废水中抗生素去除方法的研究范文

摘要：对废水中抗生素的处理现状以及新型去除方法进行研究，重点讨论了人工湿地法、超声波-电氧化混合工艺和高吸水树脂法去除废水中抗生素的特点，并指出了人工湿地法高效低耗、易操作，但存在湿地堵塞等问题；超声波-电氧化混合工艺去除效率高，但处于研究阶段，实际应用不足；高吸水树脂法清洁环保，但易泄漏且流动性差。因此，去除废水中抗生素需要深入研究新型处理方法的降解机理和去除效果，并联合使用多种方法。

关键词：抗生素；人工湿地法；超声波-电氧化混合工艺；高吸水树脂法

抗生素一经发现，便被广泛应用于各类疾病的预防和治疗，为促进人类社会的发展作出了极大贡献。目前，有多种合成和半合成抗生素，例如磺胺类、四环素类、氨基糖苷类和大环内酯类等。经调查显示，我国医疗患者抗生素使用率高达70%以上，而世界卫生组织建议，医院的抗生素使用率不能高于30%[1]，这表明我国抗生素的使用量远超其他国家。含抗生素的废水具有排放量大、成分复杂、处理难度大等特点[2]。针对日益严重的抗生素污染问题，本研究对常规去除方法进行了总结，重点研究新型处理技术对抗生素的去除效果。

1废水中抗生素的常规去除方法

抗生素的常规去除方法有活性污泥法、吸附法和膜分离技术等，这些方法的特点如表1所示。对比发现，这几种方法的运行成本较高，吸附法对抗生素的去除率可达到80%左右，其余对抗生素的去除率都相对较低。研究高效去除废水中抗生素的方法，是目前国际废水处理领域的热点。 

2抗生素废水的新型处理方法

抗生素能够长久残留在环境中，且不易降解，造成毒害物质在生物体内不断积累，对于生态环境和人类健康都存在隐患。随着人类环保意识的提高，研究去除抗生素的新型处理方法尤为重要。目前，研究的新型处理方法有人工湿地法、超声波-电氧化混合工艺和高吸水树脂法。

2.1人工湿地法

人工湿地是由人工构建的、模拟天然湿地的复合生态系统，由土壤-植物-微生物共同构成，具有生态系统物质循环再生作用。其优点主要体现在清洁安全、高效低耗、易操作等方面。研究证明，人工湿地对污水中的恩诺沙星、磺胺甲恶唑等抗生素具有明显的去除效果[7]。人工湿地一般是由基质、水生植物（如芦苇、蒲草等）、好氧或厌氧微生物等组成[8]。根据污废水在人工湿地中水流方向的变化，可将人工湿地分为三种类型，即表面流湿地、潜流湿地和垂直流湿地，其各自类型特征、优缺点及去除率如表2所示。人工湿地法可以高效去除废水中抗生素等污染物质，且经济成本较低，是目前应用较广的废水处理方法。但存在设计规范欠缺、湿地堵塞等问题[12]，仍需对污水的特性、进水方式、基质选择等方面进行深入的研究。

2.2超声波-电氧化混合工艺

电氧化技术对废水中的抗生素去除效果较好，但由于其反应器复杂，易产生副产物，造成二次污染，仍需进一步优化。而超声波技术具有环保清洁，且能够和其他处理技术联用的特点。研究证明，电氧化与超声波技术共同联用，可以明显提高污水中某些抗生素的去除效率。目前国内外普遍认为，超声波技术是利用超声的空化现象去除污水中的抗生素。空化现象是利用瞬间产生局部高温（5000K）、高压（5.00×104kPa），会发生一系列声化学反应[13]。而电催化氧化技术是在外加电压下，将污水中抗生素氧化降解。所以，在超声波-电氧化过程中，利用超声波的空化现象，形成了局部的高温高压，发生各种反应，同时在外加高电压作用下，进行电氧化过程，去除废水中的抗生素。加拿大教授NamTran等[14]分别使用超声波、电氧化和超声波-电氧化工艺降解抗生素金霉素，并对效率进行比较。在超声波功率为30W，处理时间为180min的条件下，金霉素降解效率为6.6％。在没有超声波的情况下以4.0A的电流强度运行，处理180min，金霉素的降解率达到77.7％。在超声波功率为30W，电流强度为4.0A，处理时间180min条件下，金霉素的降解率为86.7％。实验结果表明，使用超声波-电氧化工艺比单独使用超声波、电氧化工艺对金霉素降解效率总和更有优势。Sernagalvis[15]等研究证明，与二氧化钛光催化和电化学氧化等处理方法相比，超声波-电氧化能够有效地降解青霉素抗生素。目前，超声波-电氧化混合工艺仍处于实验室研究阶段，要深入研究其效应机理，同时扩大研究范围，使其尽快投入到实际工程应用中。

2.3高吸水树脂法

高吸水树脂是一种新型功能高分子材料，具有轻度交联度、三维网状结构，能够吸收比自身重几百倍甚至几千倍的水，具有高吸水速度、高吸水能力以及高保水能力的特点，广泛应用于婴儿尿布及女性卫生用品[16]。陈建发教授[17]利用高吸水树脂法进行废水中抗生素的吸附实验，通过对COD的吸附、去除效果等进行分析，以探索高吸水树脂去除废水中抗生素的可行性。在固定投加量约为0.88g/L，实验时间为240min时，可以观察到在一定范围内，高吸水树脂加入量越多，初始pH值越高，去除废水中COD的效率也随之增加。但这种吸水性树脂在应用时也存在各种问题，例如吸水性树脂在吸收液体的同时，容易形成鱼眼并阻碍液体的扩散，容易引起泄漏，而且其流动性差，不易与其他物质混合。故高吸水树脂法在废水处理领域的吸附机理和化学分析等方面需要进一步的研究。

3结语与展望

抗生素药用价值较高，被广泛应用于医疗行业和动物养殖业，大大促进了社会的发展。但随着抗生素的过度使用，耐药细菌甚至超级细菌的滋生，无论是对生态环境，还是人类的生命健康都构成了严重威胁，所以研究高效节能、经济实用的处理方法至关重要。（1）对于超声波-电氧化混合工艺，高吸水树脂等方法的降解机理和去除效果的影响因素进行更深入的研究，寻求最优化的设计，提高抗生素的去除效率。（2）研究使用多种方法共同去除抗生素，如复合型人工湿地法、超声波与化学氧化技术联用等，同时也要注意去除过程应避免有毒有害的中间物质产生，避免二次污染。（3）人工湿地法，超声波-电氧化混合工艺以及高吸水树脂法等都是新型的去除污水中抗生素的方法，具有高效节能、避免二次污染的特点。但是有些处理方法如超声波-电氧化混合工艺以及高吸水树脂法等仍处于实验阶段，故今后更需要进一步研究和推广。

参考文献

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作者：张风芝 李红卫 董深 单位：青岛理工大学