光助電催化氧化法對(duì)甲硝唑廢水處理實(shí)驗(yàn)

 

        抗生素通常指由細(xì)菌、霉菌或其他微生物在繁殖過(guò)程中產(chǎn)生的，能殺滅或者抑制其他微生物的一類物質(zhì)以及這類物質(zhì)的衍生物，一般用于治療敏感微生物(細(xì)菌或真菌等）所引起的感染[1]，這類物質(zhì)一般具有高生物活性和持久性，因此也存在一定的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。甲硝唑（Metronidazole，簡(jiǎn)稱 MNZ）是抗生素的一種，屬于硝基咪唑類化合物[2]，其應(yīng)用廣泛，具有較高的水溶性且難以被生物降解[3 − 4]，進(jìn)入水體后會(huì)破壞水體中的生物鏈，對(duì)環(huán)境造成很大的破壞，危害人類健康[5]，2017 年國(guó)際癌癥研究中心的致癌物清單中將甲硝唑列為2B 類致癌物，要求不得在動(dòng)物性食品中檢出[6]，因此研究對(duì)水體中甲硝唑的降解處理具有重要意義。

 

        對(duì)于水體中的抗生素，傳統(tǒng)處理方法主要有：物理法、化學(xué)法和生物法等[7]。雖然傳統(tǒng)處理方法處理抗生素廢水已有較多應(yīng)用，但仍有不足之處。例如大多數(shù)生物法處理抗生素廢水時(shí)，由于抗生素或其中間產(chǎn)物對(duì)微生物有抑制作用，會(huì)降低污染物的去除效果。而絮凝沉淀法、吸附法等物理化學(xué)法的處理效果隨水質(zhì)波動(dòng)影響較大[8 − 9]。因此，傳統(tǒng)處理方法降解水體中的抗生素存在一定的局限性，無(wú)法滿足深度處理的排放要求。

 

        本實(shí)驗(yàn)采用光助電催化氧化法降解水體中的甲硝唑，其主要原理是通過(guò)析氯電極將水體中Cl−析出為Cl2，Cl2 溶于水后形成HClLO 及ClO−，HClO 及ClO−在紫外光的輻照下產(chǎn)生Cl·[10]，通過(guò)Cl·與水中同時(shí)產(chǎn)生的·OH 來(lái)有效降解水體中的甲硝唑。主要探究初始pH、甲硝唑初始濃度、電流密度、電解質(zhì)濃度等因素對(duì)處理效果的影響并通過(guò)響應(yīng)曲面法分析得出很佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

 

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

實(shí)驗(yàn)處理水樣為含甲硝唑模擬廢水，由甲硝唑與蒸餾水配置而成，實(shí)驗(yàn)所用材料及藥劑見表1。

實(shí)驗(yàn)選用自制光助電催化氧化反應(yīng)器，見圖1。

反應(yīng)器容積為1 000 mL，電極選用Ti/Ru-Ir 電極作為陽(yáng)極，不銹鋼電極作為陰極，電極尺寸為50 mm×80 mm，厚度為2 mm，陰陽(yáng)極中間裝載28 W 低壓紫外燈，實(shí)驗(yàn)所選用的其他儀器及設(shè)備見表2。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

取一定量甲硝唑，與蒸餾水混合配置成一定濃度的含甲硝唑模擬廢水，每次實(shí)驗(yàn)取800 mL 含甲硝唑模擬廢水于光助電催化氧化反應(yīng)器中，利用NaOH 溶液（0.01 mol/L）和HCl 溶液（0.01 mol/L）調(diào)節(jié)模擬廢水初始pH，添加一定量的電解質(zhì)NaCl，接通電源，調(diào)節(jié)電源參數(shù)，接通低壓紫外燈，反應(yīng)過(guò)程中利用磁力攪拌器進(jìn)行勻速攪拌，反應(yīng)時(shí)間為30 min，分別在反應(yīng)開始后5、10、15、20 和30 min時(shí)取樣，測(cè)定甲硝唑濃度。

 

采用響應(yīng)曲面法分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出很佳實(shí)驗(yàn)效果和實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

1.3 分析方法

水溶液中甲硝唑濃度采用Agilent 高效液相色譜儀進(jìn)行測(cè)定，采用C18 液相色譜柱，流動(dòng)相為乙腈與水的混合溶液（20∶80），流速為1 mL/min，注射體積為20 μL，檢測(cè)波長(zhǎng)為227 nm。

 

2.結(jié)論

實(shí)驗(yàn)以光助電催化氧化法降解水體中甲硝唑，通過(guò)考察各種因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響得出以下結(jié)論：

1）光助電催化氧化降解水體中甲硝唑影響因素主次關(guān)系為：初始pH>甲硝唑初始濃度>電解質(zhì)濃度>電流密度。

2）以Ti/Ru-Ir 電極為陽(yáng)極，不銹鋼電極為陰極，在初始pH 為3、甲硝唑初始濃度為25 mg/L、電流密度為20.7 mA/cm2、電解質(zhì)濃度為5.3 g/L、電極間距為35 mm 的條件下，處理效果很佳，甲硝唑去除率可達(dá)到99.6%。

 

收稿日期：2020 − 02 − 09

作者簡(jiǎn)介：劉　晨（1993 − ），男，碩士研究生。研究方向：電化學(xué)水處理。E-mail：liuchen_993@163.com

引用格式：劉 晨，梁吉艷，孟 靜，等. 光助電催化氧化降解水體中甲硝唑的實(shí)驗(yàn)研究[J]. 環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2020，46（5）：93 − 98.