Моделирование восстановления загрязнения окситетрациклином в циркуляционных скважинах подземных вод, усиленное нанотехнологиями

Dec 18, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9136 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Широкое использование антибиотиков в последние годы привело к увеличению загрязнения антибиотиками неглубоких грунтовых вод. Как наиболее широко используемый антибиотик тетрациклина, окситетрациклин привлек большое внимание исследователей из-за его стабильной молекулярной структуры и трудности разложения. С целью устранения загрязнения окситетрациклином неглубоких грунтовых вод нанопероксид кальция (nCaO2) и озон (O3) используются для усиления разложения окситетрациклина в циркуляционных скважинах подземных вод (GCW). Прибор для испытания трехмерной песочницы циркуляционных скважин предназначен для исследования эффективности ремонта циркуляционных скважин, укрепленных различными окислителями. Результаты показывают, что после работы скважин с усилением циркуляции nCaO2 и O3 в течение 10 часов средняя скорость удаления ОТЦ достигает 83%, а самая высокая скорость удаления составляет 88,13%, что на 79,23% и 13,96% соответственно выше, чем у nCaO2 и O3. только скважины с усиленной циркуляцией, и после прекращения аэрации не наблюдается явления отскока. Обработка улучшенных GCW nCaO2 и O3 на месте потенциально может применяться для удаления ОТЦ из подземных вод.

Окситетрациклин является наиболее распространенным антибиотиком тетрациклиновой группы1. Он широко используется в животноводстве, но лишь небольшое количество окситетрациклина абсорбируется и обычно попадает в окружающую среду в виде фекалий. Окситетрациклин имеет стабильную молекулярную структуру, которую трудно разложить микроорганизмам, он существует в течение длительного времени и вызывает загрязнение окружающей среды2,3,4,5. Лопес-Серна и др.6 обнаружили концентрацию антибиотиков в грунтовых водах Барселоны, Испания, и обнаружили, что местные грунтовые воды были загрязнены в разной степени, причем самая высокая концентрация тетрациклина достигала 188 нг/л. Цзян7 обнаружил 16 антибиотиков в пробах подземных вод на севере Китая и обнаружил, что содержание окситетрациклина в подземных водах в этом районе составило 8325,8 нг/л. Поэтому в настоящее время контроль загрязнения окситетрациклином является основной задачей по устранению загрязнения антибиотиками8.

Для решения проблемы загрязнения подземных вод окситетрациклином существует два распространенных подхода: восстановление на месте и восстановление на месте. Поскольку антибиотики при попадании в грунтовые воды стекают с водой, восстановление ex-situ обходится дорого, а загрязнение невозможно лечить в течение длительного времени, поэтому для устранения загрязнения выбирается один из методов восстановления на месте. Технология скважин с циркуляцией подземных вод (GCW) основана на технологии возмущения воздуха на месте и технологии экстракции газовой фазы9,10. Однако сама по себе технология GCW может только переносить загрязняющие вещества на землю для очистки и не может фундаментально разлагать загрязняющие вещества напрямую. Поэтому для усиления GCW часто используются другие средства, такие как биологическое армирование11,12, электрическое армирование13 и армирование поверхностно-активными веществами14,15. Озон и перекись кальция можно использовать для удаления органических загрязнителей из грунтовых вод. Озон обладает такими преимуществами, как высокая скорость реакции и замечательный эффект, и он широко используется при очистке подземных вод16,17,18, но загрязняющие вещества легко вызывают повторное воздействие. В качестве окислителя пероксид кальция также производит O2 при разложении органических веществ, который может служить источником кислорода для микроорганизмов и быстрее удалять загрязняющие вещества19,20, поэтому он широко используется при очистке грунтовых вод. В то же время исследования показывают, что Ca(OH)2, еще один продукт гидролиза CaO2, может адсорбировать загрязняющие вещества, и заставить загрязняющие вещества отскочить назад непросто21,22.

Будучи высокоактивным окислителем, нанопероксид кальция может быстро окислять и разлагать вредные вещества, такие как окситетрациклин. Озон является сильным окислителем, способным ускорить разложение и удаление окситетрациклина, тем самым быстро и эффективно восстанавливая загрязненные грунтовые воды. NCaO2 и озон являются нетоксичными и безвредными материалами для защиты окружающей среды, которые не вызывают вторичного загрязнения окружающей среды и больше соответствуют концепции развития зеленой защиты окружающей среды. С помощью экспериментов по трехмерному моделированию в помещении автор исследовал -Situ очистка загрязненных окситетрациклином подземных вод с помощью nCaO2 и O3 усиленных циркуляционных скважин, оптимизация рабочих параметров циркуляционных скважин и выдвижение новых идей по долгосрочной реабилитации участков, загрязненных антибиотиками.