生物海绵铁体系降解环丙沙星特性研究及机理初探

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:yanyong
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环丙沙星(Ciprofloxacin,简称CIP)是一种人工合成的抗生素,具有良好抑菌作用,对微生物具有强烈的毒性。由于其广泛使用于医疗、养殖等行业,使得在城市污水处理厂进水中含有一定量的CIP,其浓度达到ng·L-1甚至mg·L-1级别,对城市污水处理厂正常生化处理产生一定的影响,甚至对水生态环境产生严重的破坏。因此,研发经济有效、易于工程化应用的CIP处理工艺显得尤为重要。生物海绵铁体系是将海绵铁以一定方式介入到活性污泥中而形成的复杂体系,该体系兼具铁碳微电解法、生物铁法、Fe0/O2体系等多种复杂的作用,前期研究表明,海绵铁在电化学及生物作用下溶出的Fe2+在氧化的同时可以产生H2O2和·OH,从而促进体系类Fenton反应的产生,对难降解有机物产生强化降解作用,但对CIP的研究少见报道。本研究以模拟CIP废水为对象,通过平行对比实验考察了生物海绵铁体系对环丙沙星的强氧化作用,探讨了反应器运行条件对生物海绵铁体系降解CIP的影响,并对其降解机理进行了初步探讨。另外,从长期运行的降解环丙沙星的生物海绵铁反应器中筛选出了一株具有铁氧化功能的高效CIP降解菌,考察了该菌株在CIP废水中的生长及其降解特性。研究得出以下结论:(1)不论从COD和CIP的降解效果,还是对于高浓度CIP的适应性和抗冲击性来看,生物海绵铁体系均好于海绵铁体系及普通活性污泥体系,当CIP浓度增加到5mg/L时,普通活性污泥体系已完全解体,反应体系对CIP已完全失去降解能力。(2)生物海绵铁体系在CIP浓度为20mg/L以下均具有良好的耐受性和降解率,最佳海绵铁粒径为300目铁粉,海绵铁最佳投加量为45g/L,最佳初始pH为5,验证了类Fenton效应普遍发生于酸性环境中。(3)筛选了一株具有铁氧化功能的的CIP高效菌,命名为菌株P-3,该菌株为革兰氏阴性菌。利用Logistic方程对该菌株生长曲线进行拟合,得到该菌株在16h时生长量达到最大值。该菌株降解CIP时的最佳反应条件为菌液投加量为10%,温度为30℃,pH为7。(4)利用GC-MS监测间歇式生物海绵铁体系周期内CIP变化及中间产物浓度随时间的变化发现,CIP降解产物中包括丙二酸、尿素、丙二醇、对苯二甲酸这些小分子物质。通过驯化后活性污泥体系、经灭活过的驯化后活性污泥体系及灭活后驯化活性污泥体系+淬灭剂的平行对比实验分析了生物海绵铁体系降解CIP的作用占比,结果发现,体系降解作用占比分别为吸附作用占比71.48%;生物作用所占比例为17.23%,;Fenton作用所占比例为11.31%,其他作用忽略不计。
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