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1、磺胺嘧啶(Sulfadiazine,SD)作為一種重要的抗生素類藥物,是由嘧啶環(huán)和苯環(huán)構(gòu)成的是一種含氮、硫的雜環(huán)化合物,是磺胺類藥物的代表,屬于較難生物降解的化合物。由于該類藥物使用量較大,每年都有大量藥物進(jìn)入環(huán)境系統(tǒng)中,給自然環(huán)境,尤其是水環(huán)境系統(tǒng)帶來(lái)不利的影響。因此對(duì)含磺胺類廢水的處理研究日益受到重視。目前大多數(shù)城市生活污水處理廠均以活性污泥法為主,其主要功能以去除氨氮、TP、COD或BOD為主,缺乏對(duì)藥物活性組分有效的去除功能。因
2、此,一旦污水處理系統(tǒng)遭遇到類似嘧啶藥物組分這類具有對(duì)微生物強(qiáng)抑制性成分的排入,輕者導(dǎo)致污水處理效率的下降,重者則導(dǎo)致整個(gè)活性污泥系統(tǒng)的崩潰。而采用有效的處理方法緩解磺胺嘧啶藥物對(duì)微生物的抑制性,加速其在環(huán)境水體中的降解速度,以避免對(duì)人類自身產(chǎn)生危害具有重要的實(shí)際意義。
目前的研究發(fā)現(xiàn),針對(duì)磺胺類藥物廢水,化學(xué)氧化法處理效率較高,但降解不徹底,還可能生成對(duì)環(huán)境有不利影響的中間產(chǎn)物。而單一的生物法降解效率低,還往往受到生物抑制導(dǎo)致
3、生物活性下降。而通過(guò)紫外光解或光催化方法作為生物方法的預(yù)處理,可以明顯地提高磺胺藥物可生化性,并提高它們的降解速率。
本實(shí)驗(yàn)深入探討紫外光促進(jìn)SD生物降解的原因和機(jī)理,通過(guò)分級(jí)動(dòng)力學(xué)描述SD降解情況,分析紫外光照射下的中間產(chǎn)物的生成,探究SD的光解途徑,尤其是在生物降解過(guò)程中,以中間產(chǎn)物作為內(nèi)源電子供體時(shí),基于電子流分布的原理對(duì)比不同中間產(chǎn)物是否對(duì)SD的生物降解產(chǎn)生影響。根據(jù)已有的文獻(xiàn),探究外源電子對(duì)SD生物降解的促進(jìn)作用,并
4、試圖深入探究電子流向和分配情況。結(jié)果表明:
(1)通過(guò)不同紫外光強(qiáng)下,對(duì)比SD的降解速率,通過(guò)分級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,符合0.6級(jí)動(dòng)力學(xué),Pearson系數(shù)均在0.99以上,擬合情況較好。當(dāng)紫外光強(qiáng)度從0.3 mW/cm2逐步增加到0.45 mW/cm2、0.6 mW/cm2和0.9 mW/cm2時(shí),SD的降解速率分別增加了29%、120%和238%。較強(qiáng)的紫外光能夠明顯加速磺胺嘧啶(SD)的降解,這樣有利于節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間,加快實(shí)驗(yàn)進(jìn)程
5、,節(jié)省能源等,也為后續(xù)實(shí)驗(yàn)找出最佳光照強(qiáng)度。
(2)根據(jù)文獻(xiàn),光照實(shí)驗(yàn)取樣結(jié)果分析檢測(cè)和物料平衡的計(jì)算,給出光解途徑,通過(guò)高效液相色譜,定量測(cè)出兩種主要的中間產(chǎn)物:對(duì)氨基苯磺酸(p-aminobenzenesulfonic acid,4-ABS)和二氨基嘧啶(2-aminopyrimidine,2-AP),驗(yàn)證了光解途徑,同時(shí)分析了光解過(guò)程中,N和S的脫除。發(fā)現(xiàn)S基本以離子形式完全脫除,進(jìn)一步驗(yàn)證了光解途徑。
(3)
6、三組模擬實(shí)驗(yàn):2-AP+SD;4-ABS+SD;2-AP+4-ABS+SD,結(jié)果通過(guò)動(dòng)力學(xué)模型描述,對(duì)比發(fā)現(xiàn)2-AP減緩了SD生物降解,而4-ABS則明顯加速了生物降解,說(shuō)明2-AP與SD類似,都存在對(duì)微生物的抑制作用,而光解后促進(jìn)SD生物降解的原因是由于4-ABS的生成。
(4)根據(jù)已有的研究成果,推測(cè)外源電子在生物降解過(guò)程中的加速作用,以4-ABS為主要研究對(duì)象,通過(guò)物料平衡與電子平衡,推測(cè)SD光催化/生物耦合降解途徑。通
7、過(guò)實(shí)驗(yàn)證明,由于SD的初始反應(yīng)速率是單加氧反應(yīng),提高電子供體的濃度可以明顯提高SD的生物降解速率。紫外光解之所以可以提高SD的生物降解速率是因?yàn)樯傻?-ABS可以在生物反應(yīng)時(shí),釋放出電子供體,從而加速了SD的生物降解速率。且SD的生物反應(yīng)與電子當(dāng)量數(shù)成正比。
綜上所述,通過(guò)光解后的磺胺嘧啶不僅可使微生物的抑制性得到緩解,同時(shí)可以有效提高磺胺嘧啶的降解速率,通過(guò)深入探討SD在紫外照射下的降解,了解其光解和生物降解的途徑及不同,
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