【摘 要】
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四环素类抗生素药物具有价格低、广谱杀菌性能的优势,是全世界生产和使用最广的抗生素类药物之一,因而产生了大量含有四环素的废水。四环素废水未经处理或者处理不完全就进入环境,会给人类健康和环境带来潜在的风险。例如:产生耐药细菌、影响环境中微生物生长、破坏生态平衡、威胁人类健康等。目前已经有很多方法处理四环素废水,但是由于四环素的低生物吸收和难降解等特性,导致降解效率不高。因而,探索高效处理四环素类抗生素
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四环素类抗生素药物具有价格低、广谱杀菌性能的优势,是全世界生产和使用最广的抗生素类药物之一,因而产生了大量含有四环素的废水。四环素废水未经处理或者处理不完全就进入环境,会给人类健康和环境带来潜在的风险。例如:产生耐药细菌、影响环境中微生物生长、破坏生态平衡、威胁人类健康等。目前已经有很多方法处理四环素废水,但是由于四环素的低生物吸收和难降解等特性,导致降解效率不高。因而,探索高效处理四环素类抗生素废水的方法具有重要价值。水力空化技术是一种很有前途的污染物降解技术,具有降解效果好、低能耗、装置简单廉价、无二次污染、绿色环保的优点,近些年受到广泛关注与认可。本研究使用自制的水力空化设备对水力空化技术降解溶液中四环素的效果进行了探讨,考察了影响四环素降解的因素,为四环素废水的有效处理提供一种新技术。(1)采用3组不同几何参数的文丘里管作为水力空化发生器对盐酸四环素溶液进行处理,以确定文丘里管的最优几何参数,为后续实验的进行做了探究性实验。实验结果表明,入射半角为22°、喉部长度2.0 mm、发散半角为6°的文丘里管能带来最好的水力空化效应,在循环降解150 min时,四环素的降解率达到82.22%。(2)使用最优几何参数的文丘里管作为水力空化发生器对溶液中的盐酸四环素进行降解,分别探索入口压力、四环素初始浓度、初始p H值、地表水中常见阴离子等条件对四环素降解率的影响,进一步优化水力空化降解条件。实验发现,当入口压力为3.0 bar时,四环素初始浓度为5.0 mg/L时可以得到最高的降解率83.17%;酸性条件有助于水力空化对四环素的降解,初始p H值为3.0时,降解率为77.24%;溶液中CO32-的存在对四环素的水力空化降解有明显地促进作用,而NO3-和SO42-的存在会抑制水力空化降解四环素。(3)为了提高水力空化对于四环素的降解效率,采用水力空化联合芬顿技术(HC-Fenton)降解四环素,在相同条件下分别考察了Fe2+和H2O2浓度对HC-Fenton降解四环素的影响。实验结果表明,HC-Fenton联合技术提高了四环素的降解效率。并且当Fe2+的浓度为5.0 mg/L、H2O2的浓度为10 mg/L时,四环素的降解率最高,达到了95.48%,HC-Fenton联合技术降解四环素的过程符合一级反应动力学。(4)分析了水力空化技术降解四环素可能的降解机理。利用TOC分析仪测定了四环素的矿化程度,使用LC-MS技术鉴定了水力空化降解四环素过程中的降解产物并分析了其可能的降解途径。结果表明,四环素在水力空化的作用下被有效矿化,四环素分子与·OH、·O2-反应发生羟基化、开环反应、脱去环上的官能基团,被分解成一系列低分子量的有机化合物,并可进一步氧化成CO2、H2O、NO3-等无机离子。根据本研究的实验结果,水力空化技术用于大规模处理四环素类抗生素废水是可行的。
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