原电池耦合 AO-MBR 工艺去除畜禽养殖废水中的盐酸四环素

TCs具有生物抑制作用，所以可生化性较差。零价铁(zerovalenceiron，ZVI)既是微生物的营养元素和高效催化剂，又是一种酶的激活剂[9]，能提高有机物污染物的可生化性。A/O-MBR工艺易于延长污泥停留时间(sludgeretentiontime，SRT)，富集硝化细菌，提高污泥浓度，具有占地面积小、抗冲击负荷强[10]、对有毒污染物去除效率高等优点，因此，适用于畜禽养殖废水中TCs的去除。本研究主要分析了盐酸四环素(tetracyclinehydrochloride，TC-HCl)的降解特性，为废水中TC-HCl的归趋和环境行为的研究提供参考；同时利用零价铁与不锈钢网膜构成的原电池与传统A/O-MBR工艺相耦合，探究该工艺在畜禽养殖废水中TC-HCl净化处理中的适用性和优势，为畜禽养殖废水中TCs处理工艺的选择提供参考。1实验部分1.1TC-HCl的理化性质实验所用TC-HCl为阿拉丁试剂，纯度为96%，分子式为C22H25ClN2O8，相对分子质量为480.90，熔点为220~223℃，大鼠口服实验的半致死量为6443mg·kg−1。1.2实验装置与条件实验采用自主设计的原电池耦合A/O-MBR(见图1)，反应器总体积为46cm×28cm×70cm，好氧池与厌氧池的体积比为2∶1。厌氧池内置1块3mm×200mm×300mm的铁片，底部填充有煤质柱状活性炭；好氧池内共置有4块有效膜面积为22.7cm×17.5cm的不锈钢网膜组件并填充以直径为15mm的星型悬浮填料。铁片与不锈钢网膜间通过外接100Ω电阻形成闭合回路。系统为底部进水，连续曝气，出水经不锈钢膜件过滤后抽出。实验通过投加蔗糖、氯化铵、磷酸二氢钾和盐酸四环素对畜禽养殖废水进行模拟，并维持进水COD、TN和TP分别为500、25和5mg·L−1左右。实验混合液回流比为90%，水力停留时间(hydraulicretentiontime，HRT)为24h，跨膜压差(transmembranepressure，TMP)达到0.03MPa时进行膜清洗。系统厌氧池(A池)与好氧池(O池)的电导率分别为826μS·cm−1和658μS·cm−1，开路电压为0.309V，平均输出电压为0.164V，功率密度为0.011W·m−3。构成原电池反应的实验原理如图2所示，厌氧阳极室在零价铁的氧化作用及微生物的产电作图1实验装置示意图Fig.1Schematicdiagramoftheexperimentalapparatus2828环境工程学报第13卷用下形成电子，好氧阴极室的氧气作为电子受体发生氧化还原反应。不锈钢膜件得电子后带负电，污染物(多带负电)不易吸附，与此同时，氧还原还可经二电子途径生成H2O2，原位去除附着在膜面上的污染物[11]，有利于延缓膜污染，降低运行成本。1.3分析项目与方法COD、NH3-N、TP、浊度的测定参考《水和废水监测分析方法》[12]。采用紫外可见分光光度法测定TC-HCl含量，检测方法准确性验证如下。实验梯度配制不同质量浓度的TC-HCl标准溶液，测定356nm下的吸光度，绘制标准工作曲线(见图3)，对其进行线性拟合，R2为0.9994，线性良好。在不含抗生素的系统出水中，添加不同量的TC-HCl，进行回收率实验(见表1)，实验结表1系统出水检测方法的回收率(n=6)Table1Recoveryrateofdetectionmethodforsystemeffluent(n=6)序号已知量/(mg·L−1)添加量/(mg·L−1)测得量/(mg·L−1)回收率/%相对标准偏差/%100.91.107123.004.15201.51.775118.331.77303.03.409113.630.53406.06.331105.521.315012.011.98699.880.796015.014.81498.760.377018.018.050100.280.928024.023.61198.380.549027.026.81599.310.1810030.029.23497.450.29图2原电池反应机理Fig.2Reactionmechanismofgalvaniccell图3TC-HCl的标准曲线Fig.3Standardcurveoftetracyclinehydrochloride第12期许素梅等：原电池耦合A/O-MBR工艺去除畜禽养殖废水中的盐酸四环素2829果显示，运用紫外分光光度法测定TC-HCl的平均回收率为97.45%~123.00%，相对标准偏差(n=6)为0.18%~4.15%。以上结果表明，废水中可能含有的复杂物质成分对TC-HCl的检测无明显影响，可运用紫外分光光度法测定废水中的TC-HCl。2结果与分析2.1