一种污水中抗生素抗性污染物的电化学消毒处理方法及其应用

本发明属于水处理，具体涉及一种污水中抗生素抗性污染物的电化学消毒处理方法及其应用。

背景技术：

1、在医疗、农业和畜牧业等领域中，抗生素的广泛使用导致了耐药菌的产生以及抗生素耐药问题的发展。抗生素耐药问题是一个日益严重的全球性公共卫生问题，细菌抗生素耐药已经对人类健康和社会经济造成巨大负担。耐药基因(args)是细菌产生耐药性的关键，耐药基因可以通过质粒等遗传元件在细菌之间转移传播。常规的污水处理技术，如滤网过滤、沉淀法、超滤技术等，主要目的是去除水中的悬浮物、有机物等杂质，对于耐药细菌、耐药基因等抗生素抗性污染物的去除效果有限，仍会对环境造成安全风险，需要进一步的处理。

2、污水处理系统汇集了大量不同来源的抗生素、耐药基因及耐药细菌等，这使得污水处理系统成为抗生素抗性污染物的重要储存库。同时，污水处理系统也是抗生素耐药性从人、动物向环境传播的重要节点，是环境抗生素耐药的重要来源。消毒处理工艺是污水处理系统控制微生物污染不可缺少的环节。然而，当前传统的消毒处理工艺对污水处理系统耐药细菌、耐药基因、耐药质粒等的处理效果有限，这些耐药细菌携带的耐药基因及耐药质粒进入环境后仍可依靠接合转移等途径在环境菌群间传播，给环境健康带来巨大威胁。

3、虽然现有技术中公开了一些用于去除污水中dna或耐药基因的方法(如公开号为cn117003426a、cn110776078a、cn118546919a的中国专利文献等)，但是存在药剂成本费用较高的问题，同时处理效率还有待进一步提高，因此，需要开发新型的消毒处理技术以对污水处理厂出水中的抗生素抗性污染物进行强化控制。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种污水中抗生素抗性污染物的电化学消毒处理方法，该方法简单高效，能够有效削减污水中的耐药细菌、耐药基因、耐药质粒等。

2、具体采用的技术方案如下：

3、一种污水中抗生素抗性污染物的电化学消毒处理方法，包括：将fe3o4-pac粒子电极添加于电化学反应器中阴极极板和阳极极板间的有效空间内，对废水进行电化学消毒处理以去除污水中的抗生素抗性污染物；

4、所述的fe3o4-pac粒子电极由包含铁盐、碱和粉末活性炭pac的反应体系经过化学沉淀法制备得到。

5、本发明方法利用fe3o4-pac(粉末活性炭)作为粒子电极，将其添加于电化学反应器中阴极极板和阳极极板间的有效空间内，一方面，阴极和阳极可以在电场作用下生成大量羟基自由基，羟基自由基的消毒效率可达氯消毒剂的103-104倍，且其能够凭借高氧化还原电位直接破坏dna，另一方面，电化学反应器也会生成大量游离氯(hclo、clo-、cl2)，这些游离氯可以有效削减耐药细菌，同时部分游离氯也会在fe3o4中fe(ii)的作用下进一步向羟基自由基转化，进一步提高处理效果。本发明方法凭借良好的游离氯和自由基生成等性能实现抗生素耐药细菌、耐药基因、耐药质粒等抗生素抗性污染物的削减。

6、具体的，抗生素抗性污染物包括但不限于耐药细菌、耐药基因或耐药质粒等。

7、优选的，所述的阳极为钌铱钛电极，所述的阴极为钛电极。

8、优选的，以废水的处理量计，fe3o4-pac粒子电极的添加量为0.05-0.3g/l；电化学消毒处理过程中，采用恒电流处理，电流密度为1-5ma/cm2。在上述优选的参数下，对抗生素抗性污染物具有良好的处理效果。

9、优选的，电化学消毒处理时间为20-120min。

10、进一步优选的，以废水的处理量计，fe3o4-pac粒子电极的添加量为0.1g/l；电化学消毒处理过程中，采用恒电流处理45min，电流密度为3ma/cm2。在上述参数下，本发明方法可完全失活典型耐药细菌，且对这些耐药细菌携带的β-内酰胺类耐药基因的去除效率可达94％以上，对质粒的去除效率可达95％以上。

11、优选的，所述的fe3o4-pac粒子电极的制备方法包括：制备二价铁盐和三价铁盐的混合铁盐溶液，加热至75-85℃，再加入碱和粉末活性炭pac，在惰性气体环境下恒温反应20-40min，回收固体产物，洗涤磁分离后得到所述的fe3o4-pac粒子电极。

12、进一步优选的，所述的二价铁盐和三价铁盐的摩尔比例为1:1.5-2。

13、进一步优选的，所述的碱为氨水，铁盐和粉末活性炭pac的质量比为3-6:10；粉末活性炭pac的投加量约占整个反应体系的8％-12％。

14、本发明还提供了所述的污水中抗生素抗性污染物的电化学消毒处理方法在废水处理领域中的应用。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

16、(1)本发明提供的电化学消毒处理方法可以实现对耐药细菌及其携带的耐药基因和耐药质粒的高效去除。

17、(2)在细菌悬液模拟废水实验中，本发明电化学消毒处理方法在电流密度为3ma/cm2，粒子电极添加量0.1g/l，处理时间为45min时，可完全失活典型耐药细菌，且对这些耐药细菌携带的β-内酰胺类耐药基因的去除效率可达94％以上，对质粒的去除效率可达95％以上；且该电化学消毒处理方法对实际污水仍能保持较好的处理效果。

18、(3)本发明方法通过游离氯以及自由基的生成，可实现耐药细菌、耐药基因及耐药质粒的高效去除，且本发明方法还可以降低污水中微生物群落的多样性，且对潜在病原微生物也具备较好的削减效果，为污水中有害细菌及抗生素耐药的风险防控提供了可行策略。

技术特征：

1.一种污水中抗生素抗性污染物的电化学消毒处理方法，其特征在于，包括：将fe3o4-pac粒子电极添加于电化学反应器中阴极极板和阳极极板间的有效空间内，对废水进行电化学消毒处理以去除污水中的抗生素抗性污染物；

2.根据权利要求1所述的污水中抗生素抗性污染物的电化学消毒处理方法，其特征在于，所述的阳极为钌铱钛电极，所述的阴极为钛电极。

3.根据权利要求1所述的污水中抗生素抗性污染物的电化学消毒处理方法，其特征在于，以废水的处理量计，fe3o4-pac粒子电极的添加量为0.05-0.3g/l。

4.根据权利要求1所述的污水中抗生素抗性污染物的电化学消毒处理方法，其特征在于，电化学消毒处理过程中，采用恒电流处理，电流密度为1-5ma/cm2。

5.根据权利要求1所述的污水中抗生素抗性污染物的电化学消毒处理方法，其特征在于，电化学消毒处理时间为20-120min。

6.根据权利要求1所述的污水中抗生素抗性污染物的电化学消毒处理方法，其特征在于，所述的fe3o4-pac粒子电极的制备方法包括：制备二价铁盐和三价铁盐的混合铁盐溶液，加热至75-85℃，再加入粉末活性炭pac和碱，在惰性气体环境下恒温反应20-40min，回收固体产物，洗涤分离后得到所述的fe3o4-pac粒子电极。

7.根据权利要求6所述的污水中抗生素抗性污染物的电化学消毒处理方法，其特征在于，所述的二价铁盐和三价铁盐的摩尔比例为1:1.5-2。

8.根据权利要求6所述的污水中抗生素抗性污染物的电化学消毒处理方法，其特征在于，所述的碱为氨水；铁盐和粉末活性炭pac的质量比为3-6:10。

9.根据权利要求1-8任一所述的污水中抗生素抗性污染物的电化学消毒处理方法在废水处理领域中的应用。

技术总结
本发明公开了一种污水中抗生素抗性污染物的电化学消毒处理方法及其应用，属于水处理技术领域，抗生素抗性污染物包括但不限于耐药细菌、耐药基因或耐药质粒等，本发明方法将Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;‑PAC粒子电极添加于电化学反应器中阴极极板和阳极极板间的有效空间内，对废水进行电化学消毒处理以去除污水中的抗生素抗性污染物；所述的Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;‑PAC粒子电极由包含铁盐、碱和粉末活性炭PAC的反应体系经过化学沉淀法制备得到。本发明方法简单高效，能够有效削减污水中的耐药细菌、耐药基因、耐药质粒等，为污水中有害细菌及抗生素耐药的风险防控提供了可行的策略。

技术研发人员：陈红,林泽俊
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/30