CN110092477B - 一种适用于人工湿地中处理含抗生素废水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于人工湿地中处理含抗生素废水的方法。采用的技术方案是：利用种植花叶芦竹‑香蒲‑皇竹草的联合技术处理红霉素废水，每1㎡种植25棵花叶芦竹、20棵香蒲和25棵皇竹草。本发明快速高效、过程简单、节能环保、材料价廉易得、处理过程中不会产生二次污染，红霉素的去除效果好，明显提高了出水水质。

Description

一种适用于人工湿地中处理含抗生素废水的方法

技术领域

本发明属于废水处理领域，具体的涉及一种采用植物组合技术适用于人工湿地中处理含有抗生素废水的方法。

背景技术

抗生素(Antibiotic.)自1940年金霉素被发现可以运用在养殖业，促进牲畜生长以后，也被滥用在药物、农业和食品等行业中，近年来由于其产生巨大的环境问题已经迅速成为新型污染物，并且对人体健康构成潜在威胁。抗生素根据其结构特点可分为七大类:大环内酯类、β-内酰胺类、四环素类、喹诺酮类、磺胺类、酚类和青霉素类。其中磺胺类、大环内酯类、喹诺酮类和四环素类在污水中较为常见，大环内酯类抗生素中特别是红霉素，其结构稳定不易去除。现有的处理含有抗生素废水的方法主要有：1)芬顿+BAF处理工艺，此方法投资较大，使用的硫酸、液碱均为危化品，且BAF池易受到冲击造成运行不稳定；2)光催化技术，此方法虽然初期效果明显，但运行成本高，且其所用灯光设备易被污泥糊住，影响透光性；3)三维电极技术：此方法不需投加药剂，但电极表面镀层容易脱落，造成运行管理较为困难。

人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，对污水、污泥进行处理的一种技术。人工湿地特别是人工湿地中的湿地植物，作为一种成本低廉、处理高效的生物处理技术已经运用到城市污水处理中。在人工湿地系统中有效地对抗生素如红霉素进行去除，关键在于植物的选择。现有技术中还未见通过在人工湿地中种植植物对抗生素如红霉素的高效处理的报道。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种处理效率高，成本低的适用于人工湿地中处理含有抗生素废水的方法。

本发明采用的技术方案是：一种适用于人工湿地中处理含有抗生素废水的方法，包括如下步骤：于人工湿地中种植花叶芦竹、香蒲和皇竹草，引入含有抗生素的废水，调节pH为中性，对废水中的抗生素进行处理。

进一步的，每平方米的面积中，按棵数比，花叶芦竹:香蒲:皇竹草＝5～30:5～30:5～30。

进一步的，每平方米的面积中，按棵数比，花叶芦竹:香蒲:皇竹草＝25:20:25。

进一步的，所述抗生素为大环内酯类抗生素、β-内酰胺类抗生素、四环素类抗生素、喹诺酮类抗生素、磺胺类抗生素、酚类抗生素和青霉素类抗生素。

更进一步的，所述抗生素为大环内酯类抗生素。

更进一步的，所述大环内酯类抗生素为红霉素。

本发明的有益效果是：

1、本发明去除效率高。本发明采用多种植物组合技术处理红霉素，由于红霉素疏水性大(logKow＞3)，植物对其具有良好的吸附性能。本发明中，花叶芦竹对抗生素的去除效果较好，皇竹草生长在污泥中对抗生素具有强烈吸附作用，香蒲为人工湿地主要种植植物。将三者结合在一起对废水中红霉素的去除具有加成作用，达到较高的去除效率。

2、本发明去除成本低。本发明中，花叶芦竹，香蒲，竹皇草等植物都来自于自然，花叶芦竹生命力顽强，具有抗寒、喜光、耐湿等特点，香蒲具有须根，可以深入土壤对抗生素进行吸附和耐湿等特点。皇竹草优点是产量高，适应性好，耐寒，价廉易得。将这三种植物组合应用于处理抗生素相比于其他方法成本低廉。

3、本发明采用多种植物组合技术处理红霉素，不仅植物对其具有良好的吸附性能，同时植物还可为相关微生物提供适宜的生长条件。特别是花叶芦竹和香蒲的组合可以对红霉素进行有效去除，皇竹草在污泥中可有效对其进行吸附。

本发明的方法，快速高效、过程简单、节能环保、材料价廉易得、处理过程中不会产生二次污染，红霉素的去除效果好，明显提高了出水水质。

附图说明

图1是实施例中垂直流人工湿地系统下行池结构示意图。

图2是本发明中无植物移植的土壤基质随着时间变化对于红霉素的去除效率曲线图。

图3是本发明中单位面积不同皇竹草种植棵数对于红霉素的去除效率散点图(已扣除土壤基质对红霉素的吸附量)。

图4是本发明中单位面积不同香蒲种植棵数对于红霉素的去除效率散点图(已扣除土壤基质对红霉素的吸附量)。

图5是本发明中单位面积不同花叶芦竹种植棵数对于红霉素的去除效率散点图(已扣除土壤基质对红霉素的吸附量)。

图6是本发明中单一植物的最优数量以及三种植物联合技术随着时间变化对于红霉素的去除效率曲线图(已扣除土壤基质对红霉素的吸附量)。

具体实施方式

实施例1

建立模拟人工湿地：建立垂直流人工湿地系统，每个系统由下行池组成。如图1所示，模拟装置尺寸为150cm×100cm×100cm(长×宽×高)，土壤基质自下而上分别为高度约为20cm的砾石(φ30～40mm)、高度约为20cm的砾石(φ10～20mm)、高度约为20cm的细砂和高度约为10cm的土壤；每个系统中均匀种植下述植物，模拟抗生素废水从模拟湿地上端流入，从下端流出。

配制含有红霉素的废水：向自来水中加入红霉素，调节pH至7.0～7.2，配制浓度为800mg/L的标准浓度溶液。加入的红霉素药品为购置的标准红霉素，CAS号：114-07-8，英文简称：ERY，含量93.5％。

方法：在模拟人工湿地的模拟装置中，在土壤基质上种植植物，然后向装置中倒入模拟含有红霉素的废水，于室温下培养。同时设置一组无植物移植，只存在土壤基质的空白对照。

(一)空白对照

方法：在模拟人工湿地的模拟装置中，在土壤基质上不种植任何植物，然后向装置中倒入1000L配制好的浓度为800mg/L的含有红霉素的废水，置于室温中观察，每天提取50mL于100mL锥形瓶中，离心，冷却至室温，测定红霉素浓度。结果如图2。

由图2可见，随着时间变化，土壤基质对红霉素的去除率逐步上升，第1天红霉素的去除率为40.28％，第3天红霉素的去除率为50.37％，并逐步趋于稳定，第5～7天红霉素去除率稳定，为52.34％，说明模拟人工湿地中土壤基质对于红霉素的去除率约为52.34％。下面的实验中，所给出的红霉素去除率都是扣除52.34％后的去除率。

(二)皇竹草的种植量对红霉素去除率的影响

方法：在模拟人工湿地的模拟装置中，在土壤基质上种植植物，然后向装置中倒入1000L配制好的浓度为800mg/L的含有红霉素的废水，置于室温中观察，一周后提取50mL于100mL锥形瓶中，离心，冷却至室温，测定红霉素浓度。结果如图3所示。

种植植物的方法是：每平方米面积上移植成熟的花叶芦竹20棵，成熟的香蒲20棵，成熟的皇竹草分别为0，5，10，15，20，25，30棵。

由图3可见，随着皇竹草种植数量的增加，红霉素去除率逐步上升，皇竹草为5棵时，红霉素的去除率只有37.58％，当皇竹草的种植达到25棵和30棵时，红霉素的去除率达到84.32％，并可以看出皇竹草在25棵以上对红霉素去除效率趋于稳定。

(三)香蒲的种植量对红霉素去除率的影响

方法：在模拟人工湿地的模拟装置中，在土壤基质上种植植物，然后向装置中倒入1000L配制好的浓度为800mg/L的含有红霉素的废水，置于室温中观察，一周后提取50mL于100mL锥形瓶中，离心，冷却至室温，测定红霉素浓度。结果如图4所示。

种植植物的方法是：每平方米面积上移植成熟的花叶芦竹20棵，成熟的皇竹草20棵，成熟的香蒲分别为0，5，10，15，20，25，30棵。

由图4可见，随着香蒲种植数量的增加，红霉素去除率逐步上升，当香蒲种植数量为5棵时，红霉素的去除率只有47.89％，当香蒲的种植数量达到20-30棵时，红霉素的去除率达到80.35％，并可以看出香蒲在20棵以上对红霉素的去除效率趋于稳定。

(四)花叶芦竹的种植量对红霉素去除率的影响

方法：在模拟人工湿地的模拟装置中，在土壤基质上种植植物，然后向装置中倒入1000L配制好的浓度为800mg/L的含有红霉素的废水，置于室温中观察，一周后提取50mL于100mL锥形瓶中，离心，冷却至室温，测定红霉素浓度。结果如图5所示。

种植植物的方法是：每平方米面积上移植成熟的香蒲20棵，成熟的皇竹草20棵，成熟的花叶芦竹分别为0，5，10，15，20，25，30棵。

由图5可见，随着花叶芦竹种植数量的增加，红霉素去除率逐步上升，当花叶芦竹种植数量为5棵时，红霉素的去除率只有33.56％，当花叶芦竹的种植数量达到25-30棵时，红霉素的去除率达到87.63％，并可以看出花叶芦竹在25棵以上对红霉素的去除效率趋于稳定。

综上，通过上述实验，对红霉素废水采用花叶芦竹-香蒲-皇竹草相结合去除的最佳条件为：每平方米面积上，种植花叶芦竹25棵、香蒲20棵和皇竹草25棵。

(五)单一植物的最优数量及三种植物联合技术随着时间变化对红霉素的去除效率比较

方法：在模拟人工湿地的模拟装置中，在土壤基质上种植植物，然后向装置中倒入1000L配制好的浓度为800mg/L的含有红霉素的废水，置于室温中观察，一周后提取50mL于100mL锥形瓶中，离心，冷却至室温，测定红霉素浓度。结果如图6所示。

种植植物的方法是：分别在每平方米面积上：1)单纯移植成熟的叶芦竹25棵；2)单纯移植成熟的香蒲20棵；3)单纯移植成熟的皇竹草25棵；4)联合移植叶芦竹25棵，香蒲20棵和皇竹草25棵。

由图6可知，当单纯移植花叶芦竹25棵、香蒲20棵和皇竹草25棵对红霉素进行处理时，红霉素的去除率随时间的增长有缓慢提高，但去除率较低，分别为54.53％、43.49％、50.43％。当使用花叶芦竹-香蒲-皇竹草相结合技术去除时，红霉素的去除率远远高于单一植物处理效率，且去除率随时间的增长有很大的提高，在7日时效率达到89.53％。说明花叶芦竹-香蒲-皇竹草相结合技术处理过程中，不仅存在花叶芦竹对红霉素的吸附性和对特殊微生物的生长提供条件，皇竹草根须生长于污泥中对红霉素的固定作用以及香蒲对红霉素的吸附作用。这一结果也从侧面证明了花叶芦竹-香蒲-皇竹草相结合技术的优越性。

Claims (1)

1.一种适用于人工湿地中处理含抗生素废水的方法，其特征在于，方法如下：于人工湿地中种植花叶芦竹、香蒲和皇竹草，引入含有抗生素的废水，调节pH为中性，对废水中的抗生素进行处理，每平方米的面积中，按棵数比，花叶芦竹 :香蒲 :皇竹草=25:20:25；所述抗生素为红霉素。

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