa，過濾過程中同時攪拌。
[0016]第二步中加入的次氯酸鈉為水處理用藥劑或分析純試劑，投加濃度為0-150 μ M(以 Cl2 計)。
[0017]第二步中通過H2SO4和NaOH調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值，控制在5.0到9.0之間。
[0018]紫外消毒燈是低壓汞蒸氣放電燈，燈管平行照射反應(yīng)液，紫外強(qiáng)度通過控制紫外燈的數(shù)量來調(diào)節(jié)。
[0019]第二步中利用攪拌器緩慢攪拌反應(yīng)液，例如采用20-30r / min的攪拌速度。
[0020]第二步中反應(yīng)接觸時間為15分鐘以上。
[0021]所述的方法在抗生素廢水、水源水處理過程中去除RNZ方面的應(yīng)用。
[0022]一種實(shí)現(xiàn)所述方法的裝置，包括:反應(yīng)器、石英管、紫外燈、攪拌器、電源連接線、水泵及恒溫水浴箱，石英管設(shè)置于反應(yīng)器的中心，攪拌器設(shè)置于石英管中，紫外燈設(shè)置于反應(yīng)器中，紫外燈通過電源連接線 與電源連接。
[0023]進(jìn)一步:采用四個紫外燈，設(shè)置于反應(yīng)器中且對稱或均勻分布于石英管周圍，恒溫水浴箱通過輸送管道、水泵與反應(yīng)器的下層水域相連，借助水泵的作用將恒溫水浴箱中的恒溫水輸送到反應(yīng)器的下層水域；恒溫水浴箱另外通過回流管道與反應(yīng)器的上層水域相連通，接納從反應(yīng)器的上層水域通過溢流回流來的水；
[0024]優(yōu)選的，輸送管道上設(shè)置有進(jìn)水閥門，回流管道上設(shè)置有出水閥門，可以更好地控制恒溫水浴箱與反應(yīng)器之間的水體流動；優(yōu)選的，反應(yīng)器的底部還設(shè)置有一管道與泄水閥門。
[0025]所述紫外燈的型號為TUVllW T54P-SE，直徑為1.6cm ;優(yōu)選的，套管外壁距反應(yīng)器壁的距離為2.5cm，套管管徑為3.5cm，長18cm ;優(yōu)選的，攪拌器的直徑為1cm，中間開孔直徑為6.5cm ;優(yōu)選的，中間石英管直徑為4.5cm,長29.5cm ;優(yōu)選的，整個裝置直徑為20.5cm,長 32.5cm。
[0026]由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點(diǎn):
[0027]I)本發(fā)明RNZ的去除效果可到95%以上，反應(yīng)產(chǎn)物一部分以CO2形式釋放，因此有效降低了水中有害物質(zhì)。
[0028]2)本發(fā)明操作簡單、反應(yīng)條件容易控制，所使用的化學(xué)試劑和材料均為水處理用常規(guī)產(chǎn)品，未引入其它有毒有害物質(zhì)，其安全性尤為突出。
[0029]3)本發(fā)明中反應(yīng)環(huán)境容易實(shí)現(xiàn)，室溫條件下便可處理，有效提高該發(fā)明的可行性和可操作性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明一種紫外實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。[0031 ]圖2為圖1所示實(shí)施例的俯視示意圖。
[0032]圖3為不同處理工藝對RNZ的去除效果對比圖。
[0033]圖4為不同次氯酸鈉投加量下組合工藝對RNZ去除效果對比圖。
[0034]圖5為不同紫外強(qiáng)度下組合工藝對NDMA去除效果對比圖。
[0035]圖6為不同pH條件下組合工藝對RNZ去除效果對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0037]如圖1、2所示，本發(fā)明紫外實(shí)驗(yàn)裝置包括反應(yīng)器1、石英管2、紫外燈3、攪拌器4、電源連接線5、水泵6及恒溫水浴箱7，石英管2設(shè)置于反應(yīng)器I的中心，攪拌器4設(shè)置于石英管2中，紫外燈3設(shè)置于反應(yīng)器I中且均勻分布于石英管2周圍，紫外燈3通過電源連接線5與電源連接。
[0038]優(yōu)選的，可以采用四個紫外燈，設(shè)置于反應(yīng)器I中且對稱或均勻分布于石英管2周圍，紫外燈的型號為TUVllW T54P-SE，直徑為1.6cm ;紫外燈分別置于紫外燈套管內(nèi)，套管外壁距反應(yīng)器壁的距離為2.5cm，套管管徑為3.5cm，長18cm。攪拌器的直徑為1cm，中間開孔直徑為6.5cm。中間石英管直徑為4.5cm,長29.5cm。整個裝置直徑為20.5cm,長32.5cm。
[0039]恒溫水浴箱7通過輸送管道8、水泵6與反應(yīng)器I的下層水域相連，借助水泵6的作用將恒溫水浴箱7中的恒溫水輸送到反應(yīng)器I的下層水域；恒溫水浴箱7另外通過回流管道9與反應(yīng)器I的上層水域相連通，接納從反應(yīng)器I的上層水域通過溢流回流來的水。
[0040]輸送管道8上設(shè)置有進(jìn)水閥門10，回流管道9上設(shè)置有出水閥門11，可以更好地控制恒溫水浴箱7與反應(yīng)器I之間的水體流動。
[0041]反應(yīng)器I的底部還設(shè)置有一管道與泄水閥門12。
[0042]實(shí)施例1
[0043]用超純水配置羅硝唑的起始濃度為5 μ M(lmg / L)，分別進(jìn)行三種工藝下羅硝唑的降解實(shí)驗(yàn)。單獨(dú)氯工藝下羅硝唑的降解實(shí)驗(yàn)操作為:利用酸堿液調(diào)節(jié)羅硝唑溶液初始ΡΗ7，向羅硝唑溶液中加氯，使氯的投加量為[ΗΟα?ρδΟμΜ(以(:12計)，控制反應(yīng)溫度為250C ;單獨(dú)紫外工藝下羅硝唑的降解實(shí)驗(yàn)操作為:利用酸堿液調(diào)節(jié)羅硝唑溶液初始ΡΗ7，對羅硝唑溶液進(jìn)行紫外照射，并控制紫外照射強(qiáng)度為10.6yW / cm2，控制反應(yīng)溫度為25°C ；UV /氯組合工藝下羅硝唑的降解實(shí)驗(yàn)操作為:利用酸堿液調(diào)節(jié)羅硝唑溶液初始pH7，向羅硝唑溶液中加氯，使氯的投加量為(60(:11=50 μ M(以Cl2計)，同時進(jìn)行紫外照射，控制紫外照射強(qiáng)度為10.6 μ W / cm2，控制反應(yīng)溫度為25°C。RNZ濃度隨時間變化的曲線如圖3所
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[0044]從圖3可以看出不同工藝下RNZ的去除效果不同。紫外、氯同時作用可大幅提高RNZ的去除率，15分鐘后去除率達(dá)95.8%，而單獨(dú)紫外工藝下去除率僅為37.7%，單獨(dú)氯化工藝在15分鐘內(nèi)對RNZ沒有明顯取出效果。由此可知，紫外/氯組合工藝可以有效提高RNZ的去除效果。
[0045]實(shí)施例2
[0046]用超純水配置羅硝唑的起始濃度為5 μ M(lmg/L)，利用酸堿液調(diào)節(jié)羅硝唑溶液初始PH7，向羅硝唑溶液中加入氯，分別控制加氯量為[HOClLmSdSdOUOOUSOyMC以Cl2計)，同時進(jìn)行紫外照射，控制紫外強(qiáng)度為5.4μ W / cm2，在反應(yīng)過程中控制反應(yīng)溫度為25V,反應(yīng)15min后羅硝唑去除率分別為37.7%,67.6%,95.8%,97.3%、98.6%，詳見圖4。
[0047]氯投加量的增加提高了基質(zhì)反應(yīng)物的濃度，增加了反應(yīng)的推動力，有效提高反應(yīng)的速率和RNZ的去除率。
[0048]實(shí)施例3 [0049]用超純水配置RNZ的起始濃度為5 μ Mdmg / L)，利用酸堿液調(diào)節(jié)羅硝唑溶液初始ΡΗ7，向羅硝唑溶液中加入氯，加氯量為[ΗΟα?ρδΟμΜ(以(:12計)，同時進(jìn)行紫外照射，控制紫外強(qiáng)度分別為0、3.0,5.4,8.3、10.6μ W / cm2，反應(yīng)溫度控制為25°C的試驗(yàn)條件下，羅硝唑去除率分別為 0% (15min) ,78.9% (15min) ,95.8% (15min) ,98.9% (15min) ,98.4%(8min)，詳見圖5。
[0050]紫外強(qiáng)度的增加提聞了羥基自由基的生成速率，增加了反應(yīng)的推動力，有效提聞反應(yīng)的速率和RNZ的去除率。
[0051]實(shí)施例4
[0052]用超純水配置RNZ的起始濃度為5 UMdmg / L)，利用酸堿液調(diào)節(jié)羅硝唑溶液初始PH分別為5、6、7、8、9的情況下，向羅硝唑溶液中加入氯，加氯量為[H0C1 ] 0=50 μ M (以Cl2計)，同時進(jìn)行紫外照射，控制紫外強(qiáng)度為5.4μ W / cm2，反應(yīng)溫度控制為25°C的試驗(yàn)條件下,羅硝唑去除率分別為 98.3% (3min) ,99.9% (7min) ,68.3% (15min) ,61.8% (15min)，詳見圖6。
[0053]從圖6可以發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)pH對提高RNZ的去除效率有著決定的影響，總體上是低pH下RNZ的去除率很好，而高pH下RNZ的去除率較低。當(dāng)pH被控制在3、4左右時，7min內(nèi)的RNZ去除率達(dá)到99%以上。
[0054]上述的對實(shí)施例的描述是為便于該【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改部應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種去除水中羅硝唑的方法，其特征在于:包含以下步驟: (1)對水樣進(jìn)行預(yù)處理以提高紫外對水樣的照射效果； (2)對經(jīng)過預(yù)處理的水樣進(jìn)行光催化氧化，使得水中RNZ得到有效降解。
2.如權(quán)利要求1所述的去除水中羅硝唑的方法，其特征在于:步驟(1)所述預(yù)處理是指將水樣進(jìn)行過濾，以去除水體中懸浮物；優(yōu)選的，步驟(1)中采用0.45 μ m做濾膜對水樣進(jìn)行過濾；優(yōu)選的，該做濾膜的材料為醋酸纖維膜。
3.如權(quán)利要求1所述的去除水中羅硝唑的方法，其特征在于:步驟(2)中向水樣中加入含有或者可以產(chǎn)生自由氯的溶液；優(yōu)選的，步驟(2)中采用紫外消毒燈對水樣進(jìn)行照射；優(yōu)選的，所述紫外消毒燈是低壓汞蒸氣放電燈；優(yōu)選的，燈管平行照射反應(yīng)液；優(yōu)選的，紫外強(qiáng)度通過控制紫外燈的數(shù)量來調(diào)節(jié)； 優(yōu)選的，步驟(2)中進(jìn)行紫外照射，控制紫外強(qiáng)度為3.0-10.6μ W / cm2;優(yōu)選的，控制溫度為25±1°C ;優(yōu)選的，攪拌并反應(yīng)15分鐘以上。
4.如權(quán)利要求2所述的去除水中羅硝唑的方法，其特征在于:過濾方式為壓力過濾；優(yōu)選的，載氣為99.99%的高純氮，壓力為0.1MPa ;優(yōu)選的，過濾過程中同時進(jìn)行攪拌。
5.如權(quán)利要求3所述的去除水中羅硝唑的方法，其特征在于:所述含有或者可以產(chǎn)生自由氯的溶液為次氯酸鈉溶液，為水處理用藥劑或分析純試劑，優(yōu)選的，投加濃度以Cl2計為0-150 μ M ;優(yōu)選的，調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH值在5.0到9.0之間。
6.如權(quán)利要求4所述的去除水中羅硝唑的方法，其特征在于:以20-30r/ min的速度攪拌反應(yīng)液。
7.權(quán)利要求1至6中任一所述的方法在抗生素廢水、水源水處理過程中去除RNZ方面的應(yīng)用。
8.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至6中任一所述方法的裝置，其特征在于:包括:反應(yīng)器、石英管、紫外燈、攪拌器、電源連接線、水泵及恒溫水浴箱，石英管設(shè)置于反應(yīng)器的中心，攪拌器設(shè)置于石英管中，紫外燈設(shè)置于反應(yīng)器中，紫外燈通過電源連接線與電源連接。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于:采用四個紫外燈，設(shè)置于反應(yīng)器中且對稱或均勻分布于石英管周圍，恒溫水浴箱通過輸送管道、水泵與反應(yīng)器的下層水域相連，借助水泵的作用將恒溫水浴箱中的恒溫水輸送到反應(yīng)器的下層水域；恒溫水浴箱另外通過回流管道與反應(yīng)器的上層水域相連通，接納從反應(yīng)器的上層水域通過溢流回流來的水； 優(yōu)選的，輸送管道上設(shè)置有進(jìn)水閥門，回流管道上設(shè)置有出水閥門，可以更好地控制恒溫水浴箱與反應(yīng)器之間的水體流動；優(yōu)選的，反應(yīng)器的底部還設(shè)置有一管道與泄水閥門。
10.如權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于:所述紫外燈的型號為TUVl1WT54P-SE，直徑為1.6cm ;優(yōu)選的，套管外壁距反應(yīng)器壁的距離為2.5cm,套管管徑為3.5cm,長18cm ；優(yōu)選的，攪拌器的直徑為1cm，中間開孔直徑為6.5cm ;優(yōu)選的，中間石英管直徑為4.5cm，長.29.5cm ;優(yōu)選的，整個裝置直徑為20.5cm,長32.5cm。
【文檔編號】C02F9/08GK103601325SQ201310554304
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】陳英英, 徐斌, 馬慧榮, 林琳, 朱賀振 申請人:同濟(jì)大學(xué)