氯霉素廢水處理技術(shù)范文

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摘要：本研究對當前氯霉素廢水處理技術(shù)的應(yīng)用和研究狀況進行了綜述，目前處理氯霉素廢水的方法主要包括吸附法、萃取法、電化學(xué)法、氧化法、還原法等物理化學(xué)方法和生物方法，這些方法降解效率較高，但具有能源消耗高以及二次污染等缺點。生物法與電化學(xué)法的聯(lián)用是一種處理效率高且成本低的新技術(shù)，成為研究降解氯霉素廢水的熱點。

關(guān)鍵詞：氯霉素；吸附法；電化學(xué)法；生物法

隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展和人口的快速增長，人們對于水的需求量日益增加，但是由于水質(zhì)的惡化，水體不斷被污染，水資源越來越匱乏。為了保護水資源和環(huán)境，國家制定了一系列的法律法規(guī)，尋找經(jīng)濟、有效的污水處理方法成為人們面臨的一個重要課題。氯霉素是一種由委內(nèi)瑞拉鏈絲菌產(chǎn)生的抗生素，屬于廣譜抗生物的一種。因其在養(yǎng)殖場、臨床醫(yī)學(xué)中的廣泛應(yīng)用，水體中有大量的氯霉素殘留。若不能將其高效地去除掉，會對生態(tài)系統(tǒng)造成巨大的影響。

1氯霉素簡介

氯霉素作為一種廣泛被使用的抗生素，化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，其抗菌活性高達5年以上。雖然氯霉素的抗菌性強，但其對人體的危害同樣也很大，可能會引發(fā)失眠、耳聾以及視力障礙等癥狀，嚴重時還可引發(fā)中毒性神經(jīng)病。氯霉素主要通過制藥廢水、養(yǎng)殖廢水、醫(yī)院廢水和生活污水進入水體，污染范圍廣，具有可生化性差、難降解的特點，使用一般的處理方法很難將其徹底分解處理[5]。氯霉素一旦進入到水體中，尤其是進入到水底的沉積物中，便形成蓄積性污染，可在180天甚至更長時間內(nèi)保持極其穩(wěn)定的性質(zhì)，并且可以保持其初始濃度。

2氯霉素廢水處理工藝

采用一種相對較為成熟并且高效、穩(wěn)定的氯霉素降解工藝，能夠有效地去除廢水中氯霉素，同時也能對含有較高濃度的氯霉素水體進行有效的修復(fù)。目前常用的處理方法包括物理法、化學(xué)法和生物法等，生物法與電化學(xué)法的聯(lián)用因其低廉的成本與高效的處理效率，也受到一定的關(guān)注。

2.1物理法

采用物理法處理含有氯霉素的廢水，不僅可以有效地降低廢水中氯霉素的含量，還能夠回收廢水中的氯霉素，使得廢水的可生化性大大提高，從而便于進一步的后續(xù)處理。一般情況下，處理氯霉素廢水的物理方法主要包括吸附法、萃取法等。

2.1.1吸附法

吸附法是利用各種吸附劑通過吸附廢水中的懸浮物、有機物等來達到處理、凈化廢水的目的。活性炭作為一種優(yōu)良的吸附劑，具有多孔結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積和較大的吸附容量，并且有較強的力學(xué)強度和化學(xué)穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，并取得了一定的效果。王秀芳等對活性炭吸附氯霉素的吸附機理進行了研究，在25℃、30℃、35℃下分別測定了對氯霉素的吸附。結(jié)果表明，活性炭的吸附量隨著溫度的不斷升高而減小，并且所得出的等溫方程符合Freundlich模型。Ye等通過NaOH修飾的竹炭來吸附處理氯霉素廢水。結(jié)果表明，該方法可以在一定程度上吸附廢水中的氯霉素。張博等以活性炭為吸附劑進行吸附處理，再對吸附了污染物的活性炭進行無害化再生。結(jié)果表明，以NaOH對活性炭進行預(yù)處理可以有效地提高活性炭對氯霉素的吸附，再生后的活性炭吸附仍然符合Freundlich吸附等溫模型。

2.1.2萃取法

萃取法的基本原理是向廢水中投加一種與水不互溶，但能良好地溶解廢水中污染物的溶劑，使其與廢水充分混合接觸。污染物在溶劑中的溶解度大于在廢水中的溶解度，因此大部分污染物轉(zhuǎn)移到溶劑相里，然后分離廢水和溶劑，即可達到分離、濃縮污染物和凈化廢水的目的。利用此方法處理氯霉素廢水的關(guān)鍵在于選取合適的萃取劑。沙耀武等利用四氯化碳來萃取硝基苯廢水。通過三次反復(fù)萃取，廢水中的硝基苯去除率高達97%以上。Nakai等將廢水經(jīng)過以超臨界的CO2為反應(yīng)介質(zhì)的萃取塔，廢水中的硝基苯的去除率可高達100%。

2.2化學(xué)法

化學(xué)法的基本原理是向氯霉素廢水中加入一定的化學(xué)物質(zhì)，使其與廢水中的氯霉素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變了其自身的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，生成簡單的小分子物質(zhì)甚至直接降解成CO2和H2O。常用來處理氯霉素廢水的化學(xué)法包括混凝法、燃燒法、芬頓氧化法、臭氧氧化法、電化學(xué)法以及Fe-C還原法等。

2.2.1混凝法

混凝法是通過向廢水中投加混凝劑，使其與廢水中的污染物等膠體、懸浮物質(zhì)凝聚成沉淀物的形式來達到處理廢水的目的。該方法的機理是投加到廢水中的混凝劑發(fā)生一系列的水解、聚合等反應(yīng)，這些反應(yīng)的產(chǎn)物會與廢水中的污染物靜電中和、吸附架橋等反應(yīng)而形成絮體后從水中去除。趙玲玲等采用混凝—芬頓法處理抗生素廢水。結(jié)果表明，當pH值為8，PAC、PAM的加入濃度分別為400mg/L和12mg/L時，可以達到較為理想的效果，COD的降解率高達90%以上。

2.2.2燃燒法

利用化學(xué)燃燒反應(yīng)，將廢水中有機物經(jīng)過燃燒反應(yīng)后生成對環(huán)境影響甚微或無害的物質(zhì)，從而達到深度處理的目的。徐扣珍等采用焚燒法處理氯霉素生產(chǎn)廢水。結(jié)果表明，濃廢水有機物平均含量為11.6%，經(jīng)焚燒處理后其煙氣組成與鍋爐煙氣基本相似。在排放標準內(nèi)，理論分析有機物燃燒放出的熱量為焚燒時吸收熱量的1.32倍，如果利用煙氣余熱則增加到1.45倍。

2.2.3芬頓試劑氧化法

芬頓試劑氧化法的基本原理是向酸性廢水中加入一定量的Fe2+和H2O2，使其產(chǎn)生•OH，這種羥基自由基•OH具有強氧化性，將有機污染物轉(zhuǎn)化為CO2、H2O及無機鹽類等小分子物質(zhì)。芬頓試劑參與的氧化反應(yīng)是個鏈式反應(yīng)，•OH的產(chǎn)生是鏈反應(yīng)的開始，其他自由基和中間體共同構(gòu)成了鏈的節(jié)點，待各自由基反應(yīng)消耗完全，反應(yīng)鏈終止，反應(yīng)結(jié)束。Miguel等采用Fenton法來處理含有硝基苯的氯霉素廢水。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，廢水中COD的去除率達到70.3%，硝基苯的降解基本符合一級動力方程。楊亞男等人采用Fenton法處理抗生素廢水。結(jié)果表明，當pH=3，H2O2（體積分數(shù)為30%）的投加量為1.5ml/L，n（H2O2）∶n（Fe2+）為5∶1時，廢水中的COD從224mg/L降解到64mg/L，去除率高達71%，效果良好。SuRongjun等采用太陽能-.Fenton工藝處理制藥廢水。結(jié)果表明，在pH值為3.0，F(xiàn)eSO4的濃度在7.8mmol/L，n（H2O2）∶n（Fe2+）為1∶1的條件下，廢水的COD去除率可達到78.9%，廢水的可生化性得到明顯的提高。

2.2.4臭氧氧化

法臭氧氧化法的原理與芬頓氧化類似，當臭氧溶解在水中時會產(chǎn)生氧化性極強的羥基自由基，羥基自由基不僅可以氧化廢水中的有機物，降低廢水的COD，還能提高廢水的可生化性。Sandra等采用UV/O3+Fe3+法處理含有硝基苯的氯霉素廢水。結(jié)果表明，低濃度Fe3+可高效提高廢水中TOC的去除效率，該工藝對廢水COD的去除率可高達100%。郭佳等將TiO2作為光催化劑，采用高壓汞燈和反射鏑燈為紫外光、模擬日光光源處理抗生素廢水。研究表明，當廢水中抗生素初始質(zhì)量濃度在500mg/L，TiO2的質(zhì)量濃度在1.5g/L，紫外光照5h后，廢水中COD的降解率可達93.4%。

2.2.5電化學(xué)法

電化學(xué)法是指電解質(zhì)溶液在電流的作用下，在陽極和電解質(zhì)溶液界面上發(fā)生反應(yīng)物粒子失去電子的氧化反應(yīng)，在陰極和電解質(zhì)溶液界面上發(fā)生反應(yīng)物粒子與電子結(jié)合的還原反應(yīng)的電化學(xué)過程。鄧飛等研究了修飾電極對氯霉素的電催化還原能力和動力學(xué)特征。結(jié)果表明，制備的碳納米管修飾電極還原2mg/L氯霉素24h的去除率達到97.21%。采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜分析法（LC-MS/MS）鑒定了氯霉素的還原產(chǎn)物，分析了氯霉素還原的可能途徑，電催化不僅還原了氯霉素中的硝基，還可以進一步還原羰基和脫氯，顯著降低氯霉素的毒性。

2.2.6Fe-C還原法

還原法主要使用的原料是機械加工產(chǎn)生的鐵碳，將其投入廢水中，會形成無數(shù)微小的陽極和陰極，以廢水為電解質(zhì)，形成Fe-C原電池。其中鐵為電池的陽極，產(chǎn)生Fe2+，石墨為電池的陰極，產(chǎn)生OH-以及。微電解過程中會不斷生成Fe2+和[H]，能與氯霉素廢水中復(fù)雜的有機物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使大分子有機物變成小分子。王曉陽等[21]采用鐵碳微電解法處理含有氯霉素的抗生素廢水，研究了各種條件對處理效果的影響。結(jié)果表明，在pH值為4.0，固液比為15%，鐵碳體積比為1∶1的條件下反應(yīng)100min時，廢水的COD去除率為60%，BOD/COD也從開始的不足0.1提高到0.43，可生化性大大提高，便于后續(xù)進一步生化處理。

2.3生物法

生物法是利用微生物在生長、增值過程中產(chǎn)生的酶來氧化還原廢水中的有機物，最終將有機物降解成簡單的無機物和自身所需的營養(yǎng)物質(zhì)，主要包括好氧生物法、厭氧生物法和厭氧-好氧生物法等。目前應(yīng)用比較多的是UASB及其組合工藝。UASB厭氧反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)緊湊、無需機械攪拌、處理效果好以及節(jié)省投資等優(yōu)點，在高濃度制藥廢水包括氯霉素廢水以及其他工業(yè)廢水的處理中得到了廣泛的應(yīng)用。Chong-JianTang等采用了厭氧氨氧化即ANAMMOX工藝處理含有大量氮元素的制藥廢水。研究表明，此方法可以高效地處理該類廢水，同時為高氮廢水的治理提供了科學(xué)依據(jù)。楊可成等[25]采用水解酸化池+UASB+SBR工藝處理制藥廢水，該廢水COD初始濃度高達2800～16500mg/L。經(jīng)過該處理工藝處理后，出水的COD濃度低于1000mg/L，COD的去除率可達85%以上。QiPeishi等[26]采用一體式膜生物反應(yīng)器來處理抗生素廢水，探究該工藝對制藥廢水的處理效果。結(jié)果表明，該工藝可較為理想地處理抗生素廢水，并且能良好運行，ρ（VSS）/ρ（SS）和Y0隨著HRT的減小而減小。

2.4生物法

—電化學(xué)法的聯(lián)用對于生物法與電化學(xué)法的聯(lián)用，目前應(yīng)用最廣的是生物電化學(xué)系統(tǒng)，這是一種微生物、反應(yīng)底物和電極三者相互作用的體系。微生物一般附著在電極之上，通過跟電極進行直接或間接的電子傳遞，將溶液與電極緊密相連。在生物電化學(xué)系統(tǒng)內(nèi)可以發(fā)生很多反應(yīng)：陽極具有氧化作用，可以氧化多種碳水化合物，如乙酸、丁酸等；而陰極利用陽極產(chǎn)生的電子，具有較強的還原性，因此可以用來還原降解多種難降解的污染物質(zhì)。孫飛等采用序批式生物電化學(xué)系統(tǒng)陰極還原的方式，研究氯霉素在生物陰極與非生物陰極中的不同降解速率。結(jié)果表明，生物陰極相對于非生物陰極，具有較快的氯霉素降解速率，同時，增加附著生長在電極上的生物膜可以降低反應(yīng)器的歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，進而提高去除效率。

3結(jié)論

氯霉素廢水作為一種難降解的廢水，逐漸引起了人們的關(guān)注和研究。物理法、化學(xué)法和生物法在處理氯霉素廢水方面都有各自的優(yōu)勢，但也有一定的缺陷，利用單一的處理方法在處理氯霉素廢水方面有著一定的局限。因此，在今后的研究過程中，應(yīng)該注重幾種方法的聯(lián)用，研究氯霉素在環(huán)境中的降解機理、中間產(chǎn)物及其降解的動力學(xué)模型，不斷改進，從而找出最佳的組合技術(shù)工藝。

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作者：許碩；趙洪飛 單位：青島科技大學(xué)