一种生物电催化强化去除水中抗生素的方法

本发明涉及废水处理，尤其涉及一种生物电催化强化去除水中抗生素的方法。

背景技术：

1、抗生素被广泛地应用于人类及动物的疾病防治、农业生产、畜牧和水产养殖等领域，但由于其在人和动物肠道中不能被完全代谢，导致大量抗生素排放至城市污水中。污水处理厂、畜牧养殖场、水产养殖场和地表径流排出的抗生素会通过不同途径进入到自然水体中。即使抗生素在水体中的浓度很低，但长期积累会对生态系统的可持续性造成不利影响。不仅如此，水环境中的抗生素也可以诱导微生物产生耐药基因，进而产生耐药细菌，对水生态环境和人类健康是一种巨大的威胁。因此，采取适当的措施解决抗生素污染问题已刻不容缓。

2、大部分抗生素抗菌活性强，具有可生化性差、难降解的特点，对传统废水处理方法提出了巨大的挑战。多种处理方法如吸附法、电化学催化、生物处理、氯化法、高级氧化技术、膜分离已被用于去除抗生素。但这些方法都需要特殊的材料、大量的能源或化学品的输入、复杂的运行工艺且易造成二次污染，单独的物理化学或生物方法也并不能完全去除和降解抗生素。而生物电化学系统具有效率高、成本低、环境可持续性和能源回收等优点，这为抗生素类废水的处理提供了一条新路径。然而，利用生物电化学系统高效地降解废水中抗生素的方法和机制以及影响抗生素降解的关键因素的研究还较为匮乏。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种生物电催化强化去除水中抗生素的方法，一方面通过电化学作用刺激系统中特定的微生物，使微生物的催化活性增强，另一方面利用电极提供电子供体，促进抗生素的还原去除，从而提高抗生素污染物降解效率。

2、本发明是采用以下技术方案实现的：

3、一种生物电催化强化去除水中抗生素的方法，包括以下步骤：

4、(1)构建生物电催化系统

5、所述生物电催化系统为双极室三电极系统，

6、工作电极：以碳基电极作为工作电极，所述工作电极与多通道恒电位仪连接；

7、对电极：以铂网电极作为对电极；

8、参比电极：以ag/agcl电极作为参比电极；

9、所述生物电催化系统设有工作电极室和对电极室，两个电极室中间设有离子交换膜；所述离子交换膜为阳离子交换膜；

10、(2)恒电位驯化并获得电活性生物膜

11、在恒电位-0.2v vs.ag/agcl条件下运行生物电催化系统，按照活性污泥与模拟废水体积比例为1:1，在工作电极室接种污水处理厂二沉池厌氧活性污泥及模拟废水，在工作电极上定向驯化并形成电活性微生物膜；所述模拟废水中包含磷酸缓冲液、抗生素和共基质，所述磷酸缓冲液按照磷酸根浓度为2-50mm添加，所述抗生素浓度为2mg/l，所述共基质的浓度为300-800mg/l；其中磷酸缓冲液为磷酸氢二钠与磷酸二氢钠的混合体系，ph值为7.0；

12、(3)通过电位调控对含有抗生素的废水进行处理

13、持续进水，并调节模拟废水中抗生素浓度为2-50mg/l；通过调节电位大小，转化去除模拟废水中的抗生素。

14、优选的，步骤(1)所述的碳基电极包括但不限于玻碳、碳纤维刷、碳布、碳毡。

15、优选的，所述抗生素为硝基咪唑类、氯霉素类、呋喃类抗生素的任意一种；所述共基质包括但不限于乙酸钠、葡萄糖。

16、优选的，步骤(3)所述的恒电位控制，电位范围在-0.2～-0.8v vs.ag/agcl之间。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

17、本发明提供了生物电催化强化去除水中抗生素的方法，该方法首先在电极上定向驯化形成电活性微生物膜。然后利用电活性微生物膜，通过对抗生素浓度、磷酸缓冲液浓度、电位进行调控，使生物电极在一定的电位下对含抗生素的废水进行生物电化学降解，从而实现了废水的高效处理。本发明具有处理成本低、能耗低且降解效率高的特点。

技术特征：

1.一种生物电催化强化去除水中抗生素的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的生物电催化强化去除水中抗生素的方法，其特征在于，步骤(1)所述的碳基电极包括但不限于玻碳、碳纤维刷、碳布、碳毡。

3.根据权利要求1所述的生物电催化强化去除水中抗生素的方法，其特征在于，所述抗生素为硝基咪唑类、氯霉素类、呋喃类抗生素的任意一种；所述共基质包括但不限于乙酸钠、葡萄糖。

4.根据权利要求1所述的生物电催化强化去除水中抗生素的方法，其特征在于，步骤(3)所述的恒电位控制，电位范围在-0.2～-0.8vvs.ag/agcl之间。

技术总结
本发明提供了一种生物电催化强化去除水中抗生素的方法，属于废水处理技术领域。本发明首先构建双极室三电极系统，并在工作电极上定向富集电活性微生物，通过对抗生素浓度、磷酸缓冲液浓度、电位进行调控，使生物电极在一定的电位下对含抗生素的废水进行生物电化学降解，对废水中的抗生素的去除效率高。

技术研发人员：崔丹,高文钰,唐美仪,逯洪利
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15