本發(fā)明涉及非甾體抗炎藥處理技術(shù)領(lǐng)域,具體是涉及一種紫外過(guò)氧化氫去除污水中非甾體抗炎藥的高級(jí)氧化方法。
背景技術(shù):
非甾體抗炎藥是一類臨床中廣泛應(yīng)用的消炎藥物,我國(guó)每年的用量?jī)H次于抗感染藥。按化學(xué)結(jié)構(gòu)非甾體抗炎藥可分為以下種類:甲酸類,如阿司匹林;乙酸類,如雙氯芬酸、吲哚美辛;丙酸類,如布洛芬、萘普生;昔康類,如吡羅昔康、美洛昔康;昔布類,如塞來(lái)昔布、羅非昔布;吡唑酮類,如保泰松、氨基比林;其他,如尼美舒利。這些藥物經(jīng)人服用后不能全部被人體吸收,剩余部分會(huì)隨尿液、糞便排出體外進(jìn)入環(huán)境。而污水處理廠是其主要集聚地。作為一類新型污染物,現(xiàn)有毒性研究表明非甾體抗炎藥會(huì)對(duì)青鳉魚、斑馬魚、大型蚤、浮萍等水生生物產(chǎn)生生態(tài)毒性。因此,如何在污水處理系統(tǒng)中有效去除非甾體抗炎藥日益受到人們的關(guān)注。
污水的深度處理工藝作為保障污水安全排放的重要環(huán)節(jié),研究不同的深度處理工藝對(duì)非甾體抗炎藥去除的效果具有重要意義。目前的一些深度處理工藝中,活性炭吸附、混凝沉淀、氯化消毒對(duì)非甾體抗炎藥去除效果不理想。過(guò)氧化氫對(duì)非甾體抗炎藥沒(méi)有去除效果,臭氧高級(jí)氧化工藝在實(shí)際污水處理廠的投加劑量和接觸時(shí)間下,也只能部分去除非甾體抗炎藥。使用UV高級(jí)氧化工藝去除實(shí)際污水中的非甾體抗炎藥尚無(wú)系統(tǒng)的研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種紫外過(guò)氧化氫去除污水中非甾體抗炎藥的高級(jí)氧化方法,該方法對(duì)于雙氯芬酸、布洛芬、萘普生均有更優(yōu)的去除效果,能有效去除污水中的非甾體抗炎藥。
本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種紫外過(guò)氧化氫去除污水中非甾體抗炎藥的高級(jí)氧化方法,包括以下步驟:
(1)隨機(jī)取污水上清液3-5次,對(duì)上清液中非甾體抗炎藥濃度檢測(cè),并記錄檢測(cè)數(shù)據(jù);
(2)將污水通入沉沙池,在沉沙池內(nèi)加入絮凝劑,與污水的質(zhì)容比為10-100g:1L,沉沙池有變速攪拌器,先以150-250r/min的轉(zhuǎn)速快速攪拌5-15min混凝,然后以60-80r/min的轉(zhuǎn)速慢速攪拌5-15min絮凝,隨后污水在重力左右下自流至二沉池,加入pH調(diào)節(jié)劑,使污水的pH值小于8.0,通過(guò)二沉池濾除2μm以上顆粒;
(3)二沉池分離后的上清液通過(guò)水泵排入光反應(yīng)器中,向上清液中加入質(zhì)量濃度為30%的H2O2溶液,使得H2O2與非甾體抗炎藥的摩爾濃度比為(1-100):1,隨后使用紫外燈進(jìn)行光照處理,光照時(shí)間為5-10min,通過(guò)電磁攪拌保持均勻;最后加入的摩爾濃度為0.1mM的Na2SO3;
(4)將步驟(3)所得污水排入消毒池,向消毒池中通入ClO2氣體,使污水中有效氯含量為5-20ppm;隨機(jī)取消毒池的水樣進(jìn)行非甾體抗炎藥的檢測(cè),將檢測(cè)結(jié)果記錄,與步驟一記錄的檢測(cè)結(jié)果相比較分析,最后將接觸消毒池的出水排放。
進(jìn)一步的,步驟(1)所述的絮凝劑是有機(jī)絮凝劑和無(wú)機(jī)絮凝劑以質(zhì)量比1:1-1.5的比例混合所得,所述有機(jī)絮凝劑為聚丙酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化銨、聚乙烯吡啶銨中的一種或兩種混合,所述的無(wú)機(jī)絮凝劑為聚合雙酸鋁鐵、聚氯化鋁、硫酸亞鐵中的一種或多種混合,能夠生成較大的絮凝體而沉淀,有效的去除污水多種的懸浮物和大分子物質(zhì)。
進(jìn)一步的,步驟(1)所述的pH調(diào)節(jié)劑為濃度0.05mol/L的H2SO4,通過(guò)調(diào)節(jié)使污水呈酸性或弱堿性,避免腐蝕光反應(yīng)器。
進(jìn)一步的,步驟(2)所述的光反應(yīng)器主要采用石英玻璃材料,中間豎直放置石英管套,石英管內(nèi)放置紫外燈,石英玻璃對(duì)紫外光的透射率高,促進(jìn)H2O2分解產(chǎn)生·OH。
進(jìn)一步的,所述的紫外燈為22W低壓汞燈,發(fā)光波長(zhǎng)為254nm,石英管壁外壁紫外光強(qiáng)度為1.35mW/cm2。
進(jìn)一步的,步驟(1)、步驟(4)所述的污水中非甾體抗炎藥的檢測(cè)方法為高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法,具體步驟如下:
(A)三種非甾體抗炎藥濃縮純化:
(a)用3mL甲醇平衡CNW HLB小柱;
(b)用3mL純水洗滌CNW HLB小柱;
(c)將50mL水樣以1mL/min的速度通過(guò)CNW HLB小柱;
(d)用3mL 5%甲醇再次洗滌CNW HLB小柱;
(e)用6mL甲醇溶液洗脫,洗脫液氮吹定容至1mL,存于4℃冰箱,以待后續(xù)的上機(jī)檢測(cè);
(B)液質(zhì)聯(lián)用檢測(cè)非甾體抗炎藥濃度。
進(jìn)一步的,非甾體抗炎藥的去除率=(1-Ct/C0)×100%,C0為初始濃度,Ct為反應(yīng)時(shí)間t時(shí)的非甾體抗炎藥濃度。動(dòng)力學(xué)模擬時(shí),縱坐標(biāo)為L(zhǎng)n(C0/Ct),其中C0為初始濃度,Ct為反應(yīng)時(shí)間t時(shí)的非甾體抗炎藥濃度,測(cè)定的非甾體抗炎藥包括雙氯芬酸、布洛芬、萘普生。
本發(fā)明的有益效果為:
1、本發(fā)明使用UV高級(jí)氧化工藝,通過(guò)催化分解一些氧化劑等,產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的羥基自由基(·OH)從而使水中多種污染物分解或礦化,可有效去除污水中的非甾體抗炎藥,使污水排放達(dá)到要求,避免了對(duì)環(huán)境的污染;
2、本發(fā)明的方法處理效果好,也更為經(jīng)濟(jì),具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、費(fèi)用便宜等優(yōu)點(diǎn),且無(wú)污染、穩(wěn)定性高;
3、本發(fā)明彌補(bǔ)了目前污凈化工藝的不足,改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)非甾體抗炎藥效果差、運(yùn)行不穩(wěn)定的缺點(diǎn),填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外有關(guān)水源中非甾體抗炎藥去除技術(shù)的空白。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明的操作流程圖;
圖2是光照時(shí)間對(duì)非甾體抗炎藥降解的影響關(guān)系圖;
圖3是氧化劑濃度對(duì)非甾體抗炎藥去除效果的影響關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步具體說(shuō)明。
該實(shí)施例是以南京某市政污水處理廠的二級(jí)生物出水為對(duì)象進(jìn)行的。
實(shí)施例1:一種紫外過(guò)氧化氫去除污水中非甾體抗炎藥的高級(jí)氧化方法,包括以下步驟:
(1)隨機(jī)取污水上清液3次,對(duì)上清液中非甾體抗炎藥濃度檢測(cè),并記錄檢測(cè)數(shù)據(jù),并取平均值;
(2)將污水通入沉沙池,在沉沙池內(nèi)加入絮凝劑,與污水的質(zhì)容比為20g:1L,沉沙池有變速攪拌器,先以150r/min的轉(zhuǎn)速快速攪拌5min混凝,然后以60r/min的轉(zhuǎn)速慢速攪拌5min絮凝,隨后污水在重力左右下自流至二沉池,加入pH調(diào)節(jié)劑,使污水的pH值為5.0,通過(guò)二沉池濾除2μm以上顆粒;絮凝劑是有機(jī)絮凝劑和無(wú)機(jī)絮凝劑以質(zhì)量比1:1的比例混合所得,有機(jī)絮凝劑為聚丙酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化銨、聚乙烯吡啶銨兩種混合,無(wú)機(jī)絮凝劑為雙酸聚合鋁鐵、聚氯化鋁、硫酸亞鐵中的混合;pH調(diào)節(jié)劑為濃度0.05mol/L的H2SO4;
(3)二沉池分離后的上清液通過(guò)水泵排入光反應(yīng)器中,向上清液中加入質(zhì)量濃度為30%的H2O2溶液,使得H2O2與非甾體抗炎藥的摩爾濃度比為30:1,隨后使用紫外燈進(jìn)行光照處理,光照時(shí)間為5min,通過(guò)電磁攪拌保持均勻;最后加入的摩爾濃度為0.1mM的Na2SO3;光反應(yīng)器主要采用石英玻璃材料,中間豎直放置石英管套,石英管內(nèi)放置紫外燈,通過(guò)紫外燈發(fā)出紫外光;紫外燈為22W低壓汞燈,發(fā)光波長(zhǎng)為254nm,石英管壁外壁紫外光強(qiáng)度為1.35mW/cm2;
(4)將步驟(3)所得污水排入消毒池,向消毒池中通入ClO2氣體,使污水中有效氯含量為5ppm;隨機(jī)取消毒池的水樣進(jìn)行非甾體抗炎藥的檢測(cè),將檢測(cè)結(jié)果記錄,與步驟一記錄的檢測(cè)結(jié)果相比較分析,最后將接觸消毒池的出水排至城市污水管網(wǎng);
步驟(1)、步驟(4)所述的一種污水中非甾體抗炎藥的檢測(cè)方法為高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法,具體步驟如下:
(A)三種非甾體抗炎藥濃縮純化:
(a)用3mL甲醇平衡CNW HLB小柱;
(b)用3mL純水洗滌CNW HLB小柱;
(c)將50mL水樣以1mL/min的速度通過(guò)CNW HLB小柱;
(d)用3mL 5%甲醇再次洗滌CNW HLB小柱;
(e)用6mL甲醇溶液洗脫,洗脫液氮吹定容至1mL,存于4℃冰箱,以待后續(xù)的上機(jī)檢測(cè);
(B)液質(zhì)聯(lián)用檢測(cè)非甾體抗炎藥濃度。
實(shí)施例2:一種紫外過(guò)氧化氫去除污水中非甾體抗炎藥的高級(jí)氧化方法,包括以下步驟:
(1)隨機(jī)取污水上清液4次,對(duì)上清液中非甾體抗炎藥濃度檢測(cè),并記錄檢測(cè)數(shù)據(jù);
(2)將污水通入沉沙池,在沉沙池內(nèi)加入絮凝劑,與污水的質(zhì)容比為50g:1L,沉沙池有變速攪拌器,先以200r/min的轉(zhuǎn)速快速攪拌10min混凝,然后以70r/min的轉(zhuǎn)速慢速攪拌10min絮凝,隨后污水在重力左右下自流至二沉池,加入pH調(diào)節(jié)劑,使污水的pH值為7.0,通過(guò)二沉池濾除2μm以上顆粒;絮凝劑是有機(jī)絮凝劑和無(wú)機(jī)絮凝劑以質(zhì)量比1:1.2的比例混合所得,所述有機(jī)絮凝劑為聚丙酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化銨、聚乙烯吡啶銨中的兩種混合,所述的無(wú)機(jī)絮凝劑為雙酸聚合鋁鐵、聚氯化鋁、硫酸亞鐵中的多種混合;pH調(diào)節(jié)劑為濃度0.05mol/L的H2SO4;
(3)二沉池分離后的上清液通過(guò)水泵排入光反應(yīng)器中,向上清液中加入質(zhì)量濃度為30%的H2O2溶液,使得H2O2與非甾體抗炎藥的摩爾濃度比為50:1,隨后使用紫外燈進(jìn)行光照處理,光照時(shí)間為5-10min,通過(guò)電磁攪拌保持均勻;最后加入的摩爾濃度為0.1mM的Na2SO3;光反應(yīng)器主要采用石英玻璃材料,中間豎直放置石英管套,石英管內(nèi)放置紫外燈,通過(guò)紫外燈發(fā)出紫外光;紫外燈為22W低壓汞燈,發(fā)光波長(zhǎng)為254nm,石英管壁外壁紫外光強(qiáng)度為1.35mW/cm2;
(4)將步驟(3)所得污水排入消毒池,向消毒池中通入ClO2氣體,使污水中有效氯含量為10ppm;隨機(jī)取消毒池的水樣進(jìn)行非甾體抗炎藥的檢測(cè),將檢測(cè)結(jié)果記錄,與步驟一記錄的檢測(cè)結(jié)果相比較分析,最后將接觸消毒池的出水排至城市污水管網(wǎng)。
步驟(1)、步驟(4)所述的污水中非甾體抗炎藥的檢測(cè)方法為高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法,具體步驟如下:
(A)三種非甾體抗炎藥濃縮純化:
(a)用3mL甲醇平衡CNW HLB小柱;
(b)用3mL純水洗滌CNW HLB小柱;
(c)將50mL水樣以1mL/min的速度通過(guò)CNW HLB小柱;
(d)用3mL 5%甲醇再次洗滌CNW HLB小柱;
(e)用6mL甲醇溶液洗脫,洗脫液氮吹定容至1mL,存于4℃冰箱,以待后續(xù)的上機(jī)檢測(cè);
(B)液質(zhì)聯(lián)用檢測(cè)非甾體抗炎藥濃度。
實(shí)施例3:一種紫外過(guò)氧化氫去除污水中非甾體抗炎藥的高級(jí)氧化方法,包括以下步驟:
(1)隨機(jī)取污水上清液5次,對(duì)上清液中非甾體抗炎藥濃度檢測(cè),并記錄檢測(cè)數(shù)據(jù);
(2)將污水通入沉沙池,在沉沙池內(nèi)加入絮凝劑,與污水的質(zhì)容比為100g:1L,沉沙池有變速攪拌器,先以250r/min的轉(zhuǎn)速快速攪拌10min混凝,然后以80r/min的轉(zhuǎn)速慢速攪拌5-15min絮凝,隨后污水在重力左右下自流至二沉池,加入pH調(diào)節(jié)劑,使污水的pH值為8.0,通過(guò)二沉池濾除2μm以上顆粒;絮凝劑是有機(jī)絮凝劑和無(wú)機(jī)絮凝劑以質(zhì)量比1:1.5的比例混合所得,所述有機(jī)絮凝劑為聚丙酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化銨、聚乙烯吡啶銨中的兩種混合,所述的無(wú)機(jī)絮凝劑為雙酸聚合鋁鐵、聚氯化鋁、硫酸亞鐵中的多種混合;pH調(diào)節(jié)劑為濃度0.05mol/L的H2SO4;
(4)二沉池分離后的上清液通過(guò)水泵排入光反應(yīng)器中,向上清液中加入質(zhì)量濃度為30%的H2O2溶液,使得H2O2與非甾體抗炎藥的摩爾濃度比為100:1,隨后使用紫外燈進(jìn)行光照處理,光照時(shí)間為10min,通過(guò)電磁攪拌保持均勻;最后加入的摩爾濃度為0.1mM的Na2SO3;光反應(yīng)器主要采用石英玻璃材料,中間豎直放置石英管套,石英管內(nèi)放置紫外燈,通過(guò)紫外燈發(fā)出紫外光;紫外燈為22W低壓汞燈,發(fā)光波長(zhǎng)為254nm,石英管壁外壁紫外光強(qiáng)度為1.35mW/cm2;
(4)將步驟(3)所得污水排入消毒池,向消毒池中通入ClO2氣體,使污水中有效氯含量為20ppm;隨機(jī)取消毒池的水樣進(jìn)行非甾體抗炎藥的檢測(cè),將檢測(cè)結(jié)果記錄,與步驟一記錄的檢測(cè)結(jié)果相比較分析,最后將接觸消毒池的出水排至城市污水管網(wǎng)。
步驟(1)、步驟(4)所述的污水中非甾體抗炎藥的檢測(cè)方法為高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法,具體步驟如下:
(A)三種非甾體抗炎藥濃縮純化:
(a)用3mL甲醇平衡CNW HLB小柱;
(b)用3mL純水洗滌CNW HLB小柱;
(c)將50mL水樣以1mL/min的速度通過(guò)CNW HLB小柱;
(d)用3mL 5%甲醇再次洗滌CNW HLB小柱;
(e)用6mL甲醇溶液洗脫,洗脫液氮吹定容至1mL,存于4℃冰箱,以待后續(xù)的上機(jī)檢測(cè);
(B)液質(zhì)聯(lián)用檢測(cè)非甾體抗炎藥濃度。
一、實(shí)施例結(jié)果分析:
(1)取500mL水樣用0.22μm混合纖維膜過(guò)濾,過(guò)濾后存于4℃冰箱中以待后續(xù)的固相萃取操作以及隨之的非甾體抗炎藥濃度測(cè)定。取平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行分析。簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。
(A)三種非甾體抗炎藥濃縮純化
選用的固相萃取柱為上海安譜提供的CNW HLB(60mg,3mL)水相——有機(jī)平衡小柱。具體步驟如下:
(a)用3mL甲醇平衡CNW HLB小柱;
(b)用3mL純水洗滌CNW HLB小柱;
(c)將50mL水樣以1mL/min的速度通過(guò)CNW HLB小柱;
(d)用3mL 5%甲醇再次洗滌CNW HLB小柱;
(e)用6mL甲醇溶液洗脫,洗脫液氮吹定容至1mL,存于4℃冰箱,以待后續(xù)的上機(jī)檢測(cè);
(B)液質(zhì)聯(lián)用檢測(cè)非甾體抗炎藥濃度:
所選用的液質(zhì)聯(lián)用儀器為美國(guó)Waters公司的Xevo TQ-S UPLC-MS液質(zhì)聯(lián)用儀,采用電噴霧離子源(ESI),負(fù)電離多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式(MRM)。多反應(yīng)監(jiān)測(cè)的參數(shù)見(jiàn)表1。
表1.非甾體抗炎藥的多反應(yīng)監(jiān)測(cè)參數(shù)
液相分離選用的色譜柱為Acquity UPLC BEH C18色譜柱(2.1×50mm,1.7um),柱溫保持在30℃。所選用的流動(dòng)相為水(A)和甲醇(B)。流動(dòng)相使用前超聲脫氣。液相流速為0.1mL/min,A相比例20%,B相比例80%,等度洗脫5min。進(jìn)樣量為10μL,采用自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)樣。
二、非甾體抗炎藥去除率分析
本文中非甾體抗炎藥的濃度單位為μg/L
非甾體抗炎藥的去除率=(1-Ct/C0)×100%,C0為初始濃度,Ct為反應(yīng)時(shí)間t時(shí)的非甾體抗炎藥濃度。動(dòng)力學(xué)模擬時(shí),縱坐標(biāo)為L(zhǎng)n(C0/Ct),其中C0為初始濃度,Ct為反應(yīng)時(shí)間t時(shí)的非甾體抗炎藥濃度,測(cè)定的非甾體抗炎藥包括雙氯芬酸、布洛芬、萘普生。
經(jīng)分析可知:
1、UV光照時(shí)間對(duì)目標(biāo)污染物去除的影響
光照時(shí)間對(duì)三種非甾體抗炎藥降解的影響如圖2所示。雙氯芬酸、布洛芬、萘普生三種非甾體抗炎藥都可以在紫外光的照射下直接光解,三種非甾體抗炎藥的降解反應(yīng)均為一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué),反應(yīng)速率常數(shù)分別為5.04×10-3s-1、0.291×10-3s-1、0.208×10-3s-1。
2、H2O2與非甾體抗炎藥的摩爾濃度比對(duì)目標(biāo)污染物去除的影響
如圖3所示,使用22W低壓汞燈照射5min時(shí),H2O2與非甾體抗炎藥的摩爾濃度在1:1~100:1時(shí),隨著氧化劑濃度的增加,所有目標(biāo)污染物的去除率均增加。一般而言,當(dāng)H2O2濃度過(guò)大時(shí),會(huì)與產(chǎn)生的·OH反應(yīng)從而消耗·OH,所以氧化劑投加量存在最優(yōu)值。但本案例中三種非甾體抗炎藥均為難降解物質(zhì),隨著氧化劑投加量的增加,去除率也逐步增加??紤]到實(shí)際工藝運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,選擇100:1的氧化劑投加量為最優(yōu)投加量。使用UV/H2O2工藝降解非甾體抗炎藥時(shí),三種物質(zhì)的降解速率都有很大提高,5min去除率可以達(dá)到90%。
3、光源強(qiáng)度對(duì)目標(biāo)污染物去除的影響
本實(shí)驗(yàn)選擇了兩種UV/AOP工藝中常見(jiàn)的紫外燈光源,分別為22W低壓汞燈和300W的中壓汞燈,100:1氧化劑投加量,5分鐘反應(yīng)條件下,對(duì)目標(biāo)污染物的去除效果如表2所示。當(dāng)使用22W低壓汞燈時(shí),對(duì)三種非甾體抗炎藥已經(jīng)有很好的去除效果,從能耗角度考慮,選擇22W低壓汞燈作為光源。
表2.兩種光源對(duì)非甾體抗炎藥的去除效果對(duì)比
綜上所述,本發(fā)明的方法可有效去除污水中的非甾體抗炎藥。由此表明,本發(fā)明方法中的各種組分和參數(shù)均是最佳選擇,可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的最佳效果。
以上所述,僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,并非是對(duì)本發(fā)明作其它形式的限制,任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容,依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與改型,仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。