光助電催化氧化法對甲硝唑廢水處理實驗

 

        抗生素通常指由細菌、霉菌或其他微生物在繁殖過程中產(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)境風險。甲硝唑（Metronidazole，簡稱 MNZ）是抗生素的一種，屬于硝基咪唑類化合物[2]，其應用廣泛，具有較高的水溶性且難以被生物降解[3 − 4]，進入水體后會破壞水體中的生物鏈，對環(huán)境造成很大的破壞，危害人類健康[5]，2017 年國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，要求不得在動物性食品中檢出[6]，因此研究對水體中甲硝唑的降解處理具有重要意義。

 

        對于水體中的抗生素，傳統(tǒng)處理方法主要有：物理法、化學法和生物法等[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，由于抗生素或其中間產(chǎn)物對微生物有抑制作用，會降低污染物的去除效果。而絮凝沉淀法、吸附法等物理化學法的處理效果隨水質(zhì)波動影響較大[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，無法滿足深度處理的排放要求。

 

        本實驗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Cl·與水中同時產(chǎn)生的·OH 來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)濃度等因素對處理效果的影響并通過響應曲面法分析得出很佳實驗參數(shù)。

 

1 材料與方法

1.1 實驗材料與儀器

實驗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，實驗所用材料及藥劑見表1。

實驗選用自制光助電催化氧化反應器，見圖1。

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

1.2 實驗方法

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，每次實驗取800 mL 含甲硝唑模擬廢水于光助電催化氧化反應器中，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，反應過程中利用磁力攪拌器進行勻速攪拌，反應時間為30 min，分別在反應開始后5、10、15、20 和30 min時取樣，測定甲硝唑濃度。

 

采用響應曲面法分析實驗數(shù)據(jù)，得出很佳實驗效果和實驗參數(shù)。

1.3 分析方法

水溶液中甲硝唑濃度采用Agilent 高效液相色譜儀進行測定，采用C18 液相色譜柱，流動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，檢測波長為227 nm。

 

2.結(jié)論

實驗以光助電催化氧化法降解水體中甲硝唑，通過考察各種因素對實驗的影響得出以下結(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，甲硝唑去除率可達到99.6%。

 

收稿日期：2020 − 02 − 09

作者簡介：劉　晨（1993 − ），男，碩士研究生。研究方向：電化學水處理。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驗研究[J]. 環(huán)境保護科學，2020，46（5）：93 − 98.