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磺胺类抗生素广泛用于预防和治疗革兰氏阳性和阴性菌引起的细菌感染性疾病,还能够用作增强动物生长的饲料补充剂,具有抗菌谱广、价格低廉、化学性质稳定、使用方便等优点,因而是使用量最大的抗生素之一.据报道可知,挪威、英国、韩国、瑞士和丹麦兽用药中磺胺类药物的使用量分别占其国家总兽用抗生素使用量的25%、19%、15%、15%、12%。
我国的磺胺类药物生产呈现持续增长的趋势,从20世纪80年代到2003年产量由5000t增加到了20000t。大部分抗生素具有水溶性,人类和动物服用的抗生素有30%~90%将随着粪尿排出体外。污水处理厂中未降解的PPCPs会随着污水厂出水进入水环境中,SMX是我国天然水环境中被报道次数最多的抗生素。研究表明,传统活性污泥法对磺胺类抗生素的平均去除率为51%~93%,其中磺胺甲恶唑的去除效果最差,普遍为20%~60%,甚至出现负去除现象,出水中质量浓度最高达到2140ng/L。再生水回用作为“城市第二水源”,污水厂出水是主要的再生水水源,污水厂中未降解PPCPs重新回到人生活圈的重要途径。
我国再生水中的抗生素残留质量浓度在μg/L级,北京6座污水厂中SMX在进、出水中的平均质量浓度分别为(1.20±0.45)μg/L和(1.40±0.74)μg/L,现有的常规深度水处理工艺对SMX的去除效果有限,因此该研究选取SMX为目标污染物,研究高效、可行的PPCPs消减技术,对提高再生水水质和推行再生水利用方面具有很大的意义。在UV/NaClO高级氧化过程中,会产生具有非选择性的羟基自由基(HO·)和对亲电官能团具有高反应活性的氯自由基(Cl·),因而对难降解的有机微污染物具有较好的去除效果。与UV/H2O2相比,通过在投加NaClO之后添加紧凑的UV系统,更容易改造现有的处理系统,能够保证出水中的消毒物质,无需额外淬灭氧化剂。同时,UV/HOCl工艺降解有机微污染物的电耗降低30~70%,运营和资产成本降低30~50%。
以前的研究通常以高污染物质量浓度(mg/L)进行研究,在典型的地表水中PPCPs质量浓度处于ng/L~μg/L水平,该研究以1μmol/L(253μg/L)为初始质量浓度,具有更高的科学性和精确度。该实验对比了单独UV、单独NaClO、UV/H2O2、UV/NaClO等几种降解方法对磺胺甲恶唑的去除效果.考察溶液初始NaClO投加量、pH和腐殖酸等对SMX去除效果的影响,评估反应过程中消毒副产物三氯甲烷的生成情况。采用北京市某再生水厂的滤池出水,验证UV/NaClO高级氧化工艺对实际水体中磺胺甲恶唑的降解效能。
实验所用SMX(纯度>99%),购自Sigma-Aldrich公司,用甲醇配成质量浓度为1g/L的储备液,存于−20°C冰箱中.乙腈购自美国Sigma-Aldrich公司,甲酸购自美国MREDA公司,均为色谱纯.NaClO(有效氯质量分数为8%)、Na2S2O3购自西陇科学,均为分析纯.腐殖酸(黄腐酸纯度≥90%),购自阿拉丁试剂有限公司.实验使用超滤机(立升LH3-3Ad)过滤后的自来水配制反应溶液。
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