CN103739134B - 一种去除水中抗生素的方法 - Google Patents
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Abstract
一种去除水中抗生素的方法，它涉及一种水处理方法。本发明的目的是要解决现有去除水中抗生素的方法存在成本较高和去除率低的问题。步骤：一、将过硫酸钠与预处理的水混合；二、调节pH值；三、使用紫外光照射水体；四、加入硫代硫酸钠溶液；优点：一、本发明操作简单，原料成本低，降低了成本30%～50%；二、具有较低挥发性，反应前后色度和嗅味不会发生变化，常温和常压下较稳定存在；三、本发明速度快，副产物无毒害，能够有效控制水中的抗生素浓度；四、本发明去除率达到85%～90%。本发明可以去除水中残余抗生素。
Description
技术领域
本发明涉及一种水处理方法。
背景技术
水体环境中的抗生素药物已经愈来愈受到人们的重视，它们主要来源于医药废水经不完全处理以及生物污泥中残余抗生素的排放或释放至地表水，从而污染环境水体，此外粪肥径流也是水体中出现抗生素的主要来源，近年来水环境中的残余抗生素在国内、欧洲及美国的污水及地表水中都有所检出，浓度达到纳克每升至微克每升，且在水体中富集后浓度会增加几百倍。水体中的抗生素即使在较低浓度时亦会对生态环境及人体健康造成影响：一方面会促进环境中微生物的抗药性，使能杀死细菌的有效抗生素剂量不断增加，而随着食物链的富集，这种抗药性最终会转移到危害人体的微生物体内；另一方面饮用水源中抗生素浓度的提高将会对饮用水的生物安全性构成威胁，尤其是饮用水生物预处理单元以及污水核心生物处理单元。抗生素在水体环境中的迁移行为及去除效果正日益受到关注。去除水中抗生素的一般都依托原有的处理流程，而常规处理工艺并不能将其有效去除。从而在排放后直接进入地表水体中，对地表环境生态造成影响。
目前国内外对水中由其是饮用水中抗生素的去除主要还是依赖常规水处理工艺，而抗生素所具有的抗药性，使得生物处理方式无法发挥作用。近年来有研究发现一些常规氧化工艺能够对抗生素的去除起到一定的作用，如高锰酸钾氧化，氯化，臭氧氧化及UV/H2O2等。但上述氧化方法都存在氧化成本较高和去除率低的问题。
发明内容
本发明的目的是要解决现有去除水中抗生素的方法存在成本较高和去除率低的问题，而提供一种去除水中抗生素的方法。
一种去除水中抗生素的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、将过硫酸钠与预处理的水混合：将过硫酸钠和预处理的水加入到水槽中，在常温和搅拌速度为160r/min～250r/min的条件下搅拌20min～45min，得到过硫酸钠/预处理的水混合溶液；
步骤一中所述的预处理的水中抗生素的浓度为5mg/L～100mg/L；
步骤一中所述的预处理的水中抗生素为青霉素、阿莫西林、环丙沙星、氧氟沙星、罗红霉素、克拉霉素、丁氨卡那霉素、二性霉素、四环素类和氯霉素类中的一种或几种的混合物；
步骤一中所述的过硫酸钠的质量与预处理的水的质量比为1:(1000～10000)；
二、调节pH值：在搅拌速度为150r/min～200r/min的条件下使用0.1mol/L～100mol/L的高氯酸和0.1mol/L～100mol/L的氢氧化钠溶液将过硫酸钠/预处理的水混合溶液的pH值调节至6.5～7.5，得到调节pH值后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液；
三、使用紫外光照射水体：在温度为20℃～60℃的条件下使用水泵将调节pH值后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液打入紫外降解装置中，经过紫外光照射后再回流至水槽中，循环反应15min～120min，得到紫外光处理后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液；
步骤三所述的紫外光降解装置的紫外光波长为200nm～400nm；
四、加入硫代硫酸钠溶液：将1mmol/L～100mol/L的硫代硫酸钠溶液加入到紫外光处理后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液中反应15min～120min，得到去除水中抗生素的水；
步骤四所述的硫代硫酸钠溶液的体积与紫外光处理后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液的体积比为1:(1000～10000)。
本发明的优点：一、本发明操作简单，原料成本低，降低了成本30%～50%；二、本发明具有较低挥发性，反应前后色度和嗅味不会发生变化，常温和常压下较稳定存在；三、本发明速度快，副产物无毒害，能够有效控制水中的抗生素浓度；四、本发明去除率达到85%～90%。
本发明可以去除水中抗生素。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种去除水中抗生素的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、将过硫酸钠与预处理的水混合：将过硫酸钠和预处理的水加入到水槽中，在常温和搅拌速度为160r/min～250r/min的条件下搅拌20min～45min，得到过硫酸钠/预处理的水混合溶液；
步骤一中所述的预处理的水中抗生素的浓度为5mg/L～100mg/L；
步骤一中所述的预处理的水中抗生素为青霉素、阿莫西林、环丙沙星、氧氟沙星、罗红霉素、克拉霉素、丁氨卡那霉素、二性霉素、四环素类和氯霉素类中的一种或几种的混合物；
步骤一中所述的过硫酸钠的质量与预处理的水的质量比为1:(1000～10000)；
二、调节pH值：在搅拌速度为150r/min～200r/min的条件下使用0.1mol/L～100mol/L的高氯酸和0.1mol/L～100mol/L的氢氧化钠溶液将过硫酸钠/预处理的水混合溶液的pH值调节至6.5～7.5，得到调节pH值后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液；
三、使用紫外光照射水体：在温度为20℃～60℃的条件下使用水泵将调节pH值后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液打入紫外降解装置中，经过紫外光照射后再回流至水槽中，循环反应15min～120min，得到紫外光处理后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液；
步骤三所述的紫外光降解装置的紫外光波长为200nm～400nm；
四、加入硫代硫酸钠溶液：将1mmol/L～100mol/L的硫代硫酸钠溶液加入到紫外光处理后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液中反应15min～120min，得到去除水中抗生素的水；
步骤四所述的硫代硫酸钠溶液的体积与紫外光处理后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液的体积比为1:(1000～10000)。
本实施方式的优点：一、本实施方式操作简单，原料成本低，降低了成本30%～50%；二、具有较低挥发性，反应前后色度和嗅味不会发生变化，常温和常压下较稳定存在；三、本实施方式速度快，副产物无毒害，能够有效控制水中的抗生素浓度；四、本实施方式去除率达到85%～90%。
本实施方式可以去除水中抗生素。
相比于传统高级氧化产生的OH·，本实施方式过硫酸盐在UV光的激活状态下能够产生SO4 -·，SO4 -·具有较强的氧化能力(E0=2.40V),与OH·相当，却比OH·拥有更长的半衰期，能够更持久的降解水中的抗生素。因此使用基于硫酸根自由基的高级氧化在处理含有抗生素的饮用水或污水中具有重大优势。
本实施方式原理：S2O8 2-+hv→2SO4 -·
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中将过硫酸钠和预处理的水加入到水槽中，在常温和搅拌速度为200r/min～250r/min的条件下搅拌30min～45min，得到过硫酸钠/预处理的水混合溶液。其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中所述的预处理的水中抗生素的浓度为5mg/L～80mg/L。其他步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一中所述的过硫酸钠的质量与预处理的水的质量比为1:(1000～8000)。其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二中在搅拌速度为180r/min～200r/min的条件下使用0.1mol/L～10mol/L的高氯酸和0.1mol/L～10mol/L的氢氧化钠溶液将过硫酸钠/预处理的水混合溶液的pH值调节至6.5～7，得到调节pH值后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液。其他步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤三中在温度为30℃～55℃的条件下使用水泵将调节pH值后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液打入紫外降解装置中，经过紫外光照射后再回流至水槽中，循环反应30min～100min，得到紫外光处理后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液。其他步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤三所述的紫外光降解装置的紫外光波长为250nm～400nm。其他步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤三所述的紫外光降解装置的紫外光波长为370nm～400nm。其他步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤四中将5mmol/L～80mol/L的硫代硫酸钠溶液加入到紫外光处理后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液中反应30min～100min，得到去除水中抗生素的水。其他步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤四所述的硫代硫酸钠溶液的体积与紫外光处理后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液的体积比为1:(1000～8000)。其他步骤与具体实施方式一至九相同。
采用以下试验验证本发明的效果：
试验一：一种去除水中抗生素的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、将过硫酸钠与预处理的水混合：将过硫酸钠和预处理的水加入到水槽中，在常温和搅拌速度为180r/min的条件下搅拌20min，得到过硫酸钠/预处理的水混合溶液；
步骤一中所述的预处理的水中抗生素的浓度为5mg/L；
步骤一中所述的预处理的水中抗生素为环丙沙星；
步骤一中所述的过硫酸钠的质量与预处理的水的质量比为1:2000；
二、调节pH值：在搅拌速度为180r/min的条件下使用0.1mol/L的高氯酸和0.1mol/L的氢氧化钠溶液将过硫酸钠/预处理的水混合溶液的pH值调节至6.5，得到调节pH值后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液；
三、使用紫外光照射水体：在温度为25℃的条件下使用水泵将调节pH值后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液打入紫外降解装置中，经过紫外光照射后再回流至水槽中，循环反应60min，得到紫外光处理后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液；
步骤三所述的紫外光降解装置的紫外光波长为365nm；
四、加入硫代硫酸钠溶液：将10mol/L的硫代硫酸钠溶液加入到紫外光处理后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液中反应120min，得到去除水中抗生素的水；
步骤四所述的硫代硫酸钠溶液的体积与紫外光处理后的过硫酸钠/预处理的水混合溶液的体积比为1:2500。
本试验的优点：一、本试验操作简单，原料成本低，降低了成本40%；二、本试验具有较低挥发性，反应前后色度和嗅味不会发生变化，常温和常压下较稳定存在；三、本试验速度快，副产物无毒害，能够有效控制水中的抗生素浓度；四、本试验去除率达到86%。
本试验可以去除水中抗生素。
试验二：使用紫外光去除水中抗生素的对比试验，具体是按以下步骤完成的：
使用紫外光强230uW/cm2～250uW/cm2的紫外光照射预处理的水0.5h，得到去除水中抗生素的水；
所述的预处理的水中抗生素为环丙沙星，环丙沙星的浓度为5mg/L。
试验二使用紫外光去除水中抗生素的去除率为42%。
试验三：使用紫外光和H2O2去除水中抗生素的对比试验，具体是按以下步骤完成的：
向预处理的水中投加浓度为10mmol/L的H2O2，在紫外光强230uW/cm2～250uW/cm2的紫外光照射预处理的水0.5h，得到去除水中抗生素的水；
所述的预处理的水中抗生素为环丙沙星，环丙沙星的浓度为5mg/L。
试验三使用紫外光和H2O2去除水中抗生素的去除率为71%。
试验四：使用高锰酸钾去除水中抗生素的对比试验，具体是按以下步骤完成的：
向预处理的水中投加浓度为5mg/L的高锰酸钾，反应2h，得到去除水中抗生素的水；
所述的预处理的水中抗生素为环丙沙星，环丙沙星的浓度为5mg/L。
试验四使用高锰酸钾去除水中抗生素的去除率为13%。
试验二使用紫外光去除水中抗生素、试验三使用紫外光和H2O2去除水中抗生素和试验四使用高锰酸钾去除水中抗生素的去除率分别为42%、71%和13%，而试验一的去除率为86%，证明试验一对于去除水中抗生素效果极佳。
Claims (10)
1.一种去除水中抗生素的方法，其特征在于一种去除水中抗生素的方法具体是按以下步骤完成的：
一、将过硫酸钠与预处理的水混合：将过硫酸钠和预处理的水加入到水槽中，在常温和搅拌速度为160r/min～250r/min的条件下搅拌20min～45min，得到过硫酸钠和预处理的水混合溶液；
步骤一中所述的预处理的水中抗生素的浓度为5mg/L～100mg/L；
步骤一中所述的预处理的水中抗生素为青霉素、阿莫西林、环丙沙星、氧氟沙星、罗红霉素、克拉霉素、丁氨卡那霉素、二性霉素、四环素类和氯霉素类中的一种或几种的混合物；
步骤一中所述的过硫酸钠的质量与预处理的水的质量比为1:(1000～10000)；
二、调节pH值：在搅拌速度为150r/min～200r/min的条件下使用0.1mol/L～100mol/L的高氯酸和0.1mol/L～100mol/L的氢氧化钠溶液将过硫酸钠和预处理的水混合溶液的pH值调节至6.5～7.5，得到调节pH值后的过硫酸钠和预处理的水混合溶液；
三、使用紫外光照射水体：在温度为20℃～60℃的条件下使用水泵将调节pH值后的过硫酸钠和预处理的水混合溶液打入紫外光降解装置中，经过紫外光照射后再回流至水槽中，循环反应15min～120min，得到紫外光处理后的过硫酸钠和预处理的水混合溶液；
步骤三所述的紫外光降解装置的紫外光波长为200nm～400nm；
四、加入硫代硫酸钠溶液：将1mmol/L～100mol/L的硫代硫酸钠溶液加入到紫外光处理后的过硫酸钠和预处理的水混合溶液中反应15min～120min，得到去除水中抗生素的水；
步骤四所述的硫代硫酸钠溶液的体积与紫外光处理后的过硫酸钠和预处理的水混合溶液的体积比为1:(1000～10000)。
2.根据权利要求1所述的一种去除水中抗生素的方法，其特征在于步骤一中将过硫酸钠和预处理的水加入到水槽中，在常温和搅拌速度为200r/min～250r/min的条件下搅拌30min～45min，得到过硫酸钠和预处理的水混合溶液。
3.根据权利要求1所述的一种去除水中抗生素的方法，其特征在于步骤一中所述的预处理的水中抗生素的浓度为5mg/L～80mg/L。
4.根据权利要求1所述的一种去除水中抗生素的方法，其特征在于步骤一中所述的过硫酸钠的质量与预处理的水的质量比为1:(1000～8000)。
5.根据权利要求1所述的一种去除水中抗生素的方法，其特征在于步骤二中在搅拌速度为180r/min～200r/min的条件下使用0.1mol/L～10mol/L的高氯酸和0.1mol/L～10mol/L的氢氧化钠溶液将过硫酸钠和预处理的水混合溶液的pH值调节至6.5～7，得到调节pH值后的过硫酸钠和预处理的水混合溶液。
6.根据权利要求1所述的一种去除水中抗生素的方法，其特征在于步骤三中在温度为30℃～55℃的条件下使用水泵将调节pH值后的过硫酸钠和预处理的水混合溶液打入紫外光降解装置中，经过紫外光照射后再回流至水槽中，循环反应30min～100min，得到紫外光处理后的过硫酸钠和预处理的水混合溶液。
7.根据权利要求1所述的一种去除水中抗生素的方法，其特征在于步骤三所述的紫外光降解装置的紫外光波长为250nm～400nm。
8.根据权利要求1所述的一种去除水中抗生素的方法，其特征在于步骤三所述的紫外光降解装置的紫外光波长为370nm～400nm。
9.根据权利要求1所述的一种去除水中抗生素的方法，其特征在于步骤四中将5mmol/L～80mol/L的硫代硫酸钠溶液加入到紫外光处理后的过硫酸钠和预处理的水混合溶液中反应30min～100min，得到去除水中抗生素的水。
10.根据权利要求1所述的一种去除水中抗生素的方法，其特征在于步骤四所述的硫代硫酸钠溶液的体积与紫外光处理后的过硫酸钠和预处理的水混合溶液的体积比为1:(1000～8000)。
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