CN103508512A

CN103508512A - 一种利用电子束辐照处理含环丙沙星废水的方法

Info

Publication number: CN103508512A
Application number: CN201310423311.4A
Authority: CN
Inventors: 徐殿斗; 张晓萌; 韩深; 马玲玲; 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处理含环丙沙星废水的方法，方法包括：用电子束加速器辐照技术对含环丙沙星污染物的水体进行辐照处理之前，向水体中加入絮凝剂，并进行沉淀、过滤；利用电子束加速器辐照技术对含环丙沙星污染物的水体溶液进行辐照处理；电子束加速器辐照剂量低于15kGy；将处理后的水溶液引入终端处理系统，进行沉淀、过滤，然后进行排放。水体中环丙沙星降解率与环丙沙星浓度、辐照剂量的密切关系，同一辐照剂量下，降解率随着环丙沙星浓度增大而减小，呈负相关；同一环丙沙星浓度下，降解率随着辐照剂量增大而增大，呈正相关。该方法通过低剂量辐照能快速有效地降解水体中的环丙沙星，使水体中环丙沙星浓度直接达到饮用水标准，易于操作，无附加毒性，无残留危害。

Description

一种利用电子束辐照处理含环丙沙星废水的方法

技术领域

本发明涉及一种利用电子束辐照处理含环丙沙星废水的方法，属于废水处理领域，可以用于饮用水领域。

背景技术

环丙沙星(OFLO)分子式为C₁₇H₁₈FN₃O₃，其化学名称为1-环丙基-6-氟-1，4-二氢-4-氧代-7-(1-哌嗪基)-3-喹啉羧酸，能通过干扰DNA复制后反转录酶，阻止DNA和蛋白质合成，从而迅速高效杀灭细菌。属于喹诺酮类药物，是目前喹诺酮类药物中应用最广泛的品种，体外抗菌活性为临床应用喹诺酮类药物中最强的，常用于治疗呼吸道、胃肠道、泌尿道、皮肤软组织等感染性疾病。环丙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高效、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。环丙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。残留在环境中的环丙沙星，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环丙沙星药物，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，而且具有潜在致毒、致畸、致突变等“三致”危害。目前，联合国粮农组织、世界卫生组织、欧盟等国都对环丙沙星的最大残留限量进行了规定，因此，对环丙沙星等抗生素的残留去除研究已成为了废水处理工作的重点。

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，无法彻底清除水中的环丙沙星等抗生素，通过间接可饮用水的回用、城市污水处理厂的排放，环丙沙星可能暴露于环境并最终存在于饮用水中，对人类饮用和生态环境造成极大的潜在威胁。而国内外处理含环丙沙星等抗生素废水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环丙沙星方法，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环丙沙星的方法，该方法能快速有效地降解饮用水体中残留的环丙沙星，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来处理水体中的环丙沙星污染物，电子束辐照残留有环丙沙星的水体，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，可以与环丙沙星发生反应，使环丙沙星降解，达到饮用水体标准。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，因此水体中环丙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：将含环丙沙星污染物的水体，用电子束加速器辐照技术进行辐照处理，使水体的环丙沙星分解，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，检测环丙沙星的辐照分解情况，可以发现经过辐照大部分环丙沙星被分解，而且环丙沙星的分解率变化与水体中环丙沙星浓度、辐照剂量密切相关且有一定规律性。环丙沙星的分解率是指辐照去除的环丙沙星量与初始水体中环丙沙星含量之比。在用电子束加速器辐照技术对含环丙沙星污染物的废水溶液进行辐照处理之前，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环丙沙星污染物的废水溶液进行辐照处理之后，还可以将处理后的水溶液引入终端处理系统，进行沉淀、过滤，然后进行排放，如附图1所示。

水体中环丙沙星的含量通常不高，因此通过低剂量辐照可以使水体中环丙沙星浓度达到安全排放标准，即电子束加速器辐照剂量低于15kGy时就可以使废水中环丙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。

配制模拟含环丙沙星浓度分别为1ppm、5ppm、10ppm、20ppm的水体，每个实施例进行2个平行样实验。发现在低浓度环丙沙星水体中，环丙沙星被完全降解。证明电子加速器辐照技术可以有效的处理含环丙沙星水体，且环丙沙星的分解率与水体中环丙沙星的浓度和辐照剂量的大小高度相关。同一环丙沙星浓度水体中，随着辐照剂量的增大，分解率增大，呈正相关；同一辐照剂量中，环丙沙星浓度越小，分解率越大，呈负相关。

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环丙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环丙沙星，使水体中环丙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

附图1为辐照降解废水中环丙沙星的方法流程图。

附图2为浓度20ppm环丙沙星水体中环丙沙星降解率与辐照剂量关系图。

附图3为辐照剂量3kGy时水体中环丙沙星降解率与环丙沙星浓度关系图。

具体实施方式

配制一定浓度的模拟含环丙沙星废水，用一定剂量的电子束加速器辐照技术进行辐照处理水体中环丙沙星。每个实施例进行2个平行样实验。

实施例1：配制环丙沙星浓度为1ppm的溶液模拟含环丙沙星废水，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，得到处理后水体中环丙沙星去除率，所得数掘填入下表1中。

实施例2：配制环丙沙星浓度为5ppm的溶液模拟含环丙沙星废水，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，得到处理后水体中环丙沙星去除率，所得数据填入下表1中。

实施例3：配制环丙沙星浓度为10ppm的溶液模拟含环丙沙星废水，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，得到处理后水体中环丙沙星去除率，所得数据填入下表1中。

实施例4：配制环丙沙星浓度为20ppm的溶液模拟含环丙沙星废水，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，得到处理后水体中环丙沙星去除率，所得数据填入下表1中。

水体中环丙沙星浓度较低，低辐照剂量就能获得较好的去除率，本方法中电子束加速器辐照剂量低于15kGy，低浓度环丙沙星废水经过辐照后，环丙沙星完全降解。而且，环丙沙星降解率与水体中环丙沙星浓度、辐照剂量关系密切。同一辐照剂量下，降解率随着环丙沙星浓度增大而减小，呈负相关；同一环丙沙星浓度下，降解率随着辐照剂量增大而增大，呈正相关。

表1.不同辐照条件下环丙沙星溶液中环丙沙星降解率(％)

	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	88	56	54

6kGy	100	100	88	82
					9kGy	100	100	100	88
15kGy	100	100	100	100

Claims

1.一种利用电子束辐照处理含环丙沙星废水的方法，其特征在于，含环丙沙星废水用电子束加速器对环丙沙星废水进行辐照处理，检测环丙沙星的辐照分解情况。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是用电子束加速器辐照技术对含环丙沙星污染物的废水溶液进行辐照处理之前，向废水中加入絮凝剂，并进行沉淀、过滤。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是在用电子束加速器辐照技术对含环丙沙星污染物的废水溶液进行辐照处理之后，将处理后的水溶液引入终端处理系统，进行沉淀、过滤，然后进行排放。

4.如权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征是电子束加速器辐照剂量低于15kGy。

5.如权利要求4所述的方法，其特征是电子束加速器辐照剂量3kGy～15kGy。

6.如权利要求4所述的方法，其特征是电子束加速器辐照剂量3kGy。

7.如权利要求4所述的方法，其特征是电子束加速器辐照剂量6kGy。

8.如权利要求4所述的方法，其特征是电子束加速器辐照剂量9kGy。

9.如权利要求4所述的方法，其特征是电子束加速器辐照剂量15kGy。

10.如权利要求4所述的方法，其特征是含环丙沙星废水的浓度低于20ppm。