廢水中抗生素去除方法的研究范文

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摘要：對廢水中抗生素的處理現(xiàn)狀以及新型去除方法進行研究，重點討論了人工濕地法、超聲波-電氧化混合工藝和高吸水樹脂法去除廢水中抗生素的特點，并指出了人工濕地法高效低耗、易操作，但存在濕地堵塞等問題；超聲波-電氧化混合工藝去除效率高，但處于研究階段，實際應(yīng)用不足；高吸水樹脂法清潔環(huán)保，但易泄漏且流動性差。因此，去除廢水中抗生素需要深入研究新型處理方法的降解機理和去除效果，并聯(lián)合使用多種方法。

關(guān)鍵詞：抗生素；人工濕地法；超聲波-電氧化混合工藝；高吸水樹脂法

抗生素一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，便被廣泛應(yīng)用于各類疾病的預(yù)防和治療，為促進人類社會的發(fā)展作出了極大貢獻。目前，有多種合成和半合成抗生素，例如磺胺類、四環(huán)素類、氨基糖苷類和大環(huán)內(nèi)酯類等。經(jīng)調(diào)查顯示，我國醫(yī)療患者抗生素使用率高達70%以上，而世界衛(wèi)生組織建議，醫(yī)院的抗生素使用率不能高于30%[1]，這表明我國抗生素的使用量遠超其他國家。含抗生素的廢水具有排放量大、成分復(fù)雜、處理難度大等特點[2]。針對日益嚴(yán)重的抗生素污染問題，本研究對常規(guī)去除方法進行了總結(jié)，重點研究新型處理技術(shù)對抗生素的去除效果。

1廢水中抗生素的常規(guī)去除方法

抗生素的常規(guī)去除方法有活性污泥法、吸附法和膜分離技術(shù)等，這些方法的特點如表1所示。對比發(fā)現(xiàn)，這幾種方法的運行成本較高，吸附法對抗生素的去除率可達到80%左右，其余對抗生素的去除率都相對較低。研究高效去除廢水中抗生素的方法，是目前國際廢水處理領(lǐng)域的熱點。 

2抗生素廢水的新型處理方法

抗生素能夠長久殘留在環(huán)境中，且不易降解，造成毒害物質(zhì)在生物體內(nèi)不斷積累，對于生態(tài)環(huán)境和人類健康都存在隱患。隨著人類環(huán)保意識的提高，研究去除抗生素的新型處理方法尤為重要。目前，研究的新型處理方法有人工濕地法、超聲波-電氧化混合工藝和高吸水樹脂法。

2.1人工濕地法

人工濕地是由人工構(gòu)建的、模擬天然濕地的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，由土壤-植物-微生物共同構(gòu)成，具有生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)再生作用。其優(yōu)點主要體現(xiàn)在清潔安全、高效低耗、易操作等方面。研究證明，人工濕地對污水中的恩諾沙星、磺胺甲惡唑等抗生素具有明顯的去除效果[7]。人工濕地一般是由基質(zhì)、水生植物（如蘆葦、蒲草等）、好氧或厭氧微生物等組成[8]。根據(jù)污廢水在人工濕地中水流方向的變化，可將人工濕地分為三種類型，即表面流濕地、潛流濕地和垂直流濕地，其各自類型特征、優(yōu)缺點及去除率如表2所示。人工濕地法可以高效去除廢水中抗生素等污染物質(zhì)，且經(jīng)濟成本較低，是目前應(yīng)用較廣的廢水處理方法。但存在設(shè)計規(guī)范欠缺、濕地堵塞等問題[12]，仍需對污水的特性、進水方式、基質(zhì)選擇等方面進行深入的研究。

2.2超聲波-電氧化混合工藝

電氧化技術(shù)對廢水中的抗生素去除效果較好，但由于其反應(yīng)器復(fù)雜，易產(chǎn)生副產(chǎn)物，造成二次污染，仍需進一步優(yōu)化。而超聲波技術(shù)具有環(huán)保清潔，且能夠和其他處理技術(shù)聯(lián)用的特點。研究證明，電氧化與超聲波技術(shù)共同聯(lián)用，可以明顯提高污水中某些抗生素的去除效率。目前國內(nèi)外普遍認(rèn)為，超聲波技術(shù)是利用超聲的空化現(xiàn)象去除污水中的抗生素。空化現(xiàn)象是利用瞬間產(chǎn)生局部高溫（5000K）、高壓（5.00×104kPa），會發(fā)生一系列聲化學(xué)反應(yīng)[13]。而電催化氧化技術(shù)是在外加電壓下，將污水中抗生素氧化降解。所以，在超聲波-電氧化過程中，利用超聲波的空化現(xiàn)象，形成了局部的高溫高壓，發(fā)生各種反應(yīng)，同時在外加高電壓作用下，進行電氧化過程，去除廢水中的抗生素。加拿大教授NamTran等[14]分別使用超聲波、電氧化和超聲波-電氧化工藝降解抗生素金霉素，并對效率進行比較。在超聲波功率為30W，處理時間為180min的條件下，金霉素降解效率為6.6％。在沒有超聲波的情況下以4.0A的電流強度運行，處理180min，金霉素的降解率達到77.7％。在超聲波功率為30W，電流強度為4.0A，處理時間180min條件下，金霉素的降解率為86.7％。實驗結(jié)果表明，使用超聲波-電氧化工藝比單獨使用超聲波、電氧化工藝對金霉素降解效率總和更有優(yōu)勢。Sernagalvis[15]等研究證明，與二氧化鈦光催化和電化學(xué)氧化等處理方法相比，超聲波-電氧化能夠有效地降解青霉素抗生素。目前，超聲波-電氧化混合工藝仍處于實驗室研究階段，要深入研究其效應(yīng)機理，同時擴大研究范圍，使其盡快投入到實際工程應(yīng)用中。

2.3高吸水樹脂法

高吸水樹脂是一種新型功能高分子材料，具有輕度交聯(lián)度、三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠吸收比自身重幾百倍甚至幾千倍的水，具有高吸水速度、高吸水能力以及高保水能力的特點，廣泛應(yīng)用于嬰兒尿布及女性衛(wèi)生用品[16]。陳建發(fā)教授[17]利用高吸水樹脂法進行廢水中抗生素的吸附實驗，通過對COD的吸附、去除效果等進行分析，以探索高吸水樹脂去除廢水中抗生素的可行性。在固定投加量約為0.88g/L，實驗時間為240min時，可以觀察到在一定范圍內(nèi)，高吸水樹脂加入量越多，初始pH值越高，去除廢水中COD的效率也隨之增加。但這種吸水性樹脂在應(yīng)用時也存在各種問題，例如吸水性樹脂在吸收液體的同時，容易形成魚眼并阻礙液體的擴散，容易引起泄漏，而且其流動性差，不易與其他物質(zhì)混合。故高吸水樹脂法在廢水處理領(lǐng)域的吸附機理和化學(xué)分析等方面需要進一步的研究。

3結(jié)語與展望

抗生素藥用價值較高，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)和動物養(yǎng)殖業(yè)，大大促進了社會的發(fā)展。但隨著抗生素的過度使用，耐藥細菌甚至超級細菌的滋生，無論是對生態(tài)環(huán)境，還是人類的生命健康都構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，所以研究高效節(jié)能、經(jīng)濟實用的處理方法至關(guān)重要。（1）對于超聲波-電氧化混合工藝，高吸水樹脂等方法的降解機理和去除效果的影響因素進行更深入的研究，尋求最優(yōu)化的設(shè)計，提高抗生素的去除效率。（2）研究使用多種方法共同去除抗生素，如復(fù)合型人工濕地法、超聲波與化學(xué)氧化技術(shù)聯(lián)用等，同時也要注意去除過程應(yīng)避免有毒有害的中間物質(zhì)產(chǎn)生，避免二次污染。（3）人工濕地法，超聲波-電氧化混合工藝以及高吸水樹脂法等都是新型的去除污水中抗生素的方法，具有高效節(jié)能、避免二次污染的特點。但是有些處理方法如超聲波-電氧化混合工藝以及高吸水樹脂法等仍處于實驗階段，故今后更需要進一步研究和推廣。

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作者：張風(fēng)芝 李紅衛(wèi) 董深 單位：青島理工大學(xué)