水环境中四环素类抗生素降解及去除研究进展

四环素类抗生素是治疗与预防人类和动物疾病及细菌感染的一类广谱抗菌药。在畜牧养殖中,四环素类抗生素做为疾病治疗药物和促生长剂应用广泛,使用量巨大。本文综述了四环素类抗生素在水环境中的污染现状及其在水中的降解和去除研究进展。     

氧化石墨烯及其复合材料去除水体抗生素的研究进展

由于具有优异的抗菌性,抗生素被广泛应用于医学领域和养殖行业。然而,近年来对抗生素大规模的使用和排放,在自然界造成了大量的累积,引发了一系列水环境污染问题,严重威胁生态系统安全和人类健康。因此,研发可去除水中过量抗生素的材料已成为当前环境领域的重要研究方向之一。氧化石墨烯（graphene oxide,GO）以其高比表面积、良好亲水性、耐酸碱性、制备简便、成本低廉等优势,成为了一种新兴的抗生素去除材料。该文首先概述了现有的GO及其复合材料分类制备方法,包括空间改造、共价键修饰和金属氧化物改性等。其次,综述了近年来GO及其复合材料在抗生素去除领域的应用、影响因素及作用机制。结果表明,基于吸附原理的GO复合材料吸附去除抗生素效果主要受溶液p H、共存离子、吸附剂投加量、抗生素类别及浓度等多种因素的影响,吸附机制主要包括静电相互作用、π-π相互作用、阳离子-π键作用和氢键作用等,通过引入元素、金属和有机化合物等手段可有效提高GO材料的吸附容量;基于光催化降解原理的抗生素去除过程中,光照条件是最重要影响因素,而其中关键活性物质包括光生空穴、羟基自由基和超氧自由基等,掺杂金属纳米粒子与半导体纳米材...     

活性污泥SBR系统对四环素耐药菌和总四环素的去除特性

通过模拟运行SBR工艺,比较不同四环素进水浓度、运行周期以及氧环境条件对四环素耐药菌及痕量四环素的去除特性.结果表明,痕量四环素的存在会对活性污泥中微生物耐药性产生影响,SBR进水四环素浓度为250μg.L-1时活性污泥中的微生物会逐步变成耐药微生物,而进水中不含四环素时,耐药的微生物会逐步变成非耐药微生物.总四环素的去除效果在好氧条件下周期为12 h时最好,达到90%以上.好氧条件下周期为8 h时每克污泥增加的四环素耐药菌数最多,约为2.89×109CFU.g-1;好氧条件下周期为20 h时为最少,约为1.0×108CFU.g-1,有利于缓解四环素耐药菌的产生.     

高级氧化技术去除水体中抗性基因污染的研究进展

抗性基因(ARGs)污染已被联合国卫生组织列为21世纪新型三大污染问题之一,具备种类多样、转移方式灵活、污染风险存在极大的不确定性等特点.通过相应技术措施削减水体中的抗性基因污染,具有突出的现实意义.高级氧化技术(AOPs)降解效率高、条件可控、可操作性强,在水体深度处理上展现了良好的优势.本文综述了基于高级氧化技术的...     

水热法制备榴莲碳对水体中四环素的去除性能

本文利用榴莲壳和氯化高铁水热法制备具有磁性的榴莲碳,利用XRD、FTIR和SEM对榴莲碳进行结构表征,并研究榴莲碳对水体中四环素的吸附性能,以及水热反应温度、溶液p H和盐浓度等对榴莲碳吸附去除四环素性能的影响.结果表明,在水热温度170℃加热10 h条件下制备的榴莲碳D170具有明显的纳米片状和颗粒状结构,随着温度的升高,制备的榴莲碳XRD衍射峰增强,形成的结晶更好.吸附实验表明,随着水热制备温度的升高,制备的榴莲碳对四环素的吸附去除率呈降低趋势.榴莲碳对四环素的吸附热力学模型拟合表明:D170、D180和D200对水体中四环素的最大吸附容量分别为153.97 mg·g~(-1)、80.26 mg·g~(-1)和34.14 mg·g~(-1),其中D170对四环素的吸附效果最好,最佳吸附溶液p H值约为6.0,吸附热力学过程符合Freundich模型,吸附动力学过程符合假二级动力学模型.溶液中添加Na Cl能促进榴莲碳对四环素的吸附作用,当Na Cl浓度高于0.1 mol·L~(-1),榴莲碳对四环素的去除率达到100%;而添加Ca(NO_3)_2可降低榴莲碳对四环素的吸附能力,当Ca(NO_3)_2浓度从0.1 mol·L~(-1)增加到1.0 mol·L~(-1)时,水溶液中四环素的去除率从93%降低到78%.     

氧化石墨烯纳米颗粒对抗生素类污染物吸附特征及影响因素

本文通过吸附动力学和吸附等温线探究了氧化石墨烯(GO)纳米颗粒对3种典型的四环素类抗生素(即四环素(TC)、土霉素(OTC)和金霉素(CTC))吸附特征.结果表明,伪二级动力学模型可以很好的拟合吸附动力学的结果,吸附速率可能受化学吸附控制.吸附等温线的结果显示GO对3种抗生素均有较高的吸附能力,且吸附能力依次为：CTC>OTC>TC.这主要是由于四环素类抗生素可以通过π-π作用、阳离子-π键、疏水作用以及静电作用等机制与GO产生结合.此外,四环素类抗生素在GO上的吸附行为与背景溶液的水化学条件(如pH、离子强度和二价金属离子)密切相关.总体来讲,由于静电斥力的增强,抗生素在GO上的吸附量随着背景溶液pH值的升高或离子强度(NaCl)的增加而降低,这主要是由于静电引力和吸附点位的减少所致;二价阳离子(Cu²⁺)可以通过表面桥连作用,显著促进抗生素在GO上的吸附.本研究结果清楚地表明抗生素本身的化学性质和背景溶液的水化学条件在GO去除抗生素的过程起着重要作用.     

水中四环素的超声辐照降解

以四环素(TC)为研究对象,探讨了超声功率、初始浓度、pH值以及超声协同H2O2、TiO2、Na2CO3等组合工艺对超声降解TC效率的影响.实验结果表明,超声可有效降解水中低浓度的TC,尤其在碱性条件下,超声降解更为显著.加入H2O2、TiO2和Na2CO3在一定程度上都可以促进水中TC的降解.依据量化计算以及LC-MS测定结果,探讨了TC的超声降解机理,揭示超声降解水中TC主要是基于.OH自由基的氧化过程.     

金属氢氧化物包被砂过滤柱吸附与去除水体中的微生物

以氢氧化铁与氢氧化铝原位沉积包被砂作介质的过滤柱 ,用于去除脱氯自来水中人为污染的高浓度脊髓灰质炎病毒PV1、脆弱拟杆菌噬菌体B .fp和大肠杆菌E .coli.结果显示 ,包被修饰砂颗粒表面Zeta电动势由原来的 - 4 2 .8mV上升到 5 4 .7mV ,并因此提高了对微生物的吸附去除能力 .修饰砂过滤柱经 12 .5d连续过滤 30 0L水样后 ,仍可使进水微生物浓度分别高达n(cfu) /mL-1=5 .2× 10 6、2 .4× 10 5、2 .3× 10 5的E .coli、B .fp和PV1去除 92 %、97.2 %和 99.6 % .而未修饰砂柱 ,在相同条件下仅分别去除 5 3%、5 9%和 70 .6 % .修饰砂柱可在较大pH变化下稳定高效地去除微生物且在中性条件下效果最佳 ,这与未修饰砂柱明显不同 .扫描电镜显示 ,两种砂具有明显不同的表面结构 .修饰砂柱流出液中检测不到用于包被的铁、铝金属 ,说明氢氧化铁、氢氧化铝修饰物同砂结合牢固并因此提高了砂过滤柱的使用寿命 .修饰砂过滤介质可为饮用水处理提供更为安全可靠的去除病原微生物方法 .图 4表 4参 19     

铁氮生物炭的制备及催化过一硫酸盐（PMS）降解水体中四环素

本文以水稻秸秆为对象,六水合氯化铁和尿素为改性剂,在700℃热解制备成铁氮改性秸秆生物炭(Fe-N-RSBC),同时制备原状生物炭(RSBC)作为对照.采用SEM、TEM、EA、BET、XRD、FTIR、Raman、XPS和VSM对生物炭的理化性质进行全面的表征.研究铁氮改性生物炭催化过一硫酸盐(PMS)降解水体中的四环素(TC),考察溶液pH、固液比、PMS量、TC浓度和阴离子类型的影响.采用淬灭实验和EPR测定揭示Fe-N-RSBC催化PMS降解TC的微观机制.研究结果表明,铁氮共改性使得生物炭具有更大的比表面积和孔体积、更多微孔体积,赋予更丰富的官能团,并引入磁性组分,但破坏了部分石墨碳结构. Fe-N-RSBC可以有效的活化PMS降解溶液中的TC.在吸附/降解体系中,150 min内,Fe-N-RSBC/PMS对TC的去除率可达87%(四环素浓度为50 mg·L^-1,固液比0.2 g·L^-1,PMS (浓度为1 mmol·L^-1)添加量0.2 mL,溶液pH=7),降解效果与pH、PMS量、催化剂量、TC初始浓度...     

溶藻菌对受污染水源水除藻及脱氮特性研究

针对我国水源地藻类污染日趋严重等问题,利用前期分离获得的溶藻菌Streptomyces sp.HJC-D1研究固定化微生物技术强化污染水源水除藻以及脱氮性能。结果表明,对照组和试验组的水体叶绿素a平均去除率分别为（71.66±5.35）%和（80.94±4.36）%,NH4＋—N的平均去除率为（77.76±2.83）%和（72.36±3.18）%,而高锰酸盐指数（CODMn）平均去除率为（24.99±1.52）%和（18.74±1.38）%;不同曝气条件的影响研究发现,曝气/停曝时间比2：4、曝气量60 L.h-1工况下,系统CODMn和NH4＋—N去除率均有所提高,相比对照组NO3-—N积累更为明显;水力停留时间（HRT）变化对系统NH4＋—N、CODMn等的去除影响不大,但缩短HRT时叶绿素a去除率有所降低;分析反应器内填料表面微生物相发现,试验组填料表面有溶藻菌富集,推测对照组除藻主要通过填料对藻类的吸附去除,而试验组则是藻类吸附在填料表面后通过溶藻微生物实现藻类去除。     

湿地对水中磷素净化作用的研究进展

随着对湿地功能认识的加强，湿地科学研究从资源考察开始向湿地过程研究转变，尤其是全球环境问题的加剧，使得湿地对营养物质的截留功能倍受关注。磷是农业非点源污染的重要元素之一，又是导致湿地及下游水体富营养化的重要原因，研究湿地对水中磷素的净化作用是湿地生物地球化学研究和流域水环境保护研究的重要环节。文章综述了湿地系统各因子(土壤、植被、水文、微生物)及其它环境因子(如温度、CO2浓度、污染物负荷)对磷的净化作用的影响以及湿地中磷的动态模型等方面的国内外研究进展，指出在研究手段、方法和内容方面的不足，强调今后研究应注重长期连续的湿地动态监测，湿地净化功能模型和净化能力阈值以及景观生态学在湿地净化功能方面的应用。     

In situ formation of bimetallic FeNi nanoparticles on sand through green technology: Application for tetracycline removal

• In situ preparation of FeNi nanoparticles on the sand via green synthesis approach. • Removal of tetracycline using GS-FeNi in batch and column study. • Both reductive degradation and sorption played crucial role the process. • Reusability of GS-FeNi showed about 77.39±4.3% removal on 4th cycle. • TC by-products after interaction showed less toxic as compared with TC. In this study, FeNi nanoparticles were green synthesized using Punica granatum (pomegranate) peel extract, and these nanoparticles were also formed in situ over quartz sand (GS-FeNi) for removal of tetracycline (TC). Under the optimized operating conditions, (GS-FeNi concentration: 1.5% w/v; concentration of TC: 20 mg/L; interaction period: 180 min), 99±0.2% TC removal was achieved in the batch reactor. The removal capacity was 181±1 mg/g. A detailed characterization of the sorbent and the solution before and after the interaction revealed that the removal mechanism(s) involved both the sorption and degradation of TC. The reusability of reactant was assessed for four cycles of operation, and 77±4% of TC removal was obtained in the cycle. To judge the environmental sustainability of the process, residual toxicity assay of the interacted TC solution was performed with indicator bacteria (Bacillus and Pseudomonas) and algae (Chlorella sp.), which confirmed a substantial decrease in the toxicity. The continuous column studies were undertaken in the packed bed reactors using GS-FeNi. Employing the optimized conditions, quite high removal efficiency (978±5 mg/g) was obtained in the columns. The application of GS-FeNi for antibiotic removal was further evaluated in lake water, tap water, and ground water spiked with TC, and the removal capacity achieved was found to be 781±5, 712±5, and 687±3 mg/g, respectively. This work can pave the way for treatment of antibiotics and other pollutants in the reactors using novel green composites prepared from fruit wastes.     

CuCo2S4/sulfite reaction for efficient removal of tetracycline in water

Water pollution by antibiotics is an increasing concern, which may be addressed by advanced oxidation processes using sulfites as precursors of sulfate radicals (SO₄^·–), yet the efficiency of sulfite activation is limited. Here, we tested copper cobalt sulfide (CuCo₂S₄) to activate sulfite, based on the synergy among transition metals and the facilitation of transition metal redox circulation by reductive sulfur species. We analyzed CuCo₂S₄ structure by X-Ray photoelectron spectroscopy, and we studied the effect of pH and radical scavengers. Results show 90–100% abatement of tetracycline concentration at pH 8.0–10.0, with SO₄^·– and HO^· as the main reactive radicals. This finding is explained by the accelerated redox recycling of copper and cobalt by sulfur, and by the synergetic effect between active cobalt and copper sites.

     

人工湿地的磷去除机理

人类生产和生活所产生的磷负荷导致了全中国范围湖泊的富营养化,控制此磷负荷的廉价而有效的具有非常广阔的应用前景技术是人工湿地技术。人工湿地中的磷的存在形态主要有有机磷(生物态和非生物态的)、磷酸、可溶性磷酸盐和不溶性磷酸盐。文章总结了人工湿地中的磷去除机理,在防渗人工湿地系统中,主要的磷去除机理包括化学作用(如沉淀作用和吸附作用);生物作用(如植物吸收作用和微生物吸收与积累作用)和物理作用(如沉积作用)。在未防渗的人工湿地系统中,湿地系统和周围水体(如地下水)的交换量对湿地的磷去除有重要的影响。通常情况下,物理作用和化学作用是人工湿地中最主要的磷去除途径。人工湿地中微生物对磷的去除作用的大小和其所处环境中的氧状态密切相关,植物吸收对磷的去除作用的大小和收割频率与时期、进水负荷、植物物种和气候条件等有关。     

两种四环素类兽药抗生素对白菜种子发芽与根伸长抑制的毒性效应

采用土培和水培相结合的方法,在预试验研究的基础上,研究砖红壤中不同质量分数金霉素（0～4 000 mg·kg-1）、土霉素（0～25 000 mg·kg-1）和水溶液中不同质量浓度金霉素（0～150 mg·L-1）和土霉素（0～150 mg·L-1）污染对白菜（Brassica pekimensis）种子发芽的抑制与毒性效应。结果表明：（1）当土壤中添加外源土霉素时,白菜种子发芽率总体呈下降趋势。而当添加金霉素时,白菜种子发芽率在85%附近波动,与对照相比,并无显著差异（P〉0.05）。而在水培条件下,金霉素对白菜发芽的抑制作用大于土霉素,但并未达显著差异水平（P〉0.05）。（2）白菜根伸长量随着土壤、水溶液中土霉素和金霉素质量分数或质量浓度的增加而缩短,生长均受到抑制。且与两种抗生素的质量分数或质量浓度均表现为极显著的相关性（P〈0.01）。（3）同一质量分数或质量浓度水平下,发芽率、根伸长、芽伸长对金霉素和土霉素的生态毒性敏感顺序依次为根伸长〉芽伸长〉发芽率。根伸长抑制率可作为诊断土霉素、金霉素对土壤毒性的敏感指标,反映土壤被四环素类抗生素污染的状况。（4）金霉素和土霉素在水培条件下对白菜的IC50值分别为20.32和287.52 mg·L-1。而在土壤中,白菜对金霉素和土霉素的IC50值分别为851.08和14 045.75 mg·kg-1。说明在土霉素对白菜的毒性作用小于金霉素,并且2种抗生素在土壤中对白菜根伸长的抑制效应明显低于水溶液中的抑制效应,这与土壤对抗生素污染有重要的缓冲作用有关。     

可降解聚合物PCL、PBS在低有机污染水中固相反硝化脱氮效果比较

为了解决低有机污染高氮素水中由于低碳氮比而造成的后续脱氮问题,通过设反应填充床,外加固相碳源,对比了2种可降解聚合物PBS和PCL的反硝化效果。结果表明,（1）在进水TN质量浓度维持在14.33～18.31 mg.L-1,HRT为15.6 min时,PBS填充床平均TN去除率为94.93%,高于PCL填充床。（2）PBS填充床平均反硝化速率为13.55 mg.L-1.h-1（以N计）,高于PCL填充床的9.07 mg.L-1.h-（1以N计）。（3）PBS填充床NO3-N、NO2-N、NH3-N的出水质量浓度分别维持在0.37～0.87、0～0.20、0.01～0.07 mg.L-1,优于PCL填充床。（4）PBS和PCL颗粒表面附着的微生物以杆菌为主,伴有少量的弧菌。该研究为日后新型固相碳源的开发提供了科学依据。     

Optimized determination of airborne tetracycline resistance genes in laboratory atmosphere

• Sampling parameters with high efficiency was determined. • Operational process to detect airborne ARGs was optimized. • Providing research basis to control airborne ARGs of a laboratory atmosphere Antibiotic resistance genes (ARGs) have been detected in various atmospheric environments. Airborne ARGs transmission presents the public health threat. However, it is very difficult to quantify airborne ARGs because of the limited availability of collectable airborne particulate matter and the low biological content of samples. In this study, an optimized protocol for collecting and detecting airborne ARGs was presented. Experimental results showed that recovery efficiency tended to increase initially and then declined over time, and a range of 550–780 copies/mm² of capture loading was recommended to ensure that the recovery efficiency is greater than 75%. As the cell walls were mechanically disrupted and nucleic acids were released, the buffer wash protects ARGs dissolution. Three ratios of buffer volume to membrane area in buffer wash were compared. The highest concentrations of airborne ARGs were detected with 1.4 µL/mm² buffer wash. Furthermore, the majority of the cells were disrupted by an ultrasonication pretreatment (5 min), allowing the efficiency ARGs detection of airborne samples. While, extending the ultrasonication can disrupt cell structures and gene sequence was broken down into fragments. Therefore, this study could provide a theoretical basis for the efficient filter collection of airborne ARGs in different environments. An optimized sampling method was proposed that the buffer wash was 1.4 µL/mm² and the ultrasonication duration was 5 min. The indoor airborne ARGs were examined in accordance with the improved protocol in two laboratories. The result demonstrated that airborne ARGs in an indoor laboratory atmosphere could pose the considerable health risk to inhabitants and we should pay attention to some complicated indoor air environment.