抗生素的高级氧化降解工艺与机理研究进展

2014年10月绦色料技JournalofGreenScienceandTechnology第1O期抗生素的高级氧化降解工艺与机理研究进展符荷花。，陈猛，熊小京(1．厦门大学深圳研究院，广东深圳518057；2．厦门大学环境与生态学院，福建厦门361005)摘要：介绍了高级氧化抗生素废水处理工艺，并综述了常见类型抗生素(8一内酰胺类、磺胺类、大环内酯类、喹诺酮类)的降解机理。关键词：抗生素废水；高级氧化工艺；降解机理中图分类号：X703．1文献标识码：A文章编号：16749944(2014)10—0165—041引言抗生素广泛存在于抗生素生产废水、医院废水口]、城市污水处理厂]、养殖废水、地表水、饮用水]及土壤中，其残留水平从ng／I到g／L，检出的抗生素包括J3一内酰胺类、磺胺类、大环内酯类、氟喹诺酮类、四环素类、林可胺类等。抗生素生产废水、医院废水、养殖废水和生活污水是抗生素的主要环境污染源。抗生素属生物难降解物质]，可长期残留在环境中，对生态环境与人居的危害有：①引起微生物耐药性；②影响水生生物生长和繁殖；③影响植物生长；④影响人类健康。我国是抗生素生产和使用大国，因此，抗生素污染控制技术研究与应用已成为当前环保领域的热点。本文系统介绍常用的高级氧化抗生素处理工艺，并根据抗生素不同分类，对近年8一内酰胺类、磺胺类、大环内酯类、喹诺酮类抗生素高级氧化降解机理的研究进展进行综述。2抗生素高级氧化处理工艺研究常用的高级氧化技术有：光催化氧化(uV／HO、UV／O。、UV／HO。／03、Uv／TiO。和UV／H0／TiO。)、臭氧及组合臭氧氧化技术(O。、O。／HO)、Fenton法(Fe／H2O2)及改进Fenton法(光～Fenton、电一Fenton等)、超声氧化等。该技术是通过羟基自由基(·OH)氧化分解水中有机污染物。·OH氧化能力很强(氧化还原电位高达2．80V)。高级氧化技术处理抗生素的研究报道如表1所示。可以看出，TiO。光催化反应360rain可降解82的磺胺甲嗯唑，反应120min可降解98林可霉素和四环素去除；臭氧氧化反应2O～120min可完全降解喹诺酮类、大环内酯类、四环素类、磺胺类等抗生素。Fenton法能有效降解青霉素类抗生素，最佳反应条件下，Fenton法和光一Fenton法完全降解阿莫西林只需2．5min和3．0min。，完全降解磺胺甲嗯唑和磺胺柳氮磺胺嘧啶需表1高级氧化技术对水中抗生素的处理效果收稿日期：2O13一O62O基金项目：深圳市科技研发资金资助项目(编号：ZYD201111080010A)；福建省自然科学基金项目(编号：2012J01048)资助作者简介：符荷花(1988一)，女，江西人，厦门大学深圳研究院硕士研究生。通讯作者：熊小京(1963)，男，江西人，副教授，主要从事环境工程研究。165符荷花，等：抗生素的高级氧化降解工艺与机理研究进展环境及保护要60min左右’”]。Elmolla口比较了TiO2光催化、UV／ZnO和Fenton、光一Fenton对抗生素的处理效果。几种工艺都能较好地去除J3一内酰胺类抗生素，光催化降解工艺反应速率常数比Fenton和photo—Fenton小很多，可见臭氧氧化和各种Fenton氧化工艺对抗生素去除效果较高，可作为处理实际抗生素废水的首选。3抗生素高级氧化降解机理研究3．18一内酰胺类抗生素p一内酰胺类抗生素含有共同的p一内酰胺环结构，主要有青霉素类(阿莫西林和青霉素G、V等)和头孢菌素(头孢氨苄等)。降解机理研究报道主要涉及青霉素类，较少涉及头孢菌素类。Klauson等∞研究阿莫西林Ti0光催化降解特性。经鉴定降解中间产物发现，降解产物和途径与阿莫西林浓度有关，可能是阿莫西林易吸收其邻近分子表面和空间的活性部位。在1O～25mg／L低浓度下，可能的降解途径为：①与苯环邻近的肽键(表2中阿莫西林结构1位置)断裂，形成对羟基苯甲酸和内酰胺环；②内酰胺键(表2中阿莫西林结构2位置)断裂，然后是相同部位肽键断裂。当浓度为100mg／L时，阿莫西林除上述途径外，还有氨基断裂及羟基化两种途径。表2几种抗生素结构及活性部位Trovo等。研究光一Fenton法阿莫西林降解机理。发现降解过程中有16种中间产物，由此推断阿莫西林的机理为：①羟基化，反应过程中形成羟基自由基攻击亲电子的苯环和氮原子，形成不同中间产物；②B一内酰胺开环，之后脱羧基和甲基氧化；③形成同素异形体，在不同部位羟基化。反应60min所有中间产物均完全降解；还发现，使用草酸铁钾和用硫酸亚铁反应时，产生中间产物有所不同，这可能和降解速率有关。青霉素类降解途径可以分为内酰胺环开环和羟基化(苯环位置)两种。同一抗生素因浓度不同、氧化速率不同其降解中间产物和降解途径也有所不同。3．2磺胺类抗生素磺