土壤有机质对土霉素在土壤中吸附-解吸的影响

采用批量平衡方法,研究了土霉素在原土及去除有机质土壤中的吸附和解吸.结果表明,土霉素在原土和去除有机质土壤中的吸附和解吸等温线均不同程度地偏离线性模型,其中Freundlich模型可以对吸附和解吸数据进行良好的非线性拟合,在不同土壤以及不同土壤处理中的拟合相关系数(r)均达到极显著水平.去除有机质能够降低土霉素在土壤中的吸附容量(lgKf),但增加了吸附强度(1/n).土霉素在土壤上的解吸过程存在明显的滞后现象,在所设土霉素浓度范围内,土霉素在褐土和红壤中的平均滞后系数(HIa)分别为0.039和0.015;去除有机质后的褐土和红壤对土霉素的解吸滞后现象显著增强(P<0.01),其HIa分别增加到0.068和0.028.     

离子强度和离子类型对土霉素在草甸土中被吸附的影响

土霉素是四环素类抗生素中使用较为广泛的一种,探索土霉素在土壤中的吸附解吸规律对抗生素环境风险评价与污染控制具有重要的理论与现实意义。通过改变土壤水溶液中离子强度及类型研究其对土霉素在草甸土中吸附的影响,以期为评价该种抗生素对草甸土土壤环境风险提供科学依据。土霉素测定方法选择高效液相色谱法。以V（乙腈）∶V[NaH2PO4（0.01mol·L-1）]=25∶75为流动相,在流速为1 mL·min-1,检测波长为355 nm条件下进行测定。试验以OECD Guideline 106为基础,采用批平衡法研究不同离子强度（0.01、0.03、0.05、0.08、0.10 mol·L-1CaCl2溶液）和不同阳离子（0.01 mol·L-1的NaCl、KCl、MgCl2溶液）对土霉素在草甸土中的吸附影响。结果表明：随着CaCl2浓度的增加,土霉素在草甸土中的吸附量呈降低趋势,且不同浓度的土霉素在草甸土中吸附量受离子强度的影响是不同的。土霉素浓度较低时,其在草甸土中吸附能力受离子强度影响较土霉素浓度高时小。以土壤吸附系数Kd衡量土壤吸附抗生素能力,当土壤样品中离子强度增大时,其对应Kd值呈非线性趋势减小。这说明,在某一Ca2＋浓度范围内,其对吸附的影响较其他浓度范围要大。对相邻CaCl2浓度处理得出的Kd值进行t检验,在CaCl2溶液浓度在0.01与0.03 mol·L-1间得出的Kd值存在显著性差异（p≤0.05）,在0.03、0.05、0.08、0.10 mol·L-1浓度间得出的Kd值均没有显著性差异（p〉0.05）。这一结果说明当CaCl2溶液浓度在0.01~0.03 mol·L-1时,其对土霉素在草甸土中的吸附影响较其他浓度范围大。以Freundlich方程对NaCl、KCl、MgCl2溶液条件下土霉素在草甸土中的吸附进行拟合,土样lg Kf值为lg Kf（Mg2＋）0.05）。这说明,不同阳离子对土霉素在草甸土上的吸附量（lg Kf）影响的差异并不显著。     

圩区河道底泥腐殖酸对重金属和抗生素的共吸附

为识别重金属、抗生素与腐殖酸之间的相互作用,提取圩区河道底泥中腐殖酸,以铜（Cu²⁺）与土霉素（OTC）及诺氟沙星（NOR）作为探针物,研究了腐殖酸在单一Cu²⁺体系、单一OTC体系、单一NOR体系以及Cu²⁺+OTC和Cu²⁺+NOR共存体系下的吸附行为,利用扫描电镜、红外光谱、X射线衍射和BET等方法进行了物相表征,并就可能存在的作用机制进行了分析讨论.结果表明,腐殖酸属典型的无定型非结晶体,其表面荷负电,具有非均匀多孔结构,孔径分布在介孔尺度,以3.76~6.40 nm孔体积占比最大.单一体系下,腐殖酸对Cu²⁺、OTC和NOR的饱和吸附量分别为33.043、19.521和26.676 mg·g^-1;在质量浓度比为1：1的Cu²⁺+OTC和Cu²⁺+NOR共存体系下,Cu²⁺的饱和吸附量分别为38.053 mg·g^-1和39.187 mg·g^-1,OTC和NOR的饱和吸附量分别为25.965 mg·g^-1和32.728 mg·g^-1.单一和共存体系下的吸附特征具有相似性,吸附过程符合准二级动力学方程,吸附等温线遵循Sips模型,吸附热力学特征为自由能降低、熵变和熵变增加的自发型吸热反应,反应类型接近于化学性吸附和络合性吸附.共存体系中的Cu²⁺与OTC及NOR可生成络合物,这增加了腐殖酸可吸附的物种数量,而已吸附的Cu²⁺亦可通过吸附架桥等形式结合OTC和NOR,吸附量因此较单一体系下有所增加.腐殖酸所含羧基、酚羟基、酮基和醛基等含氧官能团普遍参与了吸附反应.     

树脂吸附法回收母液中土霉素的实验研究

研究了D061大孔强酸性阳离子交换树脂从土霉素生产母液中吸附土霉素的性能,并分析了相关影响因素。结果表明,该树脂对土霉素有良好的吸附性能,符合Langmuir吸附模型。在pH=2、钠型条件下,吸附容量高达122.4mg/g干树脂;用氨水脱附,脱附率可达95%;实验表明,母液中铵根的存在,对树脂交换容量有较大的影响。     

厌氧折流板反应器处理土霉素废水的潜能和运行特性研究

采用固定水力停留时间(HRT)、逐步提高进水土霉素(OTC)浓度的方式,考察了四格室厌氧折流板反应器(ABR)处理土霉素废水的潜能和运行特性,以期为工程实践提供理论指导和技术参考.结果表明,ABR在pH=7.00~7.50、(35±1)℃、HRT=24 h、进水初始COD为2000.0mg·L-1的条件下启动,经49 d的运行,在进水COD为4500.0 mg·L-1、OTC为0.1 g·m-3·d-1、pH=7.20条件下达到了稳定状态,系统COD去除效率稳定在95.0%左右.在维持进水COD和HRT不变的条件下,通过增加进水OTC浓度的方式将OTC的负荷分阶段提高为1.0、3.3和5.0g·m-3·d-1的过程中,ABR对OTC的去除率略有下降,从59.9%降低到了57.7%,而对COD的去除率则始终保持在95%上下.可见,ABR处理土霉素废水具有有效性和运行稳定性,是值得深入研发的土霉素废水处理工艺.     

两类抗生素对EBPR系统的短期生物抑制作用实验研究

基于强化生物除磷(EBPR)系统,从除磷过程、挥发性脂肪酸(VFA)的消耗过程、聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的合成与消耗过程、胞外聚合物(EPS)的总量变化过程及比呼吸速率(SOUR)的变化过程等多个角度出发,系统地研究了高浓度(10 mg·L~(-1))红霉素和土霉素对EBPR系统的短期冲击作用.结果表明,高浓度(10 mg·L~(-1))红霉素和土霉素在24 h之内均能对除磷过程产生明显的抑制作用,除磷效率分别下降至63.3%和61.2%.抗生素对VFA的消耗过程并无明显作用,而对PHAs的厌氧合成和好氧消耗过程影响较为显著.同时,高浓度(10 mg·L~(-1))抗生素对EPS中蛋白质(PN)合成量的抑制率在26.7%以上.SOUR变化过程的分析结果表明,抗生素对EBPR系统中微生物的呼吸作用抑制显著,在高浓度(10 mg·L~(-1))抗生素反应器中抑制率在16.0%以上.对比分析结果表明,相同浓度的土霉素比红霉素对EBPR系统的抑制更为显著,且EBPR系统的好氧过程比厌氧过程更容易受到抑制.     

土霉素在鸡粪好氧堆肥过程中的降解及其对相关参数的影响

为了探明四环素类抗生素在鸡粪好氧堆肥过程中的降解及其对鸡粪好氧堆肥过程参数的影响,采用室内好氧堆肥法,以土霉素为四环素类抗生素模式化合物,研究了鸡粪好氧堆肥过程中,不同起始浓度土霉素在鸡粪好氧堆肥过程中的降解及其对堆体温度、pH、发芽指数等指标的影响.结果表明:①土霉素在鸡粪堆肥初期(0～10 d)降解较快,随后逐渐减缓.在堆肥开始0～10 d内,添加浓度为25 mg·kg-1处理组土霉素降解最快,去除率达67.43%;添加浓度为75 mg·kg-1处理组土霉素降解最慢,去除率仅为45.91%.土霉素在各堆肥处理中的降解均符合一级动力学方程,其相关系数介于0.911 1～0.991 3.②土霉素对鸡粪堆肥过程具有一定的影响.土霉素处理在一定程度上降低了鸡粪堆肥堆体温度升高的速率,缩短了堆肥高温期的时间.③高浓度(100 mg·kg-1)土霉素处理对鸡粪堆肥过程中pH等指标是有影响的,堆肥第42 d时,堆体pH较对照增加4.58%;堆体TN、WSC分别较对照增加12.62%和49.06%;堆体NH4+-N较对照增加35.30%.④土霉素能够在一定程度上降低鸡粪堆肥堆体的腐熟度.当土霉素初始添加浓度低于50 mg·kg-1时,对腐熟度没有太大影响,而当土霉素初始浓度>50mg·kg-1可以显著降低鸡粪堆肥产品的腐熟度,主要表现为NH4+-N/NO3--N>0.5,GI<80%.结果表明,尽管土霉素在鸡粪好氧堆肥中可以快速降解,半衰期仅为1.79～4.88 d,但当鸡粪中土霉素浓度高于50 mg·kg-1即会抑制堆肥过程的顺利进行.     

锰氧化菌Pseudomonas sp. QJX-1对氧四环素的去除作用与机制

氧四环素（Oxytetracycline,OTC）的大量使用可能导致环境中抗性基因的生成和传播.锰氧化菌及其催化产生的生物锰氧化物（Biogenic manganese oxides,BMO）在自然界中广泛存在,但对其去除OTC的过程与机制仍不明确.因此,本研究探讨了锰氧化菌Pseudomonas sp. QJX-1对微量（5 μg·L^-1）OTC的去除作用与机制.结果表明,微量的OTC可以促进QJX-1的生长及其对Mn²⁺的氧化.QJX-1及其催化生成的BMO对OTC的去除效果较好,在第168 h时对OTC的去除率达到99%.转录组结果表明,OTC会导致细菌的pstA、pstB、pstC、urtA和urtD等ABC转运蛋白编码基因表达上调,说明OTC可能是通过ABC转运蛋白泵出QJX-1体内进而让BMO更有效地接触OTC,从而达到OTC被吸附、氧化去除的目的.RT-qPCR结果表明,微量的OTC促进了细菌多铜氧化酶基因cumA的表达,提高了BMO的生成速率,增强了对OTC的去除效果.     

改性菱角壳生物炭吸附水中土霉素性能与机理

以菱角壳为原料,乙酸钾为活化剂,通过活化碳化一步法制备了改性生物炭（MBC）,对其表面形貌、孔径分布、官能团等表面性能进行了表征,并研究了其对水中盐酸土霉素（OTC）的吸附去除行为.相比于热解生物炭（BC）,MBC有更高的比表面积（1147.80m²/g）、更丰富的孔径结构,更多的含氧官能团和更强的亲水性.溶液pH值在3~8时,MBC对OTC保持较高的吸附量（165mg/g）.拟二级动力学模型和Langmuir模型可以很好地描述MBC对OTC的吸附行为.热力学分析显示MBC对OTC的吸附是一个自发吸热过程.除氢键作用、π-π键堆积作用和阳离子-π键作用以外,孔填充是MBC吸附去除OTC的主要作用机理.0.5mol/L氢氧化钠溶液可有效再生吸附饱和的MBC.因此,MBC作为一种吸附剂去除水和废水中的土霉素具有较好的潜能.     

土霉素在4种人工湿地基质上的吸附-解吸特性

为了研究土霉素在人工湿地基质床中的行为机制,本实验采用批量平衡方法研究了壤土、煤灰渣、粗砂和细砂等4种人工湿地基质材料对土霉素的吸附、解吸特性。结果表明,土霉素在人工湿地基质材料上的吸附可分为前4小时的快速吸附阶段和之后的慢速吸附阶段,14 h后达到吸附平衡,这一吸附平衡时间明显低于一般人工湿地系统的水力停留时间。可以认为,土霉素在人工湿地中有足够的时间吸附于基质层上,其吸附量的大小主要取决于基质材料的性质。土霉素在4种基质材料上的等温吸附实验表明,吸附等温线均呈非线性,用Freundlich方程能较好地对吸附数据进行非线性拟合。在4种人工湿地基质材料中,煤灰渣对土霉素的吸附作用最强,通过Freundlich方程拟合的吸附容量参数(KF)为280.2;其次为壤土,KF值为129.3;粗砂和细砂的吸附作用较弱,KF值分别为53.2和64.5。人工湿地基质材料对土霉素的吸附能力主要与基质有机质含量、粘粒含量、Fe2O3含量、阳离子交换量和Al2O3含量呈正相关。土霉素在4种人工湿地基质材料上的解吸均存在滞后现象,相对于壤土和煤灰渣,吸附于粗砂和细砂上的土霉素更容易被解吸下来。