水中磺胺甲噁唑去除技術(shù)的研究進(jìn)展

黃智奔 陳菊香 包麗麗 董博康

（新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院 新疆烏魯木齊 830002）

引言

近年來，隨著各種含磺胺類抗生素的醫(yī)藥及個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品（pharmaceuticals and personal care products,PPCP）在日常生活中被人們廣泛使用，在許多國(guó)家和地區(qū)的不同水環(huán)境中都檢測(cè)到了此類抗生素，日漸引起人們的關(guān)注。廣泛使用的磺胺類抗生素包括磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺甲基嘧啶等幾十種[1]?；前奉惪股厥且环N大分子有機(jī)物，且不易被降解，從而會(huì)長(zhǎng)期存在水環(huán)境中，使細(xì)菌的耐藥性更強(qiáng)，長(zhǎng)期存在于自然環(huán)境中，通過食物鏈進(jìn)入人體后，使抗生素藥物的作用降低，危害人體健康[2]。

1 水中磺胺甲噁唑的污染現(xiàn)狀及危害

磺胺甲噁唑是一種典型的磺胺類抗生素，其抗菌譜廣、抗菌作用強(qiáng)，能夠阻礙細(xì)菌生長(zhǎng)，被攝入生物體后少部分殘留體內(nèi)，大部分以原型態(tài)或代謝產(chǎn)物的形式進(jìn)入環(huán)境中[3]。生活在含有磺胺甲噁唑的水環(huán)境中的生物，會(huì)影響其生長(zhǎng)和繁殖，被人類食用后也會(huì)對(duì)身體健康造成不良影響。目前的飲用水處理技術(shù)無法完全去除水中抗生素，部分去除飲用水中抗生素的處理技術(shù)會(huì)產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物，這些殘留的抗生素以及有毒副產(chǎn)物會(huì)對(duì)人體免疫系統(tǒng)及腎臟受到毒性損傷，甚至?xí)疬^敏反應(yīng)和三致作用[4]。因此，需要深入研究和開發(fā)磺胺類抗生素的去除技術(shù)，不斷探索對(duì)水中磺胺類抗生素更加經(jīng)濟(jì)、安全的處理方法。

2 水中磺胺甲噁唑的相關(guān)去除技術(shù)

面對(duì)水中污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境及人體健康的嚴(yán)重威脅，在眾多研究中選擇出經(jīng)濟(jì)且高效安全的去除技術(shù)有著重要的意義。目前，水中磺胺類抗生素的主要處去除技術(shù)有生物法、物化法及高級(jí)氧化法等。

2.1 生物法

生物法是利用微生物自身的新陳代謝對(duì)污染物進(jìn)行降解，以達(dá)到去除的目的，具有成本低、反應(yīng)條件溫和的特點(diǎn)。常見的方法有好氧生物降解法、厭氧生物降解法和人工濕地處理工藝等。根據(jù)目前的報(bào)道好氧生物降解適合處理濃度較低的廢水，厭氧生物法適用于處理污染物濃度較高的廢水，但是出水質(zhì)量差且水量小，所以通常采用好氧與厭氧生物組合處理工藝來提高污染物的處理效果。人工濕地處理工藝在去除常規(guī)污染物的同時(shí)，對(duì)重金屬污染物、難降解和大分子有機(jī)物也具有一定的去除效果。

Sochacki 等[5]利用垂直流濕地的環(huán)境，處理濃度為0.5mg/L 的磺胺甲噁唑和雙氯芬酸，結(jié)果顯示磺胺甲噁唑去除率超過90%。李麗等[6]利用垂直潛流和水平潛流的組合濕地方法凈化污水處理廠廢水，有植物的濕地對(duì)磺胺類抗生素的去除率明顯高于無植物的濕地，說明濕地植物能起到吸收和轉(zhuǎn)化的效果。

2.2 物化法

物化法指的是利用物理作用和化學(xué)反應(yīng)綜合過程處理廢水，使污染物和目標(biāo)水體進(jìn)行分離，常見的方法有膜處理法、吸附法和混凝法等。

2.2.1 膜處理法

膜處理法是由于膜具有選擇分離功能，利用膜兩邊的壓力差將水中污染物進(jìn)行分離，主要包括微濾、超濾、納濾和反滲透。其中微濾和超濾對(duì)抗生素的去除率較低，則多采用納濾和反滲透來截取水中污染物。

朱學(xué)武等[7]采用超濾/納濾組合工藝處理錢塘江水系中磺胺類抗生素，堿性環(huán)境中對(duì)磺胺類抗生素的去除率可達(dá)99.9%，加入二價(jià)離子會(huì)改變膜表面電荷密度，提高了對(duì)磺胺類抗生素的去除效果。

研究證實(shí)多種膜的組合處理技術(shù)會(huì)有更好的去除率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)組合工藝對(duì)水中重金屬離子和無機(jī)鹽離子也有很好的去除效果。張晗等[8]研究幾種不同可溶性有機(jī)物（DOM）對(duì)納濾膜去除磺胺甲噁唑，發(fā)現(xiàn)腐殖酸等親水性有機(jī)物能提高對(duì)磺胺甲噁唑的去除率,最高時(shí)能達(dá)到96%。

2.2.2 吸附法

吸附法是利用固體吸附劑的物理和化學(xué)吸附性能，對(duì)水中污染物的分離技術(shù)，有著能耗低、可再生、去除率高以及操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，現(xiàn)在有石墨烯、活性炭和生物質(zhì)多級(jí)孔碳材料等吸附劑。

LIU 等[9]研究了顆粒狀活性炭對(duì)四種抗生素的吸附效果，結(jié)果表示顆粒狀活性炭對(duì)磺胺甲噁唑的吸附效果最好。LIAN 等[10]利用中藥渣在不同溫度下制備生物炭吸附水中磺胺甲噁唑，研究結(jié)果表示，當(dāng)溫度為250°C 時(shí)，吸附效率相比其他溫度都有不同程度的提高。

2.3 高級(jí)氧化法

高級(jí)氧化法利用羥基自由基（·OH）來氧化降解水中污染物，降解效率高、去除效果好并且處理污染小，常見的方法有過硫酸鹽氧化法、Fenton 法、臭氧法和光降解法等。

2.3.1 活化過硫酸鹽法

活化過硫酸鹽是一種新興且高效的處理技術(shù)，過硫酸鹽在多種活化方式下都可以生成有強(qiáng)氧化性的·SO4-從而達(dá)到去污效果。

吳梅等[11]使用Cl-活化過一硫酸鹽法降解磺胺甲噁唑，當(dāng)Cl-和過一硫酸鹽同時(shí)存在，磺胺甲噁唑濃度為200mmol/L，30 分鐘就能完全降解，降解速度隨著過一硫酸鹽含量、初始pH 的增加而加快?？递磔淼萚12]在紫外光活化過硫酸鹽降解磺胺甲嘧啶體系中發(fā)現(xiàn)，通過添加自由基捕獲劑時(shí)發(fā)現(xiàn)，·SO4-在酸性和弱堿性條劍俠起主要作用，·OH 在堿性條件下起主要的作用。

2.3.2 Fenton 法

Fenton 試劑由亞鐵鹽和過氧化氫組合而成，利用催化劑、光輻射或者電化學(xué)作用通過過氧化氫產(chǎn)生的·OH，有效氧化去除傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)無法去除的難降解有機(jī)物。

張萌等[13]使用了將電Fenton 和太陽(yáng)光結(jié)合的方式降解磺胺甲噁唑，發(fā)現(xiàn)將電光組合使用對(duì)磺胺甲噁唑的去除率更高。遲翔等[14]在探究Fenton 法直接處理沼液中抗生素時(shí)發(fā)現(xiàn)，在磺胺類和四環(huán)素類抗生素去除率較高的情況下，添加Fenton 試劑基本不會(huì)影響沼液中原有養(yǎng)分的含量。

2.3.3 臭氧法

臭氧法是指利用含低濃度臭氧的空氣或氧氣，氧化水中有機(jī)或無機(jī)污染物，從而對(duì)水體進(jìn)行消毒、脫色、除污及除臭等工藝，分為直接氧化和間接氧化，直接氧化是指臭氧分子直接與污染物發(fā)生反應(yīng)；間接氧化則是利用分解產(chǎn)生的·OH 氧化污染物。

金昊等[15]通過降解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模擬，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度為298K，臭氧濃度為0.5mg/L，磺胺類抗生素濃度為5mg/L 時(shí)，在0～30min 內(nèi)抗生素殘留率驟降。周婷娟等[16]將羥基化鋅（ZnOOH）作為催化劑，研究其催化臭氧（O3）氧化去除水中磺胺嘧啶的效果，結(jié)果表明羥基化鋅催化臭氧的去除效果很強(qiáng)，去除率達(dá)到了98.83%。

2.3.4 高鐵酸鉀氧化法

高鐵酸鉀對(duì)微生物、內(nèi)分泌干擾物等難降解有機(jī)物以及H2S 等無機(jī)物有著很好的去除作用，同時(shí)過程中不會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷、鹵乙酸、溴酸鹽等有害副產(chǎn)物，是一種綠色強(qiáng)氧化劑。

馬艷等[17]在研究高鐵酸鉀去除水中磺胺甲噁唑中發(fā)現(xiàn)，高鐵酸鉀對(duì)磺胺甲噁唑有著很好的降解作用，在中性條件下，0.02mmol/L 的磺胺甲噁唑經(jīng)0.1mmol/L 高鐵酸鉀氧化10min 后，去除率可達(dá)91.5%。結(jié)果表明高鐵酸鉀投放量的增加會(huì)使磺胺甲噁唑的反應(yīng)速率和去除率大大提高，但會(huì)使高鐵酸鉀穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致單位高鐵酸鉀降磺胺甲噁唑的能力下降。目前，高級(jí)氧化法的大規(guī)模使用并無技術(shù)保障，其經(jīng)濟(jì)成本及安全性值得研究和探討。

2.3.5 光降解法

光降解是指由于光的作用而引起的污染物分解的現(xiàn)象，在光的作用下，大分子有機(jī)化合物降解為碳原子較少的同系物。光降解又分為直接光降解法和間接光降解法。

李聰鶴等[18]利用海水中天然有色溶解有機(jī)物（CDOM）光降解磺胺甲噁唑，發(fā)現(xiàn)鹽度、硝酸根離子等環(huán)境因素會(huì)對(duì)反應(yīng)過程造成一定影響，實(shí)驗(yàn)中使用的四種CDOM 都對(duì)磺胺甲噁唑的降解起到了促進(jìn)的作用。

孫興霞等[19]研究了水中磺胺類抗生素的光降解及富里酸對(duì)磺胺甲噁唑和磺胺嘧啶降解效果的影響，當(dāng)富里酸濃度高時(shí)會(huì)促進(jìn)磺胺嘧啶的降解。王廣生等[20]發(fā)現(xiàn)在UV/NO3-體系對(duì)水中磺胺甲噁唑的降解中，NO3-濃度的增大會(huì)導(dǎo)致體系中·OH 的含量增高，因而磺胺甲噁唑的降解效率也會(huì)提高。

結(jié)語

水環(huán)境中殘留的磺胺甲噁唑?qū)λY源的安全利用造成了隱患，人們無法利用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行完全的去除。目前，水處理廠的傳統(tǒng)工藝技術(shù)并不理想，存在許多不足，比如生物處理法并不能去除所有種類的抗生素；吸附法、膜處理法和高級(jí)氧化法是理想的處理手段，但是需要控制成本并找出更高效安全的工藝技術(shù)。總的來說，水中磺胺甲噁唑的去除技術(shù)需要得到改進(jìn)和加強(qiáng)，需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上尋找新的技術(shù)和降解方法，保障用水安全，這需要展開更深入的研究。