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围剿水体残留抗生素 低温等离子体技术“放大招”

匿名 发布时间: 2019-10-25 14:33:01

资料来源:《科学技术日报》

抗生素是世界上使用最广泛的药物之一。我国每年有数千吨抗生素药物用于畜禽养殖和人类医疗。

现在已知大多数抗生素药物不能在人体和动物体内完全代谢,并将通过粪便以原始形式和活性代谢物的形式排出体外。然而,抗生素代谢物从体内排出后仍具有生物活性,并可在环境中进一步形成母体。如何降解和处理水中的抗生素已成为环境保护的废墟。

日前,中国科学院合肥材料科学研究所科技与生物研究所的黄晴研究人员组成的研究小组,与安徽华丰环保节能科技有限公司(以下简称华丰环保)合作,开发了一种低温等离子体废水处理技术,该技术利用自主研发的医疗废水处理一体机产生臭氧降解以喹诺酮类抗生素为代表的诺氟沙星。这种处理技术简单易行,成本低廉,一般不会产生二次污染。目前,已成功应用于40多个污水处理案例。

同时,利用表面增强拉曼光谱分析降解产物,研究诺氟沙星的降解效率和机理。相关研究结果发表在国际环境专业杂志《化学领域》上。

没有办法从中学习,我们必须从基础研究开始。

“制药工业、水产养殖和医院排放的废水成分非常复杂,不仅包括各种难降解有机物、各种细菌和病毒,还包括大量抗生素。一旦这些含抗生素废水未经处理或达不到标准就排入环境水体,将导致细菌耐药性增加,严重影响生态平衡,并对人类健康构成潜在威胁和风险。”黄晴研究人员认为,开发绿色、环保和高效的抗生素废水处理新技术和设备迫在眉睫。

黄晴告诉《科学日报》,等离子体是继固态、液态和气态之后的第四种物质状态。人工方法是在两个电极之间施加高电压。当达到击穿电压时,气体分子电离产生的混合气体是等离子体。虽然放电过程中的电子温度很高,但重离子的温度很低,整个系统处于低温状态,因此被称为低温等离子体(low temperature plasma)。

"在一定条件下,我们可以用低温血浆更好地分解抗生素。"黄晴说,因为低温等离子体是局部带电的,所以它是局部可氧化和可还原的,可以用来控制环境污染。

早在10年前,黄晴就研究了低温等离子体对美国水体的影响。通过研究,他发现低温等离子体可以杀死蓝藻,降解藻类毒素。这一研究结果被国内外媒体广泛报道。黄晴偶然得知,生活水体中的抗生素严重超标。低温等离子体能用来降解抗生素和为水环境处理做些什么吗?

由于低温等离子体的作用方式及其产生的物质组成的复杂性,没有办法将其作为参考来制造可用的技术。有必要从基础研究和开发开始。

“严格地说,从原理到技术,我们已经对等离子体处理污染物进行了十多年的研究。自2008年以来,我一直带领研究小组对等离子体产生的各种活性成分以及各种分子的作用机理进行研究。我们于2016年开始与企业合作开发等离子体技术,用于处理水体中的有机污染物。这一阶段也已经持续了三到四年。”黄晴告诉记者,他们提出了利用低温等离子体技术处理和降解诺氟沙星的方案,并发现臭氧在处理过程中降解效果明显。因此,他们进一步研究了臭氧降解诺氟沙星的机理。目前发现低温血浆对水中常见抗生素如诺氟沙星、土霉素、四环素、金霉素、强力霉素等有很好的分解作用。

以前,低温等离子体技术在水污染控制中的应用只有国内外的大学和科研机构有报道。“然而,我们和合作企业可以说是在使成套设备成熟并应用于许多水污染控制项目的前列。”黄晴说。

经过共同努力,新产品有很大的潜力。

"这项技术在从研发到转化为产品的过程中克服了许多困难."黄晴告诉记者,由于血浆的作用方式和机理复杂,不同物质处理的作用方式和机理可能不同,因此需要对其机理进行基础研究。"对于企业来说,风险和长期是不言而喻的."黄晴说,在产品研发过程中,实验室容易克服的问题在成为产品时很难回避。低温等离子体是一种先进的氧化技术。然而,在适当的条件下,它的功能是氧化和还原。为了治疗不同的物质,有必要研究各种作用方式和相关机制。在实用性方面,我们不仅要考虑和解决能耗问题,还要使产品实用。因此,技术成果的转化必须与企业合作。

“在成果转化过程中,我们的合作企业华丰环保给予了大力支持,解决了产品开发中的许多问题。”黄晴说,特别是在研发具体仪器和产品的阶段,合作企业可以充分发挥产品生产的优势,在各个方面给予协助,并向研究团队努力,从而克服许多困难,取得目前的成果。

“这项技术的主要优点是不需要添加任何化学物质,一般不会造成二次污染,操作简单易行,成本较低。此外,它是一种复合处理技术,具有处理各种物质的能力和潜力。”黄晴表示,该技术的分解效率取决于抗生素残留的初始浓度和作用时间,根据情况选择的条件一般可以达到70%-90%。正常情况下,正确使用这项技术不会造成二次污染和环境危害。此外,成本不高,设备成本与传统水处理设备相近甚至略低,运行成本比传统水处理设备低20%-30%,一般企业都能负担得起

推广应用将提高水体的清洁度。

黄晴告诉记者,抗生素主要来自三个来源:医疗废水、水产养殖废水和抗生素制药企业的废水。研究团队与企业共同开发的“等离子污水处理一体机”现已上市,在降解医疗废水、水产养殖废水、抗生素制药企业废水、生活污水等水抗生素方面取得了良好的效果。“等离子生物技术”已被列入《安徽省水污染防治技术指导目录》。

“这项技术成果主要应用于医疗废水处理领域。例如,合肥20多家医院、六安20多家医院和苏州5家医院在40多家医院的医疗废水处理项目中采用了这一技术。“黄晴说,根据运行数据,出水符合排放标准,运行稳定。

目前,美国和欧洲水体中抗生素的残留值不到100纳克/升,而中国东南部许多地区水体中抗生素的残留值已超过200纳克/升黄晴表示,随着这项技术的推广应用,加上限制抗生素使用等措施,未来环境中的抗生素残留将会大大减少,预计在5-10年内,中国水体中的抗生素残留值将会降至欧美发达国家目前的水平。(吴长锋)

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