光助电催化氧化法对甲硝唑废水处理实验

光助电催化氧化法对甲硝唑废水处理实验

 

        抗生素通常指由细菌、霉菌或其他微生物在繁殖过程中产生的，能杀灭或者抑制其他微生物的一类物质以及这类物质的衍生物，一般用于治疗敏感微生物(细菌或真菌等）所引起的感染[1]，这类物质一般具有高生物活性和持久性，因此也存在一定的生态环境风险。甲硝唑（Metronidazole，简称 MNZ）是抗生素的一种，属于硝基咪唑类化合物[2]，其应用广泛，具有较高的水溶性且难以被生物降解[3 − 4]，进入水体后会破坏水体中的生物链，对环境造成很大的破坏，危害人类健康[5]，2017 年国际癌症研究中心的致癌物清单中将甲硝唑列为2B 类致癌物，要求不得在动物性食品中检出[6]，因此研究对水体中甲硝唑的降解处理具有重要意义。

 

        对于水体中的抗生素，传统处理方法主要有：物理法、化学法和生物法等[7]。虽然传统处理方法处理抗生素废水已有较多应用，但仍有不足之处。例如大多数生物法处理抗生素废水时，由于抗生素或其中间产物对微生物有抑制作用，会降低污染物的去除效果。而絮凝沉淀法、吸附法等物理化学法的处理效果随水质波动影响较大[8 − 9]。因此，传统处理方法降解水体中的抗生素存在一定的局限性，无法满足深度处理的排放要求。

 

        本实验采用光助电催化氧化法降解水体中的甲硝唑，其主要原理是通过析氯电极将水体中Cl−析出为Cl2，Cl2 溶于水后形成HClLO 及ClO−，HClO 及ClO−在紫外光的辐照下产生Cl·[10]，通过Cl·与水中同时产生的·OH 来有效降解水体中的甲硝唑。主要探究初始pH、甲硝唑初始浓度、电流密度、电解质浓度等因素对处理效果的影响并通过响应曲面法分析得出很佳实验参数。

 

1 材料与方法

1.1 实验材料与仪器

实验处理水样为含甲硝唑模拟废水，由甲硝唑与蒸馏水配置而成，实验所用材料及药剂见表1。

实验选用自制光助电催化氧化反应器，见图1。

反应器容积为1 000 mL，电极选用Ti/Ru-Ir 电极作为阳极，不锈钢电极作为阴极，电极尺寸为50 mm×80 mm，厚度为2 mm，阴阳极中间装载28 W 低压紫外灯，实验所选用的其他仪器及设备见表2。

1.2 实验方法

取一定量甲硝唑，与蒸馏水混合配置成一定浓度的含甲硝唑模拟废水，每次实验取800 mL 含甲硝唑模拟废水于光助电催化氧化反应器中，利用NaOH 溶液（0.01 mol/L）和HCl 溶液（0.01 mol/L）调节模拟废水初始pH，添加一定量的电解质NaCl，接通电源，调节电源参数，接通低压紫外灯，反应过程中利用磁力搅拌器进行匀速搅拌，反应时间为30 min，分别在反应开始后5、10、15、20 和30 min时取样，测定甲硝唑浓度。

 

采用响应曲面法分析实验数据，得出很佳实验效果和实验参数。

1.3 分析方法

水溶液中甲硝唑浓度采用Agilent 高效液相色谱仪进行测定，采用C18 液相色谱柱，流动相为乙腈与水的混合溶液（20∶80），流速为1 mL/min，注射体积为20 μL，检测波长为227 nm。

 

2.结论

实验以光助电催化氧化法降解水体中甲硝唑，通过考察各种因素对实验的影响得出以下结论：

1）光助电催化氧化降解水体中甲硝唑影响因素主次关系为：初始pH>甲硝唑初始浓度>电解质浓度>电流密度。

2）以Ti/Ru-Ir 电极为阳极，不锈钢电极为阴极，在初始pH 为3、甲硝唑初始浓度为25 mg/L、电流密度为20.7 mA/cm2、电解质浓度为5.3 g/L、电极间距为35 mm 的条件下，处理效果很佳，甲硝唑去除率可达到99.6%。

 

收稿日期：2020 − 02 − 09

作者简介：刘　晨（1993 − ），男，硕士研究生。研究方向：电化学水处理。E-mail：liuchen_993@163.com

引用格式：刘 晨，梁吉艳，孟 静，等. 光助电催化氧化降解水体中甲硝唑的实验研究[J]. 环境保护科学，2020，46（5）：93 − 98.