活性炭工藝對氟喹諾酮的去除及藥物對微生物的影響研究.pdf

1、氟喹諾酮類(FQs)抗生素作為一類應(yīng)用廣泛的合成類抗菌藥，目前已在世界各國的水體中被檢出。而研究顯示，常規(guī)的水處理工藝并不能有效地去除這些微量的抗生素。通過在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化，食物鏈的富集，抗性細(xì)菌的作用，這類污染物最終會對人類健康以及生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的威脅。因此，需要尋求有效的處理方法來去除水中存在的這類抗生素。本課題選取了兩種檢出頻率較高的FQs抗生素，左氧氟沙星(LVF)和諾氟沙星(NOR)，研究了其在生物活性炭工藝和活性炭吸附中

2、的去除效果，去除規(guī)律和作用機(jī)制，并考察了FQs對生物膜中微生物的影響。
　　活性炭對氟喹諾酮類藥物表現(xiàn)出較高的吸附速率，50mg四種粉末活性炭吸附250mL濃度為20mg/L的LVF和NOR溶液，活性炭的吸附容量分別為qe(KOH改性)＞qe(NHCl改性)＞qe（F炭）＞qe（H炭）。剛開始吸附速率較大，然后趨緩，在2小時(shí)內(nèi)幾乎達(dá)到平衡。吸附過程基本遵循一級動力學(xué)方程，相關(guān)系數(shù)R2大多在0.96以上;用langmuir和freu

3、ndlich等溫方程對吸附數(shù)據(jù)擬合，發(fā)現(xiàn)langmuir等溫線的相關(guān)系數(shù)R2大多在0.96以上，高于freundlich等溫線的R2＜90％。用50 g/L KOH和NH4Cl的溶液對活性炭進(jìn)行改性，使得活性炭比表面和游離羥有所增加，從而提高了飽和吸附容量和吸附速率，發(fā)現(xiàn)KOH改性略優(yōu)于NH4Cl。溫度從25℃升高到45℃對活性炭的飽和吸附量影響不明顯。另外，分析發(fā)現(xiàn)活性炭與抗生素LVF和NOR之間的作用力主要為氫鍵和酸堿相互作用，影響

4、吸附速率的因素主要為活性炭的親水性和孔徑大小。
　　生物活性炭柱對平均進(jìn)水濃度為500μg/L的FQs抗生素飲用水去除規(guī)律顯示，去除率至少達(dá)到90％。通過對比進(jìn)藥初期和后期NOR在生物活性炭柱水流方向的去除情況發(fā)現(xiàn)，活性炭柱運(yùn)行初期，水中抗生素的濃度隨高度呈指數(shù)衰減，去除作用以吸附為主，出水平均濃度為5μg/L，而到運(yùn)行后期，污染物隨高度遞減速率降低，出水濃度達(dá)到40μg/L左右，此時(shí)為吸附和生物作用協(xié)同去除NOR?？疾焖蠨OC

5、濃度，停留時(shí)間，及溫度三者的變化對生物活性炭運(yùn)行效果的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)DOC與NOR的去除呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，當(dāng)水中DOC濃度從5mg/L梯度增加到10mg/L，15mg/L時(shí)，出水NOR的平均濃度相應(yīng)從5μg/L上升為10μg/L，30μg/L;而溫度從15℃上升到20℃時(shí)，有機(jī)物和藥物的去除并未呈現(xiàn)規(guī)律性的變化;另外，改變柱子的停留時(shí)間分別為13.1min，5.0min，出水中NOR的平均濃度為29μg/L，87μg/L。停留時(shí)間過短時(shí)，生

6、物活性炭柱穩(wěn)定性變差，出水濃度上升。比較木質(zhì)炭為填料的A柱和煤質(zhì)炭為填料的B柱發(fā)現(xiàn)，活性炭填料的性能是影響生物活性炭柱的運(yùn)行的重要因素。后者的的比表面積，孔容將近前者的2倍，對水中的有機(jī)物及NOR的吸附效果顯著。另外，通過對已成熟掛膜的生物活性炭的研究發(fā)現(xiàn)，就木質(zhì)炭而言，掛膜生物炭比非生物炭具有更大的比表面和孔隙;媒質(zhì)炭則相反?？疾焐锘钚蕴恐コ嬘盟械腘OR的作用機(jī)制進(jìn)行發(fā)現(xiàn)，生物活性炭柱對污染物的降解是吸附和生物降解的協(xié)同作用的

7、結(jié)果。而不同活性炭，其吸附和生物降解所發(fā)揮的作用有所差別，實(shí)驗(yàn)中NOR在木質(zhì)生物炭中的降解，其生物降解占總?cè)コ实?0％，煤質(zhì)生物炭的去除則以吸附為主，微生物只發(fā)揮了10％～20％的作用。
　　通過研究生物活性炭上微生物發(fā)現(xiàn)，在水流方向上，微生物的數(shù)量逐漸減少，而微生物的種類差別不大。為了進(jìn)一步了解水中所含抗生素NOR對活性炭柱子中微生物的影響。選取其中的兩種優(yōu)勢菌，由菌種測定為缺陷短波單胞菌和嗜麥芽窄食單胞菌，進(jìn)行抗性研究。通過

8、不同濃度含藥培養(yǎng)基的抗性培養(yǎng)，其抗藥性得到明顯的提升，缺陷短波單胞菌和嗜麥芽窄食單胞菌最低抑制濃度分別從2mg/L提高到5mg/L，從5mg/L提高到10mg/L。選取經(jīng)過誘導(dǎo)抗藥性更強(qiáng)的菌種進(jìn)行抗性基因的研究測試，發(fā)現(xiàn)并未檢測到gyrA亞基，parC亞基以及qnr質(zhì)粒攜帶與喹諾酮類抗生素耐藥相關(guān)基因。因此，這兩種菌種的抗藥性的提高并不是由于抗性基因的結(jié)果，可能存在其它的機(jī)制使其抗藥性增強(qiáng)。進(jìn)一步對子代菌種的空白培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，其抗藥性有所下