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国内外含环丙沙星废水处理现状

2020/02/07 阅读:

摘要:环丙沙星(CIP)具有优秀的杀菌能力并且毒副作用小,被广泛应用于人类和兽医学上,然而大量的使用CIP类抗生素会导致水体、土壤以及地下水等环境污染,严重的还会危害到人类的健康。因此,需要寻找一种既能高效降解CIP的同时还不产生其他生态毒性的降解材料。文章主要对国内外含环丙沙星的废水的处理现状进行介绍。

关键词:环丙沙星(CIP);降解;废水

1我国含环丙沙星的废水的处理现状

基于医疗水平的高速发展,CIP的广泛应用,使得CIP成了环境污染物之一。早在2005年华南农业大学的吴银宝等[1],通过对粤黄鸡注射恩诺沙星并在鸡的体内经过一系列生理活动缓慢消除、代谢形成含CIP的鸡粪排出体内,经过降解实验发现,CIP在粤黄鸡体内要经过10d的时间才能够完全降解,在环境水体中自然降解较快于禽畜体内,但若CIP的含量过多其自然降解也会变得非常缓慢。在2010年以前针对水体中的CIP的降解,主要通过一些简单的污水处理技术进行处理,但效果不是很好,自2011年起河南师范大学何占伟[2]针对水体中的CIP采用光化学降解法进行降解,通过改变降解环境的酸碱度或向其中加入金属阳离子、表面活性剂和腐殖酸来探究水体中CIP的光化学降解条件,同时还研究了水体中的无机氮随着环境pE值的变化对CIP光降解的影响,结果发现,在光照的条件下无机氮中的NO3-在光照下产生活性基团以及NO2-产生猝灭CIP自敏化反应的活性基团,对于pH以及金属离子对CIP降解的促进率均是随着pH越大、金属离子浓度越高越能促进水体中CIP的降解。李通[3]于2014发表一篇文章《高铁酸盐氧化降解环丙沙星的实验研究》,在该文中选择用高铁酸盐为原料降解水体中的CIP,打破了传统的降解CIP废水工艺方法,通过改变水体的pH值、投入量、温度、含氧量等因素找到了最适合用高铁酸盐降解含CIP废水的最佳条件,在该条件下CIP的去除率在70%左右,是传统降解工艺的2倍,并且降解周期短,条件低。近年来,随着纳米科技的发展,许多研究人员也开始将纳米材料应用在水体CIP的降解中,在2016年北京工商大学环工系的张芸[4]通过水热合成法合成了ZnO纳米花,以ZnO纳米花为光催化材料进行在紫外光照射下对废水水体中CIP的降解。采用光催化降解CIP的去除率在90.2%,比用高铁酸盐为原料降解CIP的去除率要高出许多,证明采用纳米材料进行光催化降解废水种CIP不仅是可行的,还胜过传统的降解工艺和光化学降解法。同年中科院的张宪[5]也用ZnO为光催化材料对废水中的CIP进行降解,张宪通过以硝酸锌、水合肼、氢氧化钠等为原料,采用简单的水热合成法合成了不同结构形态的ZnO,包括有纳米棒状、纳米花束状、纳米花状等形态的纳米ZnO,并用这些纳米形状的ZnO进行对废水中CIP的降解,结果发现在这些结构形态中纳米花状的ZnO的去除率最高。川大建筑与环境学院的郭洪光[6]在2017年用UV/PS(紫外/工艺去降解废水中的CIP,在pH=9的条件下对CIP的降解其降解速率最高,降解效果最好为85.65%。不仅如此,郭宏光还对CIP的降解途径进行了分析,分析结果是通过紫外光对氟喹诺酮上的C-F键以及-COOH进行攻击,进而发生脱羧基和羟基反应,来取代后续的氧化反应,以此来达到降解的目的。在2018年葛珉[7]运用纳米Fe3O4-PS体系、Fe@Fe2O3核壳催化剂、Ce-Fe3O4复合催化剂以及磁性硅藻土对废水中的CIP进行降解,通过改变催化剂用量、pH值以及氧化剂浓度等条件找到这几种催化剂降解CIP的最佳条件。试验结果发现,在催化剂投入量为2.0g/L、氧化剂浓度为1.0g/L、pH为7以及室温为25℃时,这四种催化剂对CIP的去除率在50%~75%之间。同年吉林化工学院的罗丽莎[8]运用光催化加上生物法直接耦合技术来处理CIP,这一技术体系成功地提高了光催化在对废水中CIP降解的降解速率,不仅如此在提高降解速率同时还大幅度保留的微生物的活性,使得光催化与微生物具备协同效应,共同处理废水中的CIP。在光催化剂的领域上,杜晓晴[9]运用改性的Ge-TiO2催化剂进行降解废水中的CIP,在pH=7.5的中性水体中,催化剂的投加量为1.5g/L,于150min的紫外光照射下,CIP的去除率高达97.99%。以此推测出了对于改性的Ge-TiO2催化剂,其催化反应基本上是发生在催化剂的表面,降解因催化剂自由基的反应而达到目的。目前,我国已经有大量的研究工作者在从事这方面的研究。从2005年至今已经发表了大量的关于这方面的研究论文,CIP的去除率在不断尝试的新方法中得到提高,这方面的工作为水体中CIP的去除提供了大量的方法。CIP污染不仅在我国很严重,在国际上这类废水的处理也是一大难题,需要不断寻找更为有效、环保、节能、便捷的处理方法。为了不断地提高我国科研工作者在CIP废水处理方面的水平,我们要多查阅文献,学习国外研究者的先进经验。

2国外含环丙沙星的废水的处理现状

CIP污染不仅仅只在我国出现,在国际上CIP废水的处理也是大问题,Babić[10]曾对环丙沙星、诺氟沙星、恩诺沙星等广泛应用在人类和兽医学领域上的氟喹诺酮类抗生素进行了光降解,通过模拟太阳光改变降解时pH值,结果发现当环境pH为4时CIP中的环丙烷环裂解,当pH为8时发生侧链反应,并且得到了光降解符合一级动力学的结论,还发现水质也能间接的影响光降解。国外的很多科学家针对光降解含CIP废水发现,pH是影响CIP在光降解下的速率和去除率。TibiriáG.Vasconcelos通过在150W中压汞灯的间歇式反应器,反应环境pH为9(通常医疗废水的pH为9)的反应条件,对废水中的CIP的进行降解。事实证明,CIP的初级光降解非常快且降解动力取决于pH。而EvelienDeBel则用520kHz和92WL1的声解加上光解对水体中的CIP进行降解,同时还讨论了高、中、低三类环境pH对CIP的去除率的影响,结果发现在pH=7时去除率为57%,在pH=3时易生物降解,在pH=10时BOD/COD的比率由0.06增加至0.18。经研究发现在进行光降解时投加的反应物虽难能降解CIP带存在生态毒性,存在很大的环境风险。所以采用光催化降解是当下研究的热点,无论国内还是国外。在使用光催化降解这一方法时,MohammadMalakootian[11]采用石墨烯表面固定ZnO纳米粒子为催化剂,在光照条件下降解废水中的CIP,在pH为7,反应时间为30min,浓度为3g/L的光催化剂,初始CIP浓度为10mg/L的条件下在连续注入臭氧的树脂玻璃反应器中进行降解,最后经将测发现运用该种光催化剂进行降解CIP,CIP的去除率高达96%,并且该光催化臭氧化反应符合一级反应及L-H动力学,不仅如此光催化臭氧化还是一种环保工艺,可以被用于各种行业和活动的废水处理中。在光催化降解CIP这一领域里,A.Raja[12]运用还原氧化石墨烯(rGO)为光催化材料,配合循环伏安法对废水中CIP进行降解。经试验发现,rGO光催化剂在90min的紫外光照射加上比电容230.4/Fg的循环伏安法下能够降解70.8%的CIP。在生活污水去除CIP的处理过程中,García-SánchezLiliana[13]运用榕树木片基充气生物滤池进行降解。传统的生物滤池的填料为碎石或塑料制品形成的生物膜,而此人通过改进生物滤池的填料来达到降解CIP的目的,GL采用垂叶榕木片为填料,通过向其充气来吸收污水中的CIP,这种生物滤池的填料不仅能吸收水中的CIP还能去除水中的COD和NH3-N,不仅如此这种填料维持时间也优于传统的填料。从上文的几位研究者的工作,我们发现国外有很多研究者都做了很出色的工作,其中MohammadMalakootian[11]采用石墨烯表面固定ZnO纳米粒子为催化剂,在光照条件下降解废水中的CIP,在pH为7,反应时间为30min,浓度为3g/L的光催化剂,初始CIP浓度为10mg/L的条件下在连续注入臭氧的树脂玻璃反应器中进行降解,最后经将测发现运用该种光催化剂进行降解CIP,CIP的去除率高达96%。这一工作非常有效地处理了这类废水,也给我们的研究提供了很好的参考。

3结语

本文主要对国内外含环丙沙星的废水的处理现状进行介绍。通过对国内外这方面研究论文的总结,可以看出,这类研究受到了广泛的重视,也是目前水处理方面研究的重点内容之一。为了更加完善我们这方面的研究,我们需要不断地更新最新的研究成果,并且从中吸取对自己研究有益的经验和方法。进一步促进我们的研究工作。

作者:辛丙靖 李鹏 王润霖 单位:吉林化工学院资源与环境工程学院 北华大学理学院

国内外含环丙沙星废水处理现状

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