超聲空化效應(yīng)降解抗生素廢水研究

史雅慧

摘 要：抗生素是一種治療疾病的不可缺少的藥物，主要可以治療人類以及其他動(dòng)物的出現(xiàn)細(xì)菌感染的情況。但是，關(guān)于抗生素廢水降解，這方面的調(diào)查卻十分不被重視。 基于此，本文針對(duì)超生空化效應(yīng)降解抗生素廢水進(jìn)行基本介紹，對(duì)影響超聲降解的主要因素進(jìn)行探索， 著重介紹了超生空化效應(yīng)降解的具體問題和相關(guān)情況。

關(guān)鍵詞：超聲空化;降解;抗生素;因素

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.189

0 引言

自科學(xué)家在1928年發(fā)現(xiàn)，由青霉菌而誕生的青霉素以來，已經(jīng)開發(fā)和使用了100多種抗生素。有效保護(hù)地球上各種生物的健康。然而，制藥行業(yè)的一些素質(zhì)低下的工作人員，為了能夠獲得巨額利潤(rùn)，并且缺乏合理的醫(yī)療技術(shù)和藥物管理的混亂等，使得青霉素在進(jìn)行使用的時(shí)候經(jīng)常超過標(biāo)準(zhǔn)造成危害，甚至出現(xiàn)選擇使用的時(shí)候和實(shí)際要求出現(xiàn)型號(hào)差異。目前，很多抗生素類的藥物逐漸開始對(duì)人類以及周圍環(huán)境形成很大隱患，而且抗生素因?yàn)槠渥陨硖攸c(diǎn)十分穩(wěn)固且復(fù)雜，以及其自身帶有很大毒性，因此被自然環(huán)境進(jìn)行微生物講解的時(shí)候十分困難。因此，一直以來很多科學(xué)家都在探索這方面的手段，出了無二次污染的超聲空化降解方法來進(jìn)行抗生素降解，這種方法不僅對(duì)于抗生素，對(duì)于農(nóng)藥染料等有毒物質(zhì)，以及一些有機(jī)物廢料都能夠很有效的進(jìn)行清潔。

1 影響超聲降解的主要因素

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的持續(xù)更新，對(duì)于超聲波相關(guān)探索更加有用。而且，和液體物質(zhì)有關(guān)系的超聲處理方法都是因?yàn)槌暱栈瘉磉M(jìn)行動(dòng)力提供，超聲空化代表超聲波的時(shí)候液體物質(zhì)里面的氣泡出現(xiàn)快速，反復(fù)生長(zhǎng)-閉合-破碎運(yùn)動(dòng)的情況，并且因此而產(chǎn)生的很多物理情況。因?yàn)槌暱栈剿餍枰獦O高的專業(yè)知識(shí)，和很多學(xué)科有直接聯(lián)系，比如聲學(xué)，化學(xué)，光學(xué)和流體力學(xué)。在實(shí)際探索的時(shí)候，不能把空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)以及光電效應(yīng)進(jìn)行隔離，因此對(duì)于超聲空化現(xiàn)象的探索十分不受追捧。可是，因?yàn)榭栈鸬奈锢恚瘜W(xué)，生物等這些性質(zhì)有十分深入的理論和可以進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。比如，空化氣泡的破裂在空化周圍的非常小的空間中產(chǎn)生微噴射并輻射空化噪聲。由氣泡破裂產(chǎn)生的高溫和高壓可用于清潔，切割，破碎物體，改善材料的表面性質(zhì)，以及加強(qiáng)該過程。這些因素對(duì)超聲波中的成核，空化氣泡振動(dòng)，生長(zhǎng)和坍塌具有顯著影響。進(jìn)而影響有機(jī)物的降解效果。

1.1 液體的溫度

當(dāng)持續(xù)升溫的時(shí)候，液體物質(zhì)的蒸氣壓出現(xiàn)上升現(xiàn)象，空化效應(yīng)下降。雖然提高溫度有利于更快的化學(xué)反應(yīng)，但空化效應(yīng)的超聲波降解是因?yàn)椋縊H等自由基和高溫?zé)峤獾葯C(jī)理而出現(xiàn)。幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究表明，超聲空化在溫度合理偏低的時(shí)候更容易使用，比如在室溫下。當(dāng)超聲降解甲胺磷時(shí)，發(fā)現(xiàn)20至50℃之間的溫度控制對(duì)反應(yīng)速率幾乎沒有影響，這個(gè)現(xiàn)象的產(chǎn)生是因?yàn)樵跍囟绕叩臅r(shí)候液體物質(zhì)里的反應(yīng)加速，可是超聲空化的情況降低;在低溫下，反應(yīng)速率不如在高溫下高，但空化效應(yīng)比在高溫下更適合使用。

1.2 液體的pH值

pH值能夠使得物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)出現(xiàn)很大的變化，使得溶液中有機(jī)物的有關(guān)情況出現(xiàn)差異，而且，會(huì)在一些情況下使得有機(jī)物超聲降解的效率出現(xiàn)偏差。通過超聲降解甲基橙廢水表現(xiàn)出pH對(duì)降解效果的影響。在使用超聲波且沒有pH（接近中性）調(diào)節(jié)的情況下，以及使用酸性物質(zhì)將值調(diào)整到2.8的溶液，進(jìn)行超聲處理90分鐘，發(fā)現(xiàn)酸性條件下的脫色率顯著高于中性條件下的脫色率。這是因?yàn)榧谆鹊姆肿咏Y(jié)構(gòu)和顏色隨pH的變化而出現(xiàn)差異。在pH6.5時(shí)，甲基橙以偶氮結(jié)構(gòu)存在。

2 超聲空化效應(yīng)對(duì)有機(jī)物的降解

2.1 有機(jī)染料的降解

染料廢水在一般情況下排廢水量很多，色度濃，COD比較高，BOD比較少，有很多種元素組成，毒性十分激烈，在進(jìn)行降解的時(shí)候十分不容易，是一種復(fù)雜的工業(yè)廢水。目前，很多科學(xué)家對(duì)于超聲空化降解進(jìn)行了深入探索，尤其是對(duì)于染料廢水的降解，有很大的理論支撐，也應(yīng)用在實(shí)踐里。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，對(duì)三苯甲烷染料羅丹明B進(jìn)行探索的時(shí)候，分析了超聲波功率，聲強(qiáng)和pH值的影響[1]。

2.2 農(nóng)藥的降解

農(nóng)藥廢水作為一個(gè)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的廢棄溶液物質(zhì)，是幾乎無法進(jìn)行傳統(tǒng)生物處理的物質(zhì)。科學(xué)家采金紅石型TiO2，在進(jìn)行高溫活化之后作為催化劑，不同情況的甲基對(duì)硫磷超聲波降解的影響。結(jié)果表明：超聲波頻率為40kHz，催化劑用量為1000mg/L，溫度為20℃，輸出功率為50W.pH=5.00，60min超聲波輻射后，降解率可達(dá)到95%以上。

2.3 酚類的降解

含酚廢水是當(dāng)今世界上最危險(xiǎn)的工業(yè)廢水之一。從許多工業(yè)部門排出的廢水中含有酚類，例如天然氣，焦化，煉油，冶金，機(jī)械制造，玻璃，油漆等。在空氣和氬氣條件下超聲空化降解2-，3-和4-氯苯酚。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在空氣速率4.5-6.6mMmin-1和氬氣的速率為6.0-7.2mMmin-1時(shí)，降解初始階段100mM氯酚的降解速率符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。自由基清除劑t-BuOH可以有效地防止氯酚的超聲空化降解反應(yīng)，但反應(yīng)不能完全停止。

3 超聲空化效應(yīng)對(duì)抗生素廢水的降解探討

抗生素的化學(xué)性質(zhì)通常是穩(wěn)定的并且對(duì)普通微生物具有抑制作用。從上述綜述可以得出結(jié)論，超聲波在結(jié)構(gòu)降解和微生物抑制方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。對(duì)超聲波降解抗生素廢水，提出以下幾點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)：超聲空化效應(yīng)與TiO2，O3，零價(jià)鐵等其他技術(shù)相結(jié)合，提高了抗生素廢水的COD去除率，提高了處理效果。

4 結(jié)束語

超聲空化是一種十分值得探索的課題，其身為一門十分復(fù)雜的流體動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的課題，對(duì)超聲空化進(jìn)行深入探索，對(duì)其理論知識(shí)進(jìn)行分析討論，能夠使得其機(jī)理情況被發(fā)掘出來，對(duì)于超生空化進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和計(jì)算，并且對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探索，能夠在很大程度上對(duì)其規(guī)律進(jìn)行掌握使用。經(jīng)過大功率超聲出現(xiàn)很大發(fā)展，超聲空化已經(jīng)使得物理，化學(xué)，生物等多方面科技領(lǐng)域發(fā)展應(yīng)用。液體的超聲空化降解方法等將會(huì)受到更深入了解。

參考文獻(xiàn)：

[1]佚名.超聲空化技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].應(yīng)用化工，2018，47（08）：203-207.

2018年山東省住房城鄉(xiāng)建設(shè)科技計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱：超聲空化降解水中抗生素的研究，項(xiàng)目編號(hào)：2018-K7-07