CN103508511A

CN103508511A - 一种利用电子束辐照技术处理含氧氟沙星废水的方法

Info

Publication number: CN103508511A
Application number: CN201310423299.7A
Authority: CN
Inventors: 马玲玲; 张晓萌; 韩深; 徐殿斗; 解琼玉
Original assignee: Institute of High Energy Physics of CAS
Current assignee: Institute of High Energy Physics of CAS
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2014-01-15

Abstract

本发明涉及一种利用电子束辐照技术处理含氧氟沙星废水使之直接达到饮用水标准的方法，主要是将含氧氟沙星污染物的水体，用电子束加速器辐照技术进行辐照处理，使水体中的氧氟沙星分解，电子束加速器辐照剂量低于15kGy。在对含氧氟沙星水体进行辐照处理之前，可以向水体中加入絮凝剂，并进行沉淀、过滤；在对水体进行辐照处理之后，还可以将处理后的水体引入终端处理系统，进行沉淀、过滤，然后进行排放。本方法建立了电子加速器辐照技术用于饮用水体中氧氟沙星污染物的处理方法，该方法通过低剂量辐照能快速有效地降解水体中的氧氟沙星，6kGy的低辐照剂量就能使水体中的低浓度氧氟沙星降解完全，达到饮用水标准，易于操作，无附加毒性，无残留危害。

Description

一种利用电子束辐照技术处理含氧氟沙星废水的方法

技术领域

本发明涉及一种废水处理方法，更具体地说本发明涉及一种利用电子束辐照技术处理含氧氟沙星废水的方法。

背景技术

氧氟沙星(OFLO)分子式为C₁₈H₂₀FN₃O₄，其化学名称为(±)-9-氟-2，3-二氢-3-甲基-10-(4-甲基-1-哌嗪基)-7-氧代-7H-吡啶并[1，2，3-de]-[1，4]苯并恶嗪-6-羧酸，属于喹诺酮类药物。喹诺酮类药物是一大类具有1，4-二氢-4-氧代喹啉-3-羧酸结构的人工合成抗菌药物，对革兰氏阴性菌和阳性菌均有抑制作用，能直接作用于细菌核部位、抑制细菌的DNA旋转酶，使酶不能在DNA双链上引入切口，破坏细菌的代谢和繁殖，迅速杀灭细菌。氧氟沙星药物因其抗菌谱广、吸收好、半衰期长、血液浓度高、体内分布广、抑菌和杀菌作用迅速、与其它抗菌药物无交叉耐药性、能制成各种剂型、价格低廉等特点，广泛应用于临床和畜牧业中多种感染性疾病的预防和治疗，成为十分重要、用途广泛的抗生素。氧氟沙星药物摄入后除少部分残留在体内，70％以上以原药和代谢产物的形式经由病人与动物的粪尿排出体外，通过污水处理厂等途径进入生态环境，长期及不科学用药导致环境中药物残留超标等问题出现。残留在环境中的氧氟沙星，虽然只有痕量水平，但是长期暴露在此环境中的动植物、微生物、人类等都会受到影响。例如水体中长期含较低浓度的氧氟沙星药物，不但容易诱导细菌产生耐药性，导致耐药性的传递，影响该类药物的临床疗效，更为严重的是，残留药物对人类的健康安全和生态环境的稳定发展都存在潜在的、累积性的威胁，不但可能引起二重感染、过敏变态反应，而且具有潜在“三致”危害。目前，联合国粮农组织、世界卫生组织食品添加剂专家联席委员会、欧盟等国都对氧氟沙星的最大残留限量进行了规定，因此，对氧氟沙星等抗生素的残留去除研究已成为了废水处理工作的热点。

目前，污水处理厂在处理医院废水和生活污水时，一般都是采用的常规处理技术和工艺，无法彻底清除水体中的氧氟沙星等抗生素，通过间接可饮用水的回用、城市污水处理厂的排放，氧氟沙星可能暴露于环境并最终存在于饮用水中，对人类饮用造成极大的潜在威胁。而国内外处理含氧氟沙星等抗生素水体的方法主要有物化法、生化法等。研究表明，上述处理方法均存在一定的局限性。物化法处理过程受到pH值、氧化剂投加量、反应温度、反应时间等因素的影响；生化法还要受到微生物生长状况的限制。这两种方法过程复杂繁琐、所需时间长、易引起二次污染、而且处理效果差。因此，提供一种处理时间短、去除率高、易于操作、无二次污染的新的处理水体中氧氟沙星方法，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种利用电子束辐照降解水体中抗生素类药物氧氟沙星的方法，该方法能快速有效地降解水体中的氧氟沙星，易于操作，无附加毒性，无残留危害，经电子束辐照处理后的水体可直接达到饮用水体标准。

本发明的方法就是利用电子辐照技术来处理水体中的氧氟沙星污染物，电子束辐照残留有氧氟沙星的水体，水经过辐照产生化学反应，生成氧化性极强的·OH、·H等自由基，可以与氧氟沙星发生反应，使氧氟沙星降解，达到饮用水标准。辐射技术是一种新的净化手段，不需要加入化学试剂，不会产生二次污染，具有处理时间短、处理效率高、操作简便、污染物降解彻底等优点，因此水体中氧氟沙星可采用辐照降解工艺进行处理。

本发明的目的是这样实现的：将含氧氟沙星污染物的水体，用电子束加速器辐照技术进行辐照处理，使水体中的氧氟沙星分解，电子束加速器辐照剂量低于15kGy。辐照后水体用UPLC-MS／MS(超高效液相色谱串联质谱)分析，检测氧氟沙星的辐照分解情况，可以发现经过辐照氧氟沙星被完全分解，水体中的氧氟沙星通常含量较低，仅6kGy的低辐照剂量就能使水体达到饮用水标准，所需辐照能量少，效率高。氧氟沙星的分解率是指辐照去除的氧氟沙星量与初始水体中氧氟沙星含量之比。在用电子束加速器辐照技术对含氧氟沙星污染物的水体进行辐照处理之前，可以向废水中加入絮凝剂，并进行沉淀、过滤；在用电子束加速器辐照技术对含氧氟沙星污染物的水体进行辐照处理之后，还可以将处理后的水体引入终端处理系统，进行沉淀、过滤，然后进行排放，如附图1所示。

水体中氧氟沙星的含量通常不高，因此通过低剂量辐照可以使水体中氧氟沙星浓度达到安全标准，即电子束加速器辐照剂量在6kGy时就可以使废水中氧氟沙星浓度达到饮用水标准。考虑工艺可行性，电子束加速器辐照剂量优选从3kGy～15kGy，取3kGy、6kGy、9kGy、15kGy四个梯度，辐照剂量过低则降解效果不明显，辐照剂量过高会导致辐照成本增加。

配制模拟含氧氟沙星浓度分别为1ppm、5ppm、10ppm、20ppm的水体，每个实施例进行2个平行样实验。发现在低浓度氧氟沙星废水中，氧氟沙星被完全降解。证明电子加速器辐照技术可以有效的处理含氧氟沙星水体，且6kGy的辐照剂量就可使低浓度的氧氟沙星水体达到饮用水标准。同一浓度氧氟沙星废水中，随着辐照剂量的增大，分解率增大；同一辐照剂量中，废水中氧氟沙星浓度越小，分解率越大。

本发明的有益效果是：建立了电子加速器辐照技术用于水体中氧氟沙星污染物的处理方法，该方法通过低剂量辐照能快速有效地降解水体中的氧氟沙星，使各种水体中氧氟沙星浓度达到饮用水标准，易于操作，无附加毒性，无残留危害。

附图说明

图1为本发明利用辐照降解水体中抗生素类药物氧氟沙星的方法流程图

图2为浓度20ppm氧氟沙星水体中氧氟沙星降解率与辐照剂量关系图

具体实施方式

配制一定浓度的模拟含氧氟沙星废水，用一定剂量的电子束加速器辐照技术进行辐照处理，电子束加速器辐照剂量低于15kGy，辐照后溶液用UPLC-MS／MS(超高效液相色谱串联质谱)分析，检测氧氟沙星的辐照分解情况，可以发现低浓度氧氟沙星废水经过辐照后，氧氟沙星被完全分解。以下实施例中，氧氟沙星的分解率(去除率)是指辐照去除的氧氟沙星量与初始水体中氧氟沙星含量之比。每个实施例进行2个平行样实验。

实施例1：配制氧氟沙星浓度为1ppm的溶液模拟含氧氟沙星废水，使用电子加速器(10MeV／15kW S波段驻波电子直线辐照加速器，中国科学院高能物理研究所制造)产生电子束进行四次辐照，辐照剂量分别为3kGy、6kGy、9kGy及15kGy。辐照后的水体用UPLC-MS／MS分析，得到处理后水体中氧氟沙星去除率，所得数据填入下表1中。

实施例2：配制氧氟沙星浓度为5ppm的溶液模拟含氧氟沙星废水，使用电子加速器产生电子束进行四次辐照，辐照剂量分别为3kGy、6kGy、9kGy及15kGy。辐照后的水体用UPLC-MS／MS分析，得到处理后水体中氧氟沙星去除率，所得数据填入下表1中。

实施例3：配制氧氟沙星浓度为10ppm的溶液模拟含氧氟沙星废水，使用电子加速器产生电子束进行四次辐照，辐照剂量分别为3kGy、6kGy、9kGy及15kGy。辐照后的水体用UPLC-MS／MS分析，得到处理后水体中氧氟沙星去除率，所得数据填入下表1中。

实施例4：配制氧氟沙星浓度为20ppm的溶液模拟含氧氟沙星废水，使用电子加速器产生电子束进行四次辐照，辐照剂量分别为3kGy、6kGy、9kGy及15kGy。辐照后的水体用UPLC-MS／MS分析，得到处理后水体中氧氟沙星去除率，所得数据填入下表1中。

环境水体中氧氟沙星浓度较低，6kGy的低辐照剂量就能使水体中的低浓度氧氟沙星完全降解，达到饮用水标准。而且同一辐照剂量下，降解率随着氧氟沙星浓度增大而减小；同一氧氟沙星浓度下，降解率随着辐照剂量增大而增大。

表1.不同辐照条件下氧氟沙星溶液中氧氟沙星降解率(％)

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					剂量kGy	浓度1ppm	浓度5ppm	浓度10ppm	浓度20ppm
3kGy	100	100	80	56
					6kGy	100	100	100	85
9kGy	100	100	100	100
					15kGy	100	100	100	100

Claims

1.一种利用电子束辐照技术处理含氧氟沙星废水的方法，其具体步骤包括：将含氧氟沙星污染物的水体，用电子束加速器辐照技术进行辐照处理，使水体中的氧氟沙星分解，达到饮用水标准，电子束加速器辐照剂量低于15kGy。

2.根据权利要求1所述的利用电子束辐照技术处理含氧氟沙星废水的方法，其特征在于，辐照后溶液用超高效液相色谱串联质谱分析，检测氧氟沙星的辐照分解情况。

3.根据权利要求1所述的利用电子束辐照技术处理含氧氟沙星废水的方法，其特征在于，在用电子束加速器辐照技术对含氧氟沙星污染物的水体进行辐照处理之前，可以向水体中加入絮凝剂，并进行沉淀、过滤。

4.根据权利要求3所述的利用电子束辐照技术处理含氧氟沙星废水的方法，其特征在于，在用电子束加速器辐照技术对含氧氟沙星污染物的水体进行辐照处理之后，还将处理后的水体引入终端处理系统，进行沉淀、过滤，然后进行排放。

5.根据权利要求1所述的利用电子束辐照技术处理含氧氟沙星废水的方法，其特征在于，含氧氟沙星污染物的废水溶液中氧氟沙星浓度为1ppm～20ppm。

6.根据权利要求1所述的利用电子束辐照技术处理含氧氟沙星废水的方法，其特征在于，电子束加速器辐照剂量为6kGy，在6kGy的低辐照剂量就能使水体中的低浓度氧氟沙星完全降解，达到饮用水标准，节省能量，效率高。