氯霉素废水处理技术进展

许 硕，赵洪飞

（青岛科技大学 环境与安全工程学院，山东 青岛 266042）

氯霉素废水处理技术进展

许 硕，赵洪飞

（青岛科技大学 环境与安全工程学院，山东 青岛 266042）

本研究对当前氯霉素废水处理技术的应用和研究状况进行了综述，目前处理氯霉素废水的方法主要包括吸附法、萃取法、电化学法、氧化法、还原法等物理化学方法和生物方法，这些方法降解效率较高，但具有能源消耗高以及二次污染等缺点。生物法与电化学法的联用是一种处理效率高且成本低的新技术，成为研究降解氯霉素废水的热点。

氯霉素；吸附法；电化学法；生物法

随着社会经济的迅速发展和人口的快速增长，人们对于水的需求量日益增加，但是由于水质的恶化，水体不断被污染，水资源越来越匮乏[1]。为了保护水资源和环境，国家制定了一系列的法律法规，寻找经济、有效的污水处理方法成为人们面临的一个重要课题。

氯霉素是一种由委内瑞拉链丝菌产生的抗生素，属于广谱抗生物的一种。因其在养殖场、临床医学中的广泛应用[2]，水体中有大量的氯霉素残留。若不能将其高效地去除掉，会对生态系统造成巨大的影响。

1 氯霉素简介

氯霉素作为一种广泛被使用的抗生素，化学性质较稳定，其抗菌活性高达5年以上[3]。虽然氯霉素的抗菌性强，但其对人体的危害同样也很大，可能会引发失眠、耳聋以及视力障碍等症状，严重时还可引发中毒性神经病[4]。

氯霉素主要通过制药废水、养殖废水、医院废水和生活污水进入水体，污染范围广，具有可生化性差、难降解的特点，使用一般的处理方法很难将其彻底分解处理[5]。氯霉素一旦进入到水体中，尤其是进入到水底的沉积物中，便形成蓄积性污染，可在180天甚至更长时间内保持极其稳定的性质，并且可以保持其初始浓度。

2 氯霉素废水处理工艺

采用一种相对较为成熟并且高效、稳定的氯霉素降解工艺，能够有效地去除废水中氯霉素，同时也能对含有较高浓度的氯霉素水体进行有效的修复。目前常用的处理方法包括物理法、化学法和生物法等，生物法与电化学法的联用因其低廉的成本与高效的处理效率，也受到一定的关注。

2.1 物理法

采用物理法处理含有氯霉素的废水，不仅可以有效地降低废水中氯霉素的含量，还能够回收废水中的氯霉素，使得废水的可生化性大大提高，从而便于进一步的后续处理[6]。一般情况下，处理氯霉素废水的物理方法主要包括吸附法、萃取法等。

2.1.1 吸附法

吸附法是利用各种吸附剂通过吸附废水中的悬浮物、有机物等来达到处理、净化废水的目的。活性炭作为一种优良的吸附剂，具有多孔结构、巨大的比表面积和较大的吸附容量，并且有较强的力学强度和化学稳定性，被广泛应用于各个领域，并取得了一定的效果。

王秀芳等[7]对活性炭吸附氯霉素的吸附机理进行了研究，在25℃、30℃、35℃下分别测定了对氯霉素的吸附。结果表明，活性炭的吸附量随着温度的不断升高而减小，并且所得出的等温方程符合Freundlich模型。Ye等[8]通过NaOH修饰的竹炭来吸附处理氯霉素废水。结果表明，该方法可以在一定程度上吸附废水中的氯霉素。张博[9]等以活性炭为吸附剂进行吸附处理，再对吸附了污染物的活性炭进行无害化再生。结果表明，以NaOH对活性炭进行预处理可以有效地提高活性炭对氯霉素的吸附，再生后的活性炭吸附仍然符合Freundlich吸附等温模型。

2.1.2 萃取法

萃取法的基本原理是向废水中投加一种与水不互溶，但能良好地溶解废水中污染物的溶剂，使其与废水充分混合接触。污染物在溶剂中的溶解度大于在废水中的溶解度，因此大部分污染物转移到溶剂相里，然后分离废水和溶剂，即可达到分离、浓缩污染物和净化废水的目的。利用此方法处理氯霉素废水的关键在于选取合适的萃取剂。

沙耀武等[16]利用四氯化碳来萃取硝基苯废水。通过三次反复萃取，废水中的硝基苯去除率高达97%以上。Nakai等[17]将废水经过以超临界的CO2为反应介质的萃取塔，废水中的硝基苯的去除率可高达100%。

2.2 化学法

化学法的基本原理是向氯霉素废水中加入一定的化学物质，使其与废水中的氯霉素发生化学反应，改变了其自身的结构和化学性质，生成简单的小分子物质甚至直接降解成CO2和H2O。常用来处理氯霉素废水的化学法包括混凝法、燃烧法、芬顿氧化法、臭氧氧化法、电化学法以及Fe-C还原法等。

2.2.1 混凝法

混凝法是通过向废水中投加混凝剂，使其与废水中的污染物等胶体、悬浮物质凝聚成沉淀物的形式来达到处理废水的目的。该方法的机理是投加到废水中的混凝剂发生一系列的水解、聚合等反应，这些反应的产物会与废水中的污染物静电中和、吸附架桥等反应而形成絮体后从水中去除。

赵玲玲[12]等采用混凝—芬顿法处理抗生素废水。结果表明，当pH值为8，PAC、PAM的加入浓度分别为400 mg/L和12 mg/L时，可以达到较为理想的效果，COD的降解率高达90%以上。

2.2.2 燃烧法

利用化学燃烧反应，将废水中有机物经过燃烧反应后生成对环境影响甚微或无害的物质，从而达到深度处理的目的。徐扣珍[13]等采用焚烧法处理氯霉素生产废水。结果表明，浓废水有机物平均含量为11.6%，经焚烧处理后其烟气组成与锅炉烟气基本相似。在排放标准内，理论分析有机物燃烧放出的热量为焚烧时吸收热量的1.32倍，如果利用烟气余热则增加到1.45倍。

2.2.3 芬顿试剂氧化法

芬顿试剂氧化法的基本原理是向酸性废水中加入一定量的Fe2+和H2O2，使其产生·OH，这种羟基自由基·OH具有强氧化性，将有机污染物转化为CO2、H2O及无机盐类等小分子物质。芬顿试剂参与的氧化反应是个链式反应，·OH的产生是链反应的开始，其他自由基和中间体共同构成了链的节点，待各自由基反应消耗完全，反应链终止，反应结束[14]。

Miguel等[15]采用Fenton法来处理含有硝基苯的氯霉素废水。结果发现，废水中COD的去除率达到70.3%，硝基苯的降解基本符合一级动力方程。杨亚男等[16]人采用Fenton法处理抗生素废水。结果表明，当pH=3，H2O2（体积分数为30%）的投加量为1.5 ml/L，n（H2O2）∶n（Fe2+）为5∶1时，废水中的COD从224 mg/L降解到64 mg/L，去除率高达71%，效果良好。Su Rongjun等[17]采用太阳能-. Fenton工艺处理制药废水。结果表明，在pH值为3.0，FeSO4的浓度在7.8 mmol/L，n（H2O2）∶n（Fe2+）为1∶1的条件下，废水的COD去除率可达到78.9%，废水的可生化性得到明显的提高。

2.2.4 臭氧氧化法

臭氧氧化法的原理与芬顿氧化类似，当臭氧溶解在水中时会产生氧化性极强的羟基自由基，羟基自由基不仅可以氧化废水中的有机物，降低废水的COD，还能提高废水的可生化性。

Sandra等[18]采用UV/O3+Fe3+法处理含有硝基苯的氯霉素废水。结果表明，低浓度Fe3+可高效提高废水中TOC的去除效率，该工艺对废水COD的去除率可高达100%。郭佳等[19]将TiO2作为光催化剂，采用高压汞灯和反射镝灯为紫外光、模拟日光光源处理抗生素废水。研究表明，当废水中抗生素初始质量浓度在500 mg/L，TiO2的质量浓度在1.5 g/L，紫外光照5 h后，废水中COD的降解率可达93.4%。

2.2.5 电化学法

电化学法是指电解质溶液在电流的作用下，在阳极和电解质溶液界面上发生反应物粒子失去电子的氧化反应，在阴极和电解质溶液界面上发生反应物粒子与电子结合的还原反应的电化学过程。邓飞[20]等研究了修饰电极对氯霉素的电催化还原能力和动力学特征。结果表明，制备的碳纳米管修饰电极还原2 mg/L氯霉素24 h的去除率达到97.21%。采用液相色谱-串联质谱分析法（LCMS/MS）鉴定了氯霉素的还原产物，分析了氯霉素还原的可能途径，电催化不仅还原了氯霉素中的硝基，还可以进一步还原羰基和脱氯，显著降低氯霉素的毒性。

2.2.6 Fe-C还原法

还原法主要使用的原料是机械加工产生的铁碳，将其投入废水中，会形成无数微小的阳极和阴极，以废水为电解质，形成Fe-C原电池。其中铁为电池的阳极，产生Fe2+，石墨为电池的阴极，产生OH-以及[H]。

微电解过程中会不断生成Fe2+和[H]，能与氯霉素废水中复杂的有机物发生氧化还原反应，使大分子有机物变成小分子。王晓阳等[21]采用铁碳微电解法处理含有氯霉素的抗生素废水，研究了各种条件对处理效果的影响。结果表明，在pH值为4.0，固液比为15%，铁碳体积比为1∶1的条件下反应100 min时，废水的COD去除率为60%，BOD/COD也从开始的不足0.1提高到0.43，可生化性大大提高，便于后续进一步生化处理。

2.3 生物法

生物法是利用微生物在生长、增值过程中产生的酶来氧化还原废水中的有机物，最终将有机物降解成简单的无机物和自身所需的营养物质，主要包括好氧生物法、厌氧生物法和厌氧-好氧生物法等。目前应用比较多的是UASB及其组合工艺。UASB厌氧反应器具有结构紧凑、无需机械搅拌、处理效果好以及节省投资等优点，在高浓度制药废水包括氯霉素废水以及其他工业废水的处理中得到了广泛的应用。

Chong-Jian Tang等[22]采用了厌氧氨氧化即ANAMMOX工艺处理含有大量氮元素的制药废水。研究表明，此方法可以高效地处理该类废水，同时为高氮废水的治理提供了科学依据。杨可成等[25]采用水解酸化池+UASB+SBR工艺处理制药废水，该废水COD初始浓度高达2 800～16 500 mg/L。经过该处理工艺处理后，出水的COD浓度低于1 000 mg/L，COD的去除率可达85%以上。

Qi Peishi等[26]采用一体式膜生物反应器来处理抗生素废水，探究该工艺对制药废水的处理效果。结果表明，该工艺可较为理想地处理抗生素废水，并且能良好运行，ρ（VSS）/ρ（SS）和Y0随着HRT的减小而减小。

2.4 生物法—电化学法的联用

对于生物法与电化学法的联用，目前应用最广的是生物电化学系统，这是一种微生物、反应底物和电极三者相互作用的体系。微生物一般附着在电极之上，通过跟电极进行直接或间接的电子传递，将溶液与电极紧密相连。在生物电化学系统内可以发生很多反应：阳极具有氧化作用，可以氧化多种碳水化合物，如乙酸、丁酸等；而阴极利用阳极产生的电子，具有较强的还原性，因此可以用来还原降解多种难降解的污染物质[25]。

孙飞等[26]采用序批式生物电化学系统阴极还原的方式，研究氯霉素在生物阴极与非生物阴极中的不同降解速率。结果表明，生物阴极相对于非生物阴极，具有较快的氯霉素降解速率，同时，增加附着生长在电极上的生物膜可以降低反应器的欧姆内阻和极化内阻，进而提高去除效率。

3 结论

氯霉素废水作为一种难降解的废水，逐渐引起了人们的关注和研究。物理法、化学法和生物法在处理氯霉素废水方面都有各自的优势，但也有一定的缺陷，利用单一的处理方法在处理氯霉素废水方面有着一定的局限。因此，在今后的研究过程中，应该注重几种方法的联用，研究氯霉素在环境中的降解机理、中间产物及其降解的动力学模型，不断改进，从而找出最佳的组合技术工艺。

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（编辑：程 俊）

Progress of Chloramphenicol Wastewater Treatment Technology

Xu Shuo,Zhao Hongfei
（College of Environmental and Safety Engineering,Qingdao University of Science&Technology,Qingdao Shandong 266042,China）

The current application of chloramphenicol wastewater treatment technology and research were reviewed.At present,the major physical chemistry and biological methods for chloramphenicol wastewater treatment are adsorption,extraction,electrochemical method,oxidation and reduction et all.These methods have high degradation efficiency,but have disadvantages of high energy consumption and secondary pollution.The combination of biological and electronical method is a new technology with high efficiency and low cost.It becomes a hotspot for the study of chloramphenicol wastewater treatment.

Chloramphenicol,adsorption method,electrochemical method,biological methods

X703

A

1008-813X（2017）01-0072-04

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.01.19

2017-01-04

许硕（1993-），男，山东菏泽人，青岛科技大学环境工程专业在读硕士研究生，主要从事工业水处理方面的研究工作。