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环丙沙星在沉积物上的吸附解吸规律研究(附件)

2021-08-21 15:45编辑: www.51jrft.com51今日论文网
虽然环境中常见抗生素,但它们的生物降解性和生态毒理学效应尚不清楚。环丙沙星能够抑制微生物的生长和活性,因此可能对环境造成重大风险,特别是对于土壤微生物生态学和微生物生态系统。环丙沙星在含水系统中难以生物降解和转化。然而,在土壤中却能够观察到它的吸附之后的释放行为。本文选择的研究对象环丙沙星是氟喹诺酮类抗生素的代表性药物,阐述了此类抗生素的环境风险和处理技术。为了更全面的了解环丙沙星进入沉积物后的结合和释放,本实验还对沉积物相的环丙沙星进行了提取方法的探索。选用pH=8.0的体系探讨了环丙沙星在沉积物中的吸附-解吸规律,归纳氧化还原条件对其在人工湿地沉积物上吸附的影响机制。湿地沉积物对环丙沙星的吸附与解吸动力学过程均包括快速反应阶段和慢速平衡两个阶段,48 h可以作为本研究中的湿地沉积物吸附环丙沙星的平衡时间。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 3
1.1 材料与仪器 3
1.1.1 供试沉积物 3
1.1.2 试剂与仪器 3
1.2 实验方法 4
1.2.1 吸附/解吸实验 4
1.2.2 沉积物中CIP提取实验 4
1.3 分析方法 5
2 结果与分析 5
2.1 环丙沙星在沉积物上的吸附过程 5
2.2 不同比例有机溶剂提取对比 6
3 结论与展望 7
3.1 主要结论 7
3.2 研究展望 7
致谢 8
参考文献 8
环丙沙星在沉积物上的吸附解吸规律研究
引言
引言
随着城市化进程的加快和工业产业规模的不断扩大,人类排放的生产生活污水、工业农业废水量也急剧增长,环境中污染物的种类和数量也迅速增加。大量药物随着废水进入环境,其中被广泛用于治疗人类和动物的细菌感染的药用活性化合物抗生素在全世界的使用量最大、使用最广泛,其在环境中的迁移转化和对人类构成的威胁已引起了广泛关注,成为近几年环境科学领域的研究热点。
抗生素被设计成难以生物 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: &351916072
降解并且即使在低剂量下也能有效地起作用。全世界每年消耗100,000至200,000吨[1]不同治疗类别的药物以预防,诊断,减轻或治愈人类以及动物中的疾病。近年来,畜牧业的发展迅速,兽用抗生素占全球抗生素消费量的70%,用于促进疾病预防和生长[2]。中国是畜牧业抗生素消费的全球领先者。据估计,中国每年使用兽用抗生素作为促进生长的饲料添加剂已达到约60008000吨[35]。兽用抗生素的大量使用在中国产生了高水平的抗生素残留。例如,山东省猪粪中检出金霉素最高浓度为754.4 mg/kg,诺氟沙星和恩诺沙星等喹诺酮类药物浓度最高分别为225.45和1420.76 mg/kg,分别位于中国八省[3,6]。
最广泛使用的氟喹诺酮类抗生素是环丙沙星(CIP)[7],CIP可以通过污水,污水处理厂的排放物,来自土地填埋场的淋滤,从制药工业释放,牲畜活动以及污水污泥,粪肥或处理过的废水到农田到达环境中[811]。因此,抗生素进入土壤,但他们的命运和影响这个生态系统是未知的。随着微量药物残留分析技术的进步,许多研究表明药物在水环境中的广泛存在[1214]。
最近,人们对合成抗生素潜在生态影响的担忧增加,因为它们可能抑制由微生物介导的关键环境过程,如营养物再生,碳氮循环和污染物降解[15]。环丙沙星对广谱革兰氏阴性和革兰氏阳性菌有活性,且它经常在环境中被发现并被证明具有遗传毒性[16]。此外,它也是常用的兽用氟喹诺酮类抗生素—恩诺沙星的主要代谢物。环丙沙星对废水,河水和海洋及盐沼沉积物中微生物群落的影响有关研究[1619]表明,它在环境相关浓度下降低了藻类的多样性。因此,迫切需要研究抗生素的出现和环境归宿,以减轻对生态系统和人类健康的负面影响。
在传统处理技术并非专门为消除药物而设计的城市污水处理厂(WWTPs)中,发现大多数药物不能被轻易完全清除[13,2022]。因此,各种药物及其代谢物通过污水处理厂的淋洗液释放到地表水,地下水,沿海水甚至饮用水中[2223]。近年来,某些先进技术如活性炭吸附,膜分离和膜生物反应器等处理工艺昂贵,使得大规模应用成本过高。因此,选择药物治疗的低成本替代技术具有重大意义,特别是在贫困地区。为此,建设、运行和维护成本低的人工湿地吸引了他们在废水中去除药物污染物方面的应用。许多废水处理设施排放到湿地进行三级处理,以便在排入地表水体之前进一步降低养分浓度[2425]。湿地已被证明有效减少医药活性化合物(PhAC)浓度[2627]。然而,很少有研究已经解决了这些湿地系统中PhAC的特定去除机制。因此,研究人员非常需要研究环境中PhAC的化学相互作用。
药物的环境归宿可能会因其对土壤和沉积物的吸附而受到强烈的影响。大量的药物通过废水流入环境,吸附过程会影响水相与固体表面之间物质的分布,从而影响它们在水环境中的运输并调节它们的最终命运[28]。已有研究显示吸附是这些化合物的重要水相去除途径。并且研究发现对湿地土壤的吸附为废水中的氟喹诺酮类抗生素提供了一个主要且可能长期的去除途径[29]。氟喹诺酮类药物(FQs)对固体物质的吸附可能构成FQs在湿地中的显着去除机制[30]。Golet et al.(2003)[31]的质量平衡研究表明,传统的污水处理过程中 88~92%的氟喹诺酮类药物是通过污泥的吸附作用被去除的。这是由于此类抗生素结构中含有相邻的羰基和羧基,其中羧基对于氟喹诺酮类抗生素在沉积物上的吸附过程具有重要影响。有研究表明,在含羧基和脱羧基的喹诺酮类抗生素吸附对比中,发现脱羧基喹诺酮类的吸附分配系数Kd值要远小于含羧基的喹诺酮类,且进一步通过红外光谱发现羧基震动峰发生变化,证实羧基可以与沉积物相应的极性吸附位点发生氢键作用和配位作用。因此,氟喹诺酮类抗生素进入土壤/沉积物环境后在其中的稳定性相对较高,能够快速被污泥、沉积物和土壤吸附,所以研究其在土壤/沉积物中的吸附行为有助于更好地评估此类抗生素的环境风险。
生物技术作为后处理过程是强大和有吸引力的。然而,生物技术系统涉及的过程更复杂,需要正确理解才能实现稳健的设计和操作。在大多数生物技术中,吸附和生物降解在去除有机污染物方面发挥重要作用。众所周知,药物在水中的吸附行为受吸附剂性质,药物性质(例如水溶性,疏水性和酸/碱性质)和水特性(例如pH,离子强度,阳离子,阴离子和天然有机物质(NOM)的影响[28],然而氧化还原条件(电子受体可用性)对有机污染物吸附行为的影响尚不清楚。对于无机污染物如重金属,已知氧化还原条件会影响其吸附行为[3233]。氧化还原条件强烈地影响有机污染物的生物去除,因为特定的电子受体能够选择具有不同靶向功能的特定微生物群落[34]。例如,据报道,磺胺甲恶唑的转化主要取决于硝酸盐还原条件的发生并且对硝酸盐浓度敏感[35]。

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