粉末活性炭對西氿湖突發(fā)氟喹諾酮類抗生素（CIP）污染去除研究

肖倩倩　牛明星　呂藥靈　王致遠　李恭霞

[摘要]：常規(guī)處理工藝對CIP突發(fā)污染去除能力有限，去除率最高為29.5%。粉末活性炭吸附對CIP有很好的去除效果，當(dāng)投加量相同時，隨著CIP初始濃度的增加，粉末活性炭的吸附容量逐漸增大；當(dāng)CIP濃度較高時，需要增加粉末活性炭的投加量才能明顯提高CIP的去除率。

關(guān)鍵詞：粉末活性炭；氟喹諾酮類抗生素（CIP）；去除影響因素

西氿湖是氿濱水廠的備用水源，為水廠的正常供水發(fā)揮著重要作用。西氿湖是天然湖泊，也是重要航道，其上游有很多化工制藥廠，極易發(fā)生諸如化工產(chǎn)品、抗生素、有毒有害藥劑等突發(fā)污染事件。西氿水在監(jiān)測期間，氟喹諾酮類抗生素（尤其是環(huán)丙沙星和諾氟沙星）有檢出，西氿水抗生素污染情況見表1。由表1可知，與其他抗生素相比，在有些月份，水體氟喹諾酮類抗生素環(huán)丙沙星（CIP）濃度很高，有時甚至達到微克級別。

氟喹諾酮類抗生素（FQs）應(yīng)用廣泛，抗菌性強，組織濃度高，過敏率低，吸收性好，半衰期長，價格合理，常用于治療皮膚及軟組織感染、腸道感染等細菌感染性疾病。至2004年FQs 銷售量遙遙領(lǐng)先于其他抗菌性藥物，躋身于前三位。FQs主要包括環(huán)丙沙星（CIP）、諾氟沙星（NOR）、氧氟沙星（OFL）、恩諾沙星（ENR）等。其中CIP是應(yīng)用較為廣泛的FQs，其基本信息見表2。

FQs過度使用出現(xiàn)的不良反應(yīng)（ADR），引起了廣泛關(guān)注。FQs對神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）有很大的毒性，輕者引起頭痛、失眠等問題，重者可致癲癇、驚厥死亡等[1]。Domagala等人[2]研究表明FQs對CNS的興奮刺激與其化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)，側(cè)鏈的取代基可明顯干擾GABA與其受體結(jié)合。Domagala等人[2]也發(fā)現(xiàn)司帕沙星能引起人心電圖的改變，這可能與其抑制hERG鉀通道有關(guān)。

目前對于FQs的去除方法有生物法[3]、物理法[4，5]、化學(xué)法[6]等。生物處理主要包括A/O， A/A/O等。物理法主要是吸附和膜分離。化學(xué)法主要是通過氧化劑本身或其產(chǎn)生的羥基自由基等強氧化劑，氧化降解污染物，從而達到除污的目的。其中，粉末活性炭由于其良好的吸附性能而受到廣泛關(guān)注，多項研究表明其能有效應(yīng)對各類突發(fā)污染問題，是保障飲用水安全的重要手段之一。

對宜興市西氿湖水長期監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，環(huán)丙沙星多數(shù)時候含量低，但在冬季的某些月份較高，最高可達1.15 μg/L。西氿湖上游沿岸有很多制藥廠，湖水易受到抗生素污染的威脅。常規(guī)處理工藝對此的去除效果十分有限，水源一旦突發(fā)污染，需要啟用應(yīng)急處理技術(shù)，保證在最短的時間內(nèi)恢復(fù)供水或不間斷供水。因此，在水源突發(fā)污染事件之前，針對極有可能的突發(fā)性污染物，研究相應(yīng)的應(yīng)急處理技術(shù)，作為突發(fā)污染技術(shù)儲備，對于保障居民飲用水水質(zhì)安全具有重要的意義。

1材料與方法

1.1實驗材料

試驗用水

氿濱水廠備用水源西氿水

粉末活性炭：由木質(zhì)粉末活性炭制取并配制成 10 g/L粉末活性炭溶液備用。

試驗裝置主要參數(shù)：進水流量為1000 L/h，具體參數(shù)見表3。

1.2方法

1.2.1試驗設(shè)計

通過中試試驗進行常規(guī)工藝和粉末活性炭工藝對CIP突發(fā)污染去除效果研究。

研究常規(guī)工藝對CIP去除效果，并分別研究初始污染物濃度和粉末活性炭投加量對西氿湖突發(fā)氟喹諾酮類抗生素（CIP）污染去除研究的影響。

1.2.2分析方法

2結(jié)果與討論

2.1常規(guī)工藝對環(huán)丙沙星突發(fā)污染的去除效果

水廠常規(guī)處理工藝設(shè)計時并未考慮到對突發(fā)污染的處理效果，因而對于可能突發(fā)的污染事件，研究常規(guī)工藝對污染物的去除能力可以為應(yīng)急處理提供技術(shù)指導(dǎo)。本試驗用水為西氿水，通過向原水中加入CIP標(biāo)準溶液，模擬CIP突發(fā)污染。

試驗中混凝劑聚合氯化鋁的投加量為60 mg/L，CIP的初始濃度為2 mg/L， 4 mg/L， 6 mg/L， 8 mg/L， 10 mg/L，測定各工況砂濾出水中CIP濃度，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，隨著CIP、NOR初始濃度的提高，常規(guī)混凝沉淀工藝對CIP的去除率逐漸降低，最高只有29.5 %。常規(guī)處理工藝應(yīng)對CIP突發(fā)污染的能力是遠遠不夠的，需要與其他措施聯(lián)合使用以保證飲用水水質(zhì)達標(biāo)。

2.2粉末活性炭去除CIP突發(fā)污染研究

（1）初始CIP濃度對吸附的影響

粉末活性炭對于CIP有良好的去除效果。在同一批次粉末活性炭投加量的條件下，CIP初始濃度越高，粉末活性炭吸附位點的競爭越大，CIP剩余濃度越高，其去除率反而下降。

（2）粉炭投加量對吸附的影響

在CIP初始濃度為3 ～15 mg/L的范圍內(nèi)，粉末活性炭是影響CIP去除率的限制因素。CIP初始濃度一定時，粉末活性炭投加量增加，吸附CIP的有效位點也隨之增加，CIP的去除率也隨之提高。

3結(jié)論與討論

1.常規(guī)處理工藝對CIP突發(fā)污染去除能力有限，去除率最高為29.5 %。突發(fā)污染時，需要與其他措施聯(lián)合作用以保證飲用水水質(zhì)達標(biāo)。

2. 粉末活性炭吸附對CIP有很好的去除效果。當(dāng)投加量相同時，隨著CIP初始濃度的增加，粉末活性炭的吸附容量增大；當(dāng)CIP和NOR濃度較高時，需要增加粉末活性炭的投加量才能明顯提高CIP和NOR的去除率。

作者簡介*：肖倩倩（1991- ），河南鄭州人，女，碩士研究生，主要從事污泥資源化利用研究 s

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