CN112142158A - 一种去除水产养殖尾水中抗生素残留的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除水产养殖尾水中抗生素残留的方法，属于水产养殖领域。本发明根据抗生素在海水中独特的光解特性，进行水产养殖尾水中残留抗生素的消减，在尾水处理阶段，通过改变光照强度，光照时间，以满足水产养殖中对海水中残留抗生素的去除，避免养殖尾水中残留抗生素对环境造成危害，进而避免由抗生素所诱导的耐药性造成水产养殖产业的经济损失，同时防止其对人类社会健康造成风险。
Description
技术领域
本发明涉及海水水产养殖尾水处理领域，具体涉及通过UVC-LED对养殖尾水进行照射，已到达对养殖尾水中残留抗生素污染物质的去除。
背景技术
抗生素在水产养殖中被广泛使用，抗生素滥用会导致“超级细菌”的诞生，进一步使得抗生素的使用剂量不断增大，越来越多的抗生素失效，增大了对新型药品的研发需求，造成经济损失。抗生素的滥用主要来源有在临床上过度依赖抗生素并大量使用和在畜牧业饲料中无节制的添加抗生素以预防或治疗疾病。由于抗生素具有难降性并被大量使用、排放，导致其在水体中呈“假持久性”存在。抗生素在环境中持久残留，会影响养殖用药效果、破坏生态环境及危害人类健康。
抗生素污染物在水体中具有三种光解特性：可在水体中通过吸收光能变成激发态引起各种反应的直接光解；通过水体环境中的氧化剂或天然有机物吸收光能进一步诱导的间接光解；吸收光子后抗生素将能量转移生成ROS将抗生素氧化降解的自敏化光解。光照是抗生素在自然水体及养殖尾水中消减的重要途径，直接和间接光解均可能对抗生素的存在形式产生重要影响。
发光二极管简称LED(light emitting diode)，作为一种新型光源，不但具有节能环保、光电转换效率高、寿命长、发热低、智能可调控等优点；还能够精准调控光谱和光强，在工厂化养殖行业中的应用优势明显，现已逐渐代替白炽灯，作为养殖中常用光源。紫外线是阳光中波长为10-400nm的光线，分为UVA(波长320-400nm，长波)、UVB(波长280-320nm，中波)、UVC(波长100-280nm，短波)3种。当λ＞290nm时，光源无法对全部抗生素进行光降解，当λ在200～290nm时，光源对抗生素化合物降解较快且服从准一级反应动力学。
在目前的养殖尾水处理技术包括紫外、臭氧、氯化、高级氧化、机械过滤、活性污泥等技术。紫外不产生对养殖水有害的溴化物及氯化物，相较臭氧及氯化消毒技术更加环保；高级氧化工艺对抗生素及其他污染物的降解非常有效，但其受制于氧化剂的限制，消毒成本高，不适宜在水产养殖过程中进行消毒；机械过滤和活性污泥对抗生素的降解有限，无法去除养殖尾水中抗生素的残留。目前的养殖尾水处理工艺中，主要关注的物质由氮、磷及一些有机污染物等，而对残留的抗生素去除方面缺乏相关的技术支持，因此建立养殖尾水中残留的抗生素物质去除方法具有重要意义。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种去除水产养殖尾水中抗生素残留的方法。
为实现这一目的，本发明采用的技术手段为：
一种去除水产养殖尾水中抗生素残留的方法，根据抗生素在海水中独特的光解特性，进行水产养殖尾水中残留抗生素的消减，在水产养殖尾水处理阶段，通过紫外消毒装置(包括搭建UVC光源设施)对养殖尾水进行持续光照处理，通过调节光照强度和光照时间，进而改变消毒剂量，从而到达对养殖尾水残留抗生素的完全去除。
基于以上方案，优选的，所述的紫外消毒装置设置于在尾水的上方，紫外消毒装置与养殖尾水表面相距1-2cm处，通过调节光照强度和光照时间来达到对残留抗生素的完全去除。
基于以上方案，优选的，所述的紫外消毒装置的结构为本领域的现有技术，包括UVC-LED光源，所述UVC-LED光源的电功率为25W，波长为265nm；光照强度为3-6mw/m2，优选为6mw/m2，在尾水处理中保持持续光照。
基于以上方案，优选的，所述的UVC-LED光源由多个UVC-LED灯珠组成，所述UVC-LED灯珠的数量为25颗。
基于以上方案，优选的，所述的养殖尾水处理阶段设置有搅拌装置，所述搅拌装置为磁力搅拌装置，在所述的磁力搅拌阶段，控制搅拌转速为120-180r/min，优选为150-180r/min，更优选为150r/min；温度控制在20-28℃，优选为25℃，保证处理阶段养殖尾水持续流动。
基于以上方案，优选的，在所述的水产养殖尾水处理阶段，在养殖尾水上方设置装置，保持持续光照时间为0-60min，且不能为0，优选为30-60min，更优选为60min，在养殖尾水下方放置恒温磁力搅拌仪使水体保持流动。
本发明的优点及有益效果是：
本发明是根据养殖尾水中残留抗生素的化学特性，通过特定的UVC-LED装置进行辐照，改善目前的养殖尾水消毒方式，进而控制养殖尾水中残留抗生素的排放，减少残留抗生素造成的生态、经济损失。在尾水处理阶段，通过改变光照强度，光照时间，以满足水产养殖中对海水中残留抗生素的去除，避免养殖尾水中残留抗生素对环境造成危害，进而避免由抗生素所诱导的耐药性造成水产养殖产业的经济损失，同时防止其对人类社会健康造成风险。
附图说明
图1为抗生素在模拟养殖废水中的光解动力学影响；a为恩诺沙星在模拟养殖废水中的光解动力学影响；b氟苯尼考在模拟养殖废水中的光解动力学影响。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术步骤和优点更清晰，以下结合具体实施例对本发明进行详细阐述。
本发明根据养殖尾水中抗生素的化学特性，通过UVC-LED对养殖尾水中残留的抗生素物质进行消解。
养殖尾水处理可在养殖场尾水处理阶段进行，在水产养殖尾水处理的最后阶段中，在尾水上方布置UVC-LED装置。
养殖尾水处理过程中，在养殖水体上方1-2cm设置UVC-LED装置(由25颗UVC-LED灯珠组成作为光源)，电功率为25W，波长为265nm，光照强度分别为0.75、1.5、3、6mw/cm2，在尾水处理过程中保持持续光照。
养殖尾水处理过程中，在尾水下方放置恒温磁力搅拌仪，搅拌转速为150r/min，温度为25℃，保持尾水在处理过程中持续流动。
实施例1
在设施渔业教育部重点实验室的实验室进行实验，以水产养殖中常用抗生素恩诺沙星和氟苯尼考为研究对象，通过调节UVC-LED光辐照强度为：6mw/cm2、3mw/cm2、1.5mw/cm2、0.75mw/cm2。对模拟养殖废水中添加初始浓度为10mg/L的恩诺沙星和氟苯尼考溶液进行光照降解，第0、5、10、20、30、40、50、60min测定抗生素含量。其中模拟海水使用纯水配置，添加试剂为30g/L NaCl，13.01g/L MgCl2，3.976g/L Na2SO4；模拟养殖废水是使用模拟海水配置，另添加0.0057g/L NH4Cl，0.011g/L NaHCO3，0.0017g/L Na2HPO4，0.0006g/L KH2PO4，0.01g/L葡萄糖。
如图1所示，在不同光强UVC-LED照射初始浓度为(10mg/L)的恩诺沙星(a)和氟苯尼考(b)30min后，随着光强的增大，其降解速率依次增加6mw/cm2＞3mw/cm2＞1.5mw/cm2＞0.75mw/cm2。当使用6mw/cm2光强照射时，恩诺沙星的降解速率常数为0.1919，氟苯尼考的降解速率常数为0.2371；恩诺沙星在模拟养殖废水中半衰期为3.61min；氟苯尼考在模拟养殖废水中半衰期为2.92min。
此外，据下表显示，不同光强UVC-LED对恩诺沙星和氟苯尼考在不同水体中的降解速率均为模拟养殖废水＞模拟海水＞纯水。各光解反应均符合一级动力学反应方程，R2＞0.95，具有良好的线性关系。UVC-LED照射下，恩诺沙星在不同条件下降解速率变化较为明显。恩诺沙星的光降解速率随着初始浓度的增加，光解速率常数依次降低。且相同恩诺沙星浓度在不同水体的降解速率为模拟养殖废水＞模拟海水＞纯水。初始浓度对氟苯尼考的光降解速率影响较小，其降解速率在不同水体中的变化与恩诺沙星相一致。
注：C0是抗生素初始浓度(mg/L)；x是光照时间(min)；C是x时刻抗生素浓度(mg/L)。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种去除水产养殖尾水中抗生素残留的方法，其特征在于：在养殖尾水处理阶段，通过紫外消毒装置对养殖尾水进行光照处理，用于去除水产养殖尾水中抗生素残留。
2.根据权利1要求所述的去除养殖尾水中残留抗生素的方法，其特征在于：所述的紫外消毒装置设置于养殖尾水的上方。
3.根据权利2要求所述的去除养殖尾水中残留抗生素的方法，其特征在于：所述的紫外消毒装置与养殖尾水表面相距1-2cm。
4.根据权利要求1、2或3所述的去除水产养殖尾水中抗生素残留的方法，其特征在于：所述的紫外消毒装置包括UVC-LED光源，所述的UVC-LED光源的电功率为25W，波长为265nm，光照的强度为3-6mw/cm2。
5.根据权利要求4所述的去除水产养殖尾水中抗生素残留的方法，其特征在于：所述的UVC-LED光源由多个UVC-LED灯珠组成。
6.根据权利要求1或4所述的去除水产养殖尾水中抗生素残留的方法，其特征在于：所述的光照的时长为0-60min，且不能为0。
7.根据权利要求1所述的去除水产养殖尾水中抗生素残留的方法，其特征在于：所述的养殖尾水处理阶段设置有搅拌装置。
8.根据权利要求7所述的去除水产养殖尾水中抗生素残留的方法，其特征在于：所述的搅拌装置为磁力搅拌装置。
9.根据权利要求7或8所述的去除水产养殖尾水中抗生素残留的方法，其特征在于：所述的搅拌装置的转速为120-180r/min，温度为20-28℃。
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