一种可批量操作光催化协同吸附处理制药废水的试验装置

技术领域

本发明涉及制药废水处理领域，尤其涉及一种可批量操作光催化协同吸附处理制药废水的试验装置。

背景技术

随着我国医药工业的不断发展，制药废水已逐渐成为水环境的重大污染源之一。制药废水主要包括抗生素生产废水、合成药物生产废水、中成药生产废水以及各类制剂生产过程中洗涤废水和冲洗废水，其中包含了大量的动植物提取残渣、废溶剂、以及各种医药中间体等有毒有害成分。在制药废水处理中，常遇到的问题是废水性质变化大，因此有机污染物随废水汇集至污水处理厂后难被生化处理过程完全降解去除，在污水处理厂出水、地表水及地下水中普遍检出，未经充分处理的制药废水会对水体造成严重污染，甚至可以通过食物链进危害人体生命健康。

目前对制药废水的处理方法多采用吸附法、膜分离技术、混凝沉淀法、高级氧化法、生物法等。吸附法中活性炭成本高不易回收利用和再生；膜分离技术存在的膜污染的问题；混凝沉淀法中混凝剂投加量大，且对污水中的溶解性物质消除效率不高；高级氧化法降解有机物不彻底、降解产物矿化率低；生物法则需要对污水进行预处理，去除对生物有害的成分。

光催化氧化技术作为一种新型的水处理技术，主要利用紫外灯源照射光催化剂产生的活性氧分解大部分有机物并去除部分无机物，该方法不产生二次污染，且分解彻底，是一种环保的处理技术。如何有效的利用光催化装置的空间结构、增强其处理效率，是制药废水光催化处理领域需要重点考虑的问题。目前单一工艺很难满足发酵制药废水深度处理工艺的要求，难以实现稳定的排放标准，为了使制药废水能够达标排放，大多数情况仍需要寻求多种处理工艺组合。

对于上述问题，现有专利与研究还存在一些不足，例如：

在申请公开号为CN115259274A发明专利中公开了一种水中污染物光催化连续降解装置，其包括废水处理装置、进水池、出水池和氙灯；废水处理装置中设置有回形渠道，回形渠道内填充CdS/g-C

在公开号为CN111875134B的发明专利中公开了一种深度处理发酵制药废水二级生化尾水的方法，该方法的步骤为首先将生化尾水经过铁碳微电解，然后在尾水中添加Fenton试剂并进行光催化反应处理，之后将尾水输入臭氧反应器进行降解，最后将尾水送入反渗透装置进行反渗透操作。将臭氧和反渗透高效组合，能有效处理成分复杂、难生物降解、高盐度、高色度的发酵制药废水二级生化尾水，明显提高了出水水质。但是该方法在处理过程较为复杂，并且会用到盐酸、双氧水和臭氧等腐蚀性物质，且处理运行费用较高。

在申请公开号为CN114772679A的发明专利中公开了了一种联合利用光催化和电催化处理有机废水的装置及方法。其处理有机废水方法为：将有机废水进行电催化氧化反应使得污水中氯离子生成次氯酸，再将含有次氯酸的有机废水经紫外线照射处理，获得含羟基自由基的有机废水，利用其强氧化性进一步去除有机废水COD。该方法利用电催化产生的羟基自由基与反渗透浓水中的污染物发生直接氧化作用，并利用在紫外光照射条件下生成的强氧化剂与污染物发生间接的催化氧化作用，使得污水中的有机污染物达到较高程度的去除率。但是该方法普适性较差，其所处理的有机废水需要有较高的氯离子含量，且该工艺处理对象是生活污水，并非制药废水。

在申请公开号为CN115057518A的发明专利中公开了一种水流驱动增强压电光催化降解有机染料的装置及方法。该装置装置包括上储水池、下储水池、连接水管、循环泵、连接储水池的连接板、设置在连接板上的光催化薄膜以及催化光源组成；其连接板具有一定的倾斜角度。该发明让污水从上储水池经过附着光催化薄膜的连接板到达下储水池，流动水体提高了溶氧度，进而提高了光生电子与溶解氧的结合，并抑制了光生空穴与电子的再复合率，将水体高度位置产生的势能差转变为水流的机械冲刷力，进而产生压电势来增强光催化活性。但是该装置所采用的g-C

在申请公开号为CN111252846B的发明专利中公开了一种光催化降解废水中有机污染物的装置及方法。该方法是使用氧化锌/二氧化钛复合薄膜催化剂与双氧水发生协同作用，从而对多种有机污染物进行高效催化；该装置通过螺旋盘绕的反应槽体以及竖直插入反应槽体中部的光催化光源，有效解决了光催化剂分离困难的问题，且能够延长催化剂膜层的使用寿命。该方法反应条件温和，降解效率高，反应2h，降解率即可达到95％以上。但是该专利以生活污水作为处理对象，并非制药废水；装置运行需要使用易制爆化学品双氧水与硝酸，具有一定危险性，且操作难度与使用成本也较高。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种可批量操作光催化协同吸附处理制药废水的试验装置，该装置针对制药废水处理，结合光催化法和吸附法，操作简便，效率高，且装置制作成本低，安全可靠。

本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。一种可批量操作光催化协同吸附处理制药废水的试验装置，包括支撑铁架和固定板；支撑铁架顶部安装固定板，固定板上设有至少一个孔洞，孔洞固定有光催化反应器；支撑铁架下方设置有平台，平台上放置有蠕动泵和吸附柱；光催化反应器顶部和底部均设有开口，顶部开口固定有紫外线灯管、曝气头管线和进水管，底部开口连接有输液管；输液管与蠕动泵硅胶软管连接；支撑铁架外设有出水收集桶，出水收集桶与吸附柱通过出水管连接。

在上述技术方案中，优选地，支撑铁架是材质为空心铁管的方形支架。

在上述技术方案中，优选地，固定板为长方形板状木材；固定板与支撑铁架通过螺钉连接。

在上述技术方案中，优选地，光催化反应器外部包裹有不透光材料。

在上述技术方案中，优选地，光催化反应器内放置有球形载体，球形载体上负载有二氧化钛催化剂。

在上述技术方案中，优选地，球形载体直径大于输液管的口径。

本发明的优点如下：

1、本发明设置有光催化反应器和吸附柱，结合了光催化法和吸附法处理制药废水，解决了单一处理方法处理不彻底的问题。

2、本发明可以一次安装多个光催化反应器，使得试验效率得以提升。

3、本发明紫外线灯管固定在光催化反应器的顶部开口处，方便更换光源。

4、本发明光催化反应器设置有进水口，可在必要时进样进行光催化动态试验，满足动态、静态试验两用的需求，避免了因不同试验要求更换试验装置的麻烦。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明光催化吸附处理北方某制药厂高浓度废水效果图。

附图标记说明：1-支撑铁架，2-固定板，3-光催化反应器，4-铁片，5-蠕动泵，6-铁架台，7-吸附柱，8-紫外线灯管，9-曝气头管线，10-进水口，11-输液管，12-蠕动泵硅胶软管，13-出水管，14-出水收集桶。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明公开了一种可批量操作光催化协同吸附处理制药废水的试验装置，包括支撑铁架1、固定板2、光催化反应器3、铁片4、蠕动泵5、铁架台6、吸附柱7、紫外线灯管8、曝气头管线9、进水口10、输液管11、蠕动泵硅胶软管12、出水管13和出水收集桶14。固定板2安装在支撑铁架1顶部，固定板2上开有四个孔洞，用于固定光催化反应器3，支撑铁架1底部放置铁片4，铁片4用于放置蠕动泵5和铁架台6，铁架台6上安装吸附柱7；光催化反应器3顶部设有开口，用于固定紫外线灯管8、曝气头管线9和进水口10，光催化反应器3底部开口用于连接输液管11，蠕动泵硅胶软管12套在输液管11上，可以输送废水进入吸附柱7，废水经吸附柱7吸附后从出水管13排入收集桶14内。

光催化反应器3内放置球形载体，二氧化钛催化剂负载在球形载体上，载体直径比输液管9口径略大，可防止在曝气的过程中催化剂进入输液管。二氧化钛催化剂及其载体不宜过重，否则曝气不能使其在光催化反应器内翻滚运动。光催化反应器3由4.5L塑料瓶制成，瓶身用黑色塑料袋包裹，再用防水胶带密封缠绕，防止紫外线对眼睛产生危害；紫外线灯管8沿塑料瓶底部的开口伸入卡在塑料瓶中，其中灯管头部没有橡胶圈，连接管线的尾部有橡胶圈，灯管可防水，功率4w，波长254nm；曝气管线9外接控制器，可控制曝气流量，曝气管线末端连接曝气头，曝气头留在在塑料瓶内，将塑料瓶倒置安装在固定板2的孔洞上；进水口10为做动态试验硅胶软管插入口；塑料瓶底部连接输液管11，蠕动泵硅胶软管12套在输液管11上，主要作用是通过蠕动泵5控制塑料瓶出水流速；蠕动泵5与铁架台6置于支撑铁架1的平台上；铁架台6上固定吸附柱7，吸附柱7尾端与出水管13相连，出水由收集桶14储存收集。吸附柱内径2.5cm填充高度为25cm。吸附柱7中填充在650℃下热解2小时，粒径介于20-60目的杨木生物炭。在650℃下烧制的杨木基生物炭BC650相较原料杨木片表面裂缝明显，孔洞更加密集，孔隙结构更为发达。BC650表面孔径主要分布在0~25nm处，0~25nm孔径数量约占总孔径95%，以介孔为主。表面积和孔体积分别为515.27m

制药废水首先经过光催化反应器3，在紫外线和二氧化钛催化剂的作用下中发生光催化反应，经过光催化反应后的废水再通过蠕动泵5进入吸附柱7进行吸附反应，最后出水收集在废水收集桶14中，完成光催化协同吸附反应，从而对废水中的有机物起到降解作用。做静态光催化试验时，进水口10的硅胶软管取下，将催化剂加入到光催化反应器3中，通过曝气装置扰动，使催化剂与废水混匀，打开光源开始试验，光催化反应结束后，打开蠕动泵5，废水从塑料瓶底部连接的输液管11流入蠕动泵硅胶软管12中，通过蠕动泵5进入吸附柱7，吸附柱7尾端的出水管13可拆卸，便于取样。若试验只研究光催化降解效果，不进行吸附反应，则只需将输液管11从蠕动泵硅胶软管12中拔出，输液管11可调流速，方便取样。做动态光催化试验时，进水口10连接蠕动泵硅胶软管12，只需第二台蠕动泵5提供稳定的进水流量，出水口处的蠕动泵5设置同样的流量，即可完成动态试验。取样方式与静态试验相同。

运用本发明进行催化降解北方某制药厂高浓度制药废水试验。经分光光度法检测，原废水COD含量为48185.26mg/L。光催化试验分别设置1小时光催化处理和24小时光催化处理两组，试验温度为25℃，催化剂用量以二氧化钛计为0.3g/L。试验批次设置5个批次，1、2、3批次为平行的光催化协同吸附处理批次，第4批次为对照批次，为没有经过光催化而将高浓度制药厂废水直接进行炭吸附的批次，第5批次为对照批次，为经过光催化但是没有经过炭吸附处理的批次。

1小时光催化协同吸附处理组的操作为：将废水加入光催化反应器之后，用紫外灯照射催化1小时，光催化期间进行曝气，曝气量为120mL/min，光催化结束之后，将处理好的废水以4mL/min的流速送入吸附柱进行动态吸附，然后用分光光度法检测处理好的废水的COD。

24小时光催化协同吸附处理组的操作为：将废水加入光催化反应器之后，用紫外灯照射催化24小时，光催化期间进行曝气，曝气量为120mL/min，光催化结束之后，将处理好的废水以4mL/min的流速送入吸附柱进行动态吸附，然后用分光光度法检测处理好的废水的COD。

对照批次4的试验操作为，将废水加入盛有生物炭的烧杯中，生物炭添加量与吸附柱内相同，分别在1小时和24小时取样检测其COD。

对照批次5的试验操作为，将废水加入光催化反应器内，进行紫外光照射光催化和曝气，曝气量为120mL/min，分别在1小时和24小时取样检测。

本次光催化吸附处理制药厂废水效果见表1与图2。

表1 本发明光催化吸附处理北方某制药厂高浓度废水效果

由上表中数据可知，1小时光催化吸附处理之后，COD去除率均在75%以上，最高为78.7%，24小时光催化吸附处理之后，COD去除率均在80%以上，最高为82.4%。由第4和第5批次的对比可知，单纯的炭吸附对废水COD的降解帮助很小，24小时吸附的去除率仅有4.3%，单纯的光催化降解制药厂废水COD效果也与光催化吸附组合工艺的处理效果有较大差距。

综上，本发明提供的试验装置通过光催化反应器与吸附柱进行光催化和吸附作用，可以很好得达到废水降解的效果。

以上所述仅是本发明的一个优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变化和替换，这些变化和替换也应视为本发明的保护范围。