UV/Fenton法降解二級出水中典型抗生素的研究

陳路平+王偉杰

摘 要：對UV/Fenton法處理二級出水中殘留的抗生素的去除效果進行研究。主要考察H2O2、Fe2+、pH和UV等對去除效果的影響。結果表明，最佳的處理條件為28.00mmol/LH2O2，2.44mmol/LFe2+，3個15w紫外燈照射強度，酸性條件pH3.6，在反應時間56min時，抗生素的去除率達到最佳值86.89%。

關鍵詞：UV/Fenton；二級出水；抗生素；高級氧化

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

以活性污泥法為主的城鎮污水廠對抗生素的處理效果并不理想，在污水廠出水中仍然攜帶大量抗生素[1]。這也是環境水體中抗生素的主要來源之一。雖然水體中抗生素的濃度較低，一般在ng/L～μg/L，但是長期以往殘留的抗生素會對生物帶來嚴重的威脅[2]。因此，深度處理城市污水二級出水，降低廢水中抗生素的含量具有重要的現實意義。

高級氧化法處理難降解污染物質有很好的效果，具有工藝簡單、去除效果好、流程短易于操作等優點[3]。本實驗通過處理二級出水中典型抗生素（磺胺類：磺胺嘧啶、甲氧芐啶、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，喹諾酮類：氟羅沙星、培氟沙星、依諾沙星、諾氟沙星、洛美沙星），研究UV/Fenton法氧化降解抗生素的去除效果及影響分析。

1 實驗

1.1 廢水水樣

試驗用水取自邯鄲某污水廠二級出水，水質結果：pH7.3～7.9，TOC為5.26～10.59mg/L，COD為18.5～41.3mg/L，濁度為1.06～2.7NTU。

1.2 儀器與試劑

儀器：SB-C18高效液相色譜、真空泵、電子天平、DHG-9240烘箱、15w光催化紫外燈管。

試劑：過氧化氫（30%）、硫酸亞鐵、硫酸、氫氧化鈉、硫代硫酸鈉、色譜乙腈、色譜甲醇、色譜甲酸。

1.3 試驗方法

水泵將污水廠原水抽入調配箱，用硫酸酸化水樣，并投入需要工況條件下的硫酸亞鐵濃度，攪拌均勻。開啟反應器中紫外燈，上部添加雙氧水，底部曝氣混合。運行一段時間后，取1000ml水樣，迅速用硫代硫酸鈉溶液終止反應。水樣前處理部分參照文獻[4]。

1.4 分析方法

11種液相色譜條件：流動相為：甲醇（A）、乙腈（B）和0.1%甲酸水，流速0.8mL/min，柱溫30°C，進樣量10μl，梯度洗脫程序：0-17min，15%-55% A，5-25%B；17-19min，55%-15% A，25-5%B；19-20min，15-15% A，5-5%B。色譜圖如圖1：

對應藥物保留時間：磺胺嘧啶6.707min；甲氧芐啶6.87min；氟羅沙星7.411min；依諾沙星7.573min；培氟沙星7.728min；諾氟沙星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；磺胺甲惡唑11.112min；磺胺二甲氧嘧啶13.577min。

2 結果與討論

2.1 過氧化氫投加量的影響

2個紫外燈照射強度，鐵離子濃度為2.44mmol/L，溶液pH為3.6，反應時間56min時，通過改變雙氧水投加量考察對二級廢水中抗生素的去除影響。結果見圖2。

從圖2看出，H2O2濃度增大，廢水中抗生素去除率升高而后出現下降，這是因為前期H2O2不足，產生OH·量少，后期H2O2投加量過高，導致H2O2與OH·發生內耗反應。當H2O2為28mmol/L時，抗生素去除率最高，為80.14%。

2.2 鐵離子投加量的影響

運行工況為紫外照射強度為2個工作紫外燈照射，初始pH為3.6，反應時間56min，雙氧水濃度為28.00mmol/L時，通過改變鐵離子投加量考察對抗生素的去除率影響。結果見圖3。

從圖可以看出，隨著鐵離子投加量增大，抗生素去除率先增大后減小，這是因為后期鐵離子投加量過高，短時間內催化雙氧水生成大量OH·，OH·之間碰撞發生內耗，導致OH·含量降低。當鐵離子2.44mmol/L時，抗生素去除率最佳，為80.71%。

2.3 溶液pH的影響

運行工況為2個工作紫外燈照射強度，反應時間56min，雙氧水濃度為28.00 mmol/L，鐵離子濃度為2.44 mmol/L時，通過改變二級出水pH考察對目標抗生素的去除影響。結果見圖4。

從圖可以看出，當pH為3.6時，去除率最高，達到81.96。在酸性條件下，去除率隨著pH降低和先增高后降低，這是因為pH過低，溶液中H+濃度過高，抑制了OH·的產生，并且Fe3+不能順利的被還原為Fe2+，而pH過高會使Fe3+發生沉淀，減弱鐵離子的催化性能。

2.4 UV的影響

運行工況為水樣初始pH3.6，反應時間56min，雙氧水濃度為28 mmol/L，鐵離子濃度為2.44mmol/L時，通過改變紫外燈的工作個數調節紫外照射強度，考察對目標物質的去除率影響。結果見圖5。

在紫外—芬頓試劑氧化處理廢水中，二價鐵離子首先被氧化成三價鐵離子絡合羥基，三價鐵離子吸收紫外能量，分解為二價鐵離子和羥基，紫外光的照射，可以增加羥基自由基的濃度，降低目標物質的活化能，增強處理效果[5]。在紫外燈工作個數為3個時，效果最佳，目標物質的去除率為86.89%。

3 結論

利用UV/Fenton法降解二級出水中典型抗生素具有很好的效果，鐵離子來源豐富，雙氧水又隨時可用，且該方法簡單、快速、有效，在難生化降解廢水處理領域有十分顯著的優越性。本實驗最佳處理條件為水樣初始pH3.6，反應時間56min，雙氧水濃度為28 mmol/L，鐵離子濃度為2.44mmol/L時，3個紫外燈工作，抗生素最佳去除率為86.89%。

參考文獻：

[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]胡洪營，王超，郭美婷.藥品和個人護理用品（PPCPs）對環境的污染現狀與研究進展[J].生態環境學報，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]王釗.藥物活性物質在污水處理廠的分布與控制技術研究[D]. 河北工程大學，2015.

[5]謝成，晏波，韋朝海等.焦化廢水Fenton氧化預處理過程中主要有機污染物的去除[J].環境科學學報，2007，27（07）：1101-1106.

基金項目： 河北省自然科學基金項目（E080402）

作者簡介：陳路平（1989-），男，碩士，主要從事水處理技術的研究。endprint