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        復(fù)合水平潛流濕地中四環(huán)素類抗生素的去除研究

        2016-11-08 12:35:15楊平王勇王釗
        海河水利 2016年5期
        關(guān)鍵詞:潛流類抗生素強(qiáng)力

        楊平,王勇,王釗

        (1.晉中市水文水資源勘測分局,山西晉中030600;2.海河水利委員會漳河上游管理局,河北邯鄲056006;3.海河流域水環(huán)境監(jiān)測中心,天津300170)

        復(fù)合水平潛流濕地中四環(huán)素類抗生素的去除研究

        楊平1,王勇2,王釗3

        (1.晉中市水文水資源勘測分局,山西晉中030600;2.海河水利委員會漳河上游管理局,河北邯鄲056006;3.海河流域水環(huán)境監(jiān)測中心,天津300170)

        本研究建立了固相萃取-高效液相色譜三重四級桿質(zhì)譜聯(lián)用法,同時測定水中的4種四環(huán)素類抗生素(金霉素、土霉素、四環(huán)素、強(qiáng)力霉素)的殘留。利用復(fù)合水平潛流人工濕地處理生活污水,比較了有植物和無植物組合濕地對四環(huán)素類抗生素的去除效果。結(jié)果表明,有植物組合濕地的去除效率高于無植物組合濕地的去除效率,復(fù)合水平潛流人工濕地能較好地降解強(qiáng)力霉素(去除率達(dá)74.02%),但其對四環(huán)素類抗生素的降解機(jī)理及植物在其中的作用有待進(jìn)一步研究。

        固相萃?。桓咝б合嗌V;四環(huán)素;人工濕地

        1 引言

        抗生素的大量使用,使其在環(huán)境中不斷積累,且在較短時間內(nèi)很難在自然界分解,導(dǎo)致其在一定時期內(nèi)富集于自然界的土壤或水體中,呈現(xiàn)“假性持久性”污染。在許多國家的河流、湖泊、地下水、海水等水源中以及動物體內(nèi)均監(jiān)測出了相當(dāng)濃度的抗生素[1,2]。近些年來,水環(huán)境中抗生素的污染問題已成為環(huán)境科學(xué)界關(guān)注的新興研究熱點(diǎn)[3,4]。

        人工濕地(CWs)污水處理系統(tǒng)是一種包含土壤、植被、微生物的生態(tài)工程系統(tǒng),它利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用,通過過濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物分解來實(shí)現(xiàn)對污水的高效凈化。李麗等研究了垂直流-水平潛流組合濕地對磺胺類抗生素的去除率,有植物組合濕地的去除率為72.31%,無植物組合濕地的去除率為59.71%[5]。鄭加玉、劉琳等研究了人工濕地對四環(huán)素類抗生素的去除,通過濕地處理系統(tǒng)后四環(huán)素類抗生素去除率達(dá)90%以上[6]。

        四環(huán)素類抗生素主要的監(jiān)測方法為高效液相色譜法、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法,其中高效液相色譜法是以液體作為流動相并采用顆粒極細(xì)的高效固定相的柱色譜分離技術(shù)、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法靈敏度更高,以串聯(lián)四級桿技術(shù)準(zhǔn)確性更高。筆者利用固相萃取-高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜的方法,測定水體中四環(huán)素類抗生素,并研究人工濕地技術(shù)對四環(huán)素類抗生素的去除效果。

        2 材料與方法

        2.1試驗(yàn)材料

        四環(huán)素(TC)、土霉素(OTC)、金霉素(CTC)、強(qiáng)力霉素(DC)標(biāo)準(zhǔn)品購自Dr.Ehrenstorfer公司,乙腈(色譜純,純度>99.9%)購自J.T.baker公司,甲酸(色譜純,純度>98.0%)購自J.T.baker公司,甲醇(色譜純,純度>99.9%)購自賽默飛世爾公司。

        2.2濕地構(gòu)建

        本試驗(yàn)采取穩(wěn)定塘+復(fù)合水平潛流人工濕地組合工藝,如圖1所示。復(fù)合水平潛流人工濕地系統(tǒng)是由2個水平潛流人工濕地組成的,前一級濕地略高于后一級濕地,以便于污水的自流,并且在前一級水平潛流濕地表層設(shè)置厚度為20 cm的硝化帶,使污水中的氨氮得到部分硝化處理。

        穩(wěn)定塘中選擇種植多種常見水生植物香蒲、菖蒲、千屈菜、美人蕉,另在近水區(qū)種植一批沉水植物,可選擇馬來眼子菜、黑藻、苦草等。

        圖1 穩(wěn)定塘+復(fù)合水平潛流人工濕地組合工藝

        (1)一級水平潛流人工濕地。填料粒徑為10~20mm,材料為花崗巖和本地碎石組成,體積比例在1∶1~5∶1。花崗巖與本地碎石在使用之前,需要用水沖洗干凈。在表層覆蓋150mm本地沙土或者細(xì)沙。

        (2)二級水平潛流人工濕地。填料粒徑為15~25mm,材料為花崗巖與本地碎石組成,體積比例在1∶1~5∶1?;◢弾r與本地碎石在使用之前,需要用水沖洗干凈。在表層覆蓋150mm本地沙土或者細(xì)沙。

        2.3水樣采集和樣品前處理

        按圖1布設(shè)的采樣點(diǎn)采集水樣,將水樣置于棕色玻璃瓶中,冷藏運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。水樣預(yù)處理固相萃取條件為:HLB固相萃取小柱依次用10 m L甲醇、10mL純水以3mL/min流速活化,取400mL水樣,調(diào)節(jié)pH值,以10mL/L的流速上樣,用5mL甲醇分3次洗脫小柱,洗脫液在40℃由氮吹至濃縮,用乙腈/水(2∶8體積比)定容至1mL,待測。

        2.4色譜-質(zhì)譜條件

        (1)液相條件。柱溫35℃,流動相為乙腈和0.01%甲酸/水,流動梯度見表1。

        表1 梯度洗脫程序

        (2)質(zhì)譜條件。離子源為電噴霧離子源(ESI),監(jiān)測方式為多反應(yīng)監(jiān)測,干燥氣為氮?dú)?,干燥氣溫度?50℃,干燥氣流速為10 L/min。四環(huán)素類抗生素質(zhì)譜分析的條件參數(shù),見表2。

        表2 質(zhì)譜分析條件參數(shù)

        3 結(jié)果與分析

        3.1高效液相色譜質(zhì)譜檢測結(jié)果

        根據(jù)色譜-質(zhì)譜條件,四環(huán)素類抗生素的色譜質(zhì)譜如圖2—5所示。

        圖2 金霉素色譜質(zhì)譜

        圖3 土霉素色譜質(zhì)譜

        圖4 四環(huán)素色譜質(zhì)譜

        以乙腈/水(2∶8體積比)逐級(0.1、1、10、50、75、100μg/L)稀釋標(biāo)準(zhǔn)工作液,在2.4試驗(yàn)條件下進(jìn)樣,得到不同標(biāo)準(zhǔn)液濃度所對應(yīng)的峰面積。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,以峰面積(y)為縱坐標(biāo),以標(biāo)準(zhǔn)液濃度(x)為橫坐標(biāo),建立標(biāo)準(zhǔn)曲線方程。4種四環(huán)素類抗生素的線性范圍、檢出限、標(biāo)準(zhǔn)曲線方程、相關(guān)系數(shù)及回收率,見表3。

        圖5 強(qiáng)力霉素色譜質(zhì)譜

        表3 4種四環(huán)素類抗生素的線性范圍、檢出限、標(biāo)準(zhǔn)曲線方程、相關(guān)系數(shù)及回收率(n=3)

        3.2濕地基質(zhì)對四環(huán)素類抗生素的去除

        表4為四環(huán)素類抗生素在灤河和人工濕地系統(tǒng)中的濃度。從表4可以看出,在灤河水質(zhì)中監(jiān)測出四環(huán)素類抗生素,其濃度在9.715 ng/L;在濕地系統(tǒng)污水進(jìn)水口水質(zhì)中監(jiān)測出四環(huán)素和強(qiáng)力霉素,其濃度分別在12.205、23.566ng/L,未監(jiān)測出金霉素和土霉素。

        表4 四環(huán)素類抗生素在灤河和人工濕地系統(tǒng)中的濃度(n=3)ng/L

        在有植物的人工濕地系統(tǒng)中,強(qiáng)力霉素在污水口處的濃度為23.56 ng/L,四環(huán)素濃度為12.02 ng/L。通過有植物的人工濕地系統(tǒng)處理后,強(qiáng)力霉素和四環(huán)素濃度均呈下降趨勢,強(qiáng)力霉素的去除率為74.02%,四環(huán)素的去除率僅為34.41%。有植物人工濕地系統(tǒng)中四環(huán)素類抗生素的去除效果,如圖6所示。

        通過無植物人工濕地系統(tǒng)處理后,強(qiáng)力霉素和四環(huán)素的濃度變低,說明無植物人工濕地對四環(huán)素類抗生素仍有一定的去除效果,且強(qiáng)力霉素的去除率達(dá)66.24%。強(qiáng)力霉素在通過無植物人工濕地系統(tǒng)各單元時濃度都有所降低,這表明濕地介質(zhì)對強(qiáng)力霉素有一定的去除效果。四環(huán)素在通過無植物人工濕地系統(tǒng)各單元時濃度變化不定,在有植物氧化塘處較進(jìn)水口低,在一級空白濕地中較氧化塘高,在二級空白濕地出水處與氧化塘持平。無植物人工濕地系統(tǒng)中四環(huán)素類抗生素的去除效果,如圖7所示。

        X171.5;X52

        A

        1004-7328(2016)05-0021-04

        10.3969/j.issn.1004-7328.2016.05.007

        2016—07—25

        國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07203-002);國家國際科技合作專項資助(2013DFA71340);海河流域水質(zhì)監(jiān)測項目(1261520411631)

        楊平(1965—),男,高級工程師,主要從事水文水資源勘測工作。

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