合成固体酸强化水解螺旋霉素效能及机制研究

【摘要】：抗生素生产废水中一般含有高浓度的抗生素,在排放到环境水体之前,必须经过有效处理,降低其浓度及生物毒性。近几年,强化水解作为一种新出现的抗生素生产废水处理技术,因其高效性和选择性受到越来越多研究者及环境从业者的关注。通过提高水解温度,降低或升高废水的pH值,抗生素分子药效官能团中的酯键、酰胺键、糖苷键能在一定条件下有效水解,从而有效降低其浓度并削弱其抑菌性。本研究针对螺旋霉素生产废水,采用三种体系的固体酸对其进行强化水解预处理,已期降低其浓度并且降低其生物有效性暨效价。针对TiO2/SO42-型超强酸体系,优化了其制备条件。制备的固体酸总酸度均为1.1-1.2 mmol/g之间;在温度为35℃,固体酸投加量为1.0 g/L,螺旋霉素的初始浓度为20mg/L,经过360min的Ti 15和Ti20的水解过程,螺旋霉素的去除效率可分别达52.7%和61%,效价分别降低69%和71%,浓度和效价去除率与固体酸总酸度呈正比关系,通过提高水解温度可增强水解效能;水解过程中药性官能团碳霉糖脱落,水解产物效价降低;对含443 mg/L螺旋霉素的抗生素生产废水,水解温度为35℃时,固体投量为20 g/L,分别经过固体酸Ti 15和Ti 20的强化水解作用,螺旋霉素浓度分别减小58.8%和99%,残余抗生素效价分别减小56.2%和 94.8%。针对杂多酸体系,试验发现三种杂多酸酸度均在1.1-1.2 mmol/g之间。在同一条件下,三种杂多酸强化水解螺旋霉素的效能顺序为硅钨酸磷钨酸磷钼酸。在水解温度为35℃硅钨酸投量为1.0g/L时,经过360min的强化水解,螺旋霉素浓度和效价均能达到100%去除。水解产物分析发现三种杂多酸的强化水解过程中均有碳霉糖和forosamine糖的脱落,这两种螺旋霉素的药效官能团的掉落会导致其效价的减小。对含443 mg/L螺旋霉素的抗生素生产废水,在水解温度为35℃,硅钨酸投量为10 g/L时,经过60 min的强化水解,废水中螺旋霉素也可达到100%去除。针对SiO2/SO3H固体酸体系,结果表明最优制备条件为0.4 ml硫酸/g的正硅酸四乙酯,锻烧温度600℃,制备材料的总酸度在1.1-1.25 mmol/g之间。在最优水解条件下,经过SiO2/S03H固体酸强化水解,20 mg/L的螺旋霉素能在120 min内100%去除,体系内效价能降低40%。对含螺旋霉素433mg/L的抗生素生产废水进行水解预处理,在温度为35℃C,固体酸投加量为10 g/L条件下,180 min后实际废水中螺旋霉素被去除60%。本论文提出了一种可以在温和条件下强化水解抗生素生产废水的预处理方法,通过优化固体酸的制备条件提高其酸性特性和水解活性,通过优化水解条件提高水解速率和水解效能,最终实现对抗生素浓度、效价和产甲烷抑制性的降低。本工作为抗生素生产废水的预处理提供了一种有效的物化处理方法,可为抗生素生产废水的实际处理提供有效的技术支撑。