UV/Fenton法降解二级出水中典型抗生素的研究

陈路平+王伟杰

摘 要：对UV/Fenton法处理二级出水中残留的抗生素的去除效果进行研究。主要考察H2O2、Fe2+、pH和UV等对去除效果的影响。结果表明，最佳的处理条件为28.00mmol/LH2O2，2.44mmol/LFe2+，3个15w紫外灯照射强度，酸性条件pH3.6，在反应时间56min时，抗生素的去除率达到最佳值86.89%。

关键词：UV/Fenton；二级出水；抗生素；高级氧化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.264

以活性污泥法为主的城镇污水厂对抗生素的处理效果并不理想，在污水厂出水中仍然携带大量抗生素[1]。这也是环境水体中抗生素的主要来源之一。虽然水体中抗生素的浓度较低，一般在ng/L～μg/L，但是长期以往残留的抗生素会对生物带来严重的威胁[2]。因此，深度处理城市污水二级出水，降低废水中抗生素的含量具有重要的现实意义。

高级氧化法处理难降解污染物质有很好的效果，具有工艺简单、去除效果好、流程短易于操作等优点[3]。本实验通过处理二级出水中典型抗生素（磺胺类：磺胺嘧啶、甲氧苄啶、磺胺二甲氧嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺甲惡唑，喹诺酮类：氟罗沙星、培氟沙星、依诺沙星、诺氟沙星、洛美沙星），研究UV/Fenton法氧化降解抗生素的去除效果及影响分析。

1 实验

1.1 废水水样

试验用水取自邯郸某污水厂二级出水，水质结果：pH7.3～7.9，TOC为5.26～10.59mg/L，COD为18.5～41.3mg/L，浊度为1.06～2.7NTU。

1.2 仪器与试剂

仪器：SB-C18高效液相色谱、真空泵、电子天平、DHG-9240烘箱、15w光催化紫外灯管。

试剂：过氧化氢（30%）、硫酸亚铁、硫酸、氢氧化钠、硫代硫酸钠、色谱乙腈、色谱甲醇、色谱甲酸。

1.3 试验方法

水泵将污水厂原水抽入调配箱，用硫酸酸化水样，并投入需要工况条件下的硫酸亚铁浓度，搅拌均匀。开启反应器中紫外灯，上部添加双氧水，底部曝气混合。运行一段时间后，取1000ml水样，迅速用硫代硫酸钠溶液终止反应。水样前处理部分参照文献[4]。

1.4 分析方法

11种液相色谱条件：流动相为：甲醇（A）、乙腈（B）和0.1%甲酸水，流速0.8mL/min，柱温30°C，进样量10μl，梯度洗脱程序：0-17min，15%-55% A，5-25%B；17-19min，55%-15% A，25-5%B；19-20min，15-15% A，5-5%B。色谱图如图1：

对应药物保留时间：磺胺嘧啶6.707min；甲氧苄啶6.87min；氟罗沙星7.411min；依诺沙星7.573min；培氟沙星7.728min；诺氟沙星7.89min；磺胺甲基嘧啶8.111min；洛美沙星8.56min；磺胺二甲基嘧啶9.33min；磺胺甲恶唑11.112min；磺胺二甲氧嘧啶13.577min。

2 结果与讨论

2.1 过氧化氢投加量的影响

2个紫外灯照射强度，铁离子浓度为2.44mmol/L，溶液pH为3.6，反应时间56min时，通过改变双氧水投加量考察对二级废水中抗生素的去除影响。结果见图2。

从图2看出，H2O2浓度增大，废水中抗生素去除率升高而后出现下降，这是因为前期H2O2不足，产生OH·量少，后期H2O2投加量过高，导致H2O2与OH·发生内耗反应。当H2O2为28mmol/L时，抗生素去除率最高，为80.14%。

2.2 铁离子投加量的影响

运行工况为紫外照射强度为2个工作紫外灯照射，初始pH为3.6，反应时间56min，双氧水浓度为28.00mmol/L时，通过改变铁离子投加量考察对抗生素的去除率影响。结果见图3。

从图可以看出，随着铁离子投加量增大，抗生素去除率先增大后减小，这是因为后期铁离子投加量过高，短时间内催化双氧水生成大量OH·，OH·之间碰撞发生内耗，导致OH·含量降低。当铁离子2.44mmol/L时，抗生素去除率最佳，为80.71%。

2.3 溶液pH的影响

运行工况为2个工作紫外灯照射强度，反应时间56min，双氧水浓度为28.00 mmol/L，铁离子浓度为2.44 mmol/L时，通过改变二级出水pH考察对目标抗生素的去除影响。结果见图4。

从图可以看出，当pH为3.6时，去除率最高，达到81.96。在酸性条件下，去除率随着pH降低和先增高后降低，这是因为pH过低，溶液中H+浓度过高，抑制了OH·的产生，并且Fe3+不能顺利的被还原为Fe2+，而pH过高会使Fe3+发生沉淀，减弱铁离子的催化性能。

2.4 UV的影响

运行工况为水样初始pH3.6，反应时间56min，双氧水浓度为28 mmol/L，铁离子浓度为2.44mmol/L时，通过改变紫外灯的工作个数调节紫外照射强度，考察对目标物质的去除率影响。结果见图5。

在紫外—芬顿试剂氧化处理废水中，二价铁离子首先被氧化成三价铁离子络合羟基，三价铁离子吸收紫外能量，分解为二价铁离子和羟基，紫外光的照射，可以增加羟基自由基的浓度，降低目标物质的活化能，增强处理效果[5]。在紫外灯工作个数为3个时，效果最佳，目标物质的去除率为86.89%。

3 结论

利用UV/Fenton法降解二级出水中典型抗生素具有很好的效果，铁离子来源丰富，双氧水又随时可用，且该方法简单、快速、有效，在难生化降解废水处理领域有十分显著的优越性。本实验最佳处理条件为水样初始pH3.6，反应时间56min，双氧水浓度为28 mmol/L，铁离子浓度为2.44mmol/L时，3个紫外灯工作，抗生素最佳去除率为86.89%。

参考文献：

[1]Gao L，Shi Y，Li W，et al.Occurrence of antibiotics in eight sewage treatment plants in Beijing，China.[J]. Chemosphere，2012，86（06）：665-71.

[2]胡洪营，王超，郭美婷.药品和个人护理用品（PPCPs）对环境的污染现状与研究进展[J].生态环境学报，2005，14（06）：947-952.

[3]Ertugay N，Acar F N.Removal of COD and color from Direct Blue 71 azo dye wastewater by Fentons oxidation： Kinetic study[J].Arabian Journal of Chemistry，2017（10）：S1158-S1163.

[4]王钊.药物活性物质在污水处理厂的分布与控制技术研究[D]. 河北工程大学，2015.

[5]谢成，晏波，韦朝海等.焦化废水Fenton氧化预处理过程中主要有机污染物的去除[J].环境科学学报，2007，27（07）：1101-1106.

基金项目： 河北省自然科学基金项目（E080402）

作者简介：陈路平（1989-），男，硕士，主要从事水处理技术的研究。endprint