我国研发低温等离子体技术 有望分解废水中多种抗生素残留

2019年09月23日13:29  来源:人民网-强国论坛
 

人民网北京9月23日电(记者彭心韫 厉姣)固体、液体、气体,是物质通常存在的三种形态。神奇的等离子体,则是除了这三种形态之外的“物质第四态”。近日,中科院合肥物质科学研究院宣布,该院的技术生物所黄青研究员课题组与安徽一环保科技企业合作,研发出低温等离子体废水处理技术,利用自行研制的医疗废水处理一体机对喹诺酮类抗生素为代表的诺氟沙星进行降解处理。

什么是低温等离子体技术?通过这项技术可以分解哪些抗生素残留?对未来的环境将有怎样的改善?近日,人民网强国论坛记者采访了中科院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所研究员黄青。

中科院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所研究员黄青

研发环保高效的抗生素废水处理技术迫在眉睫

强国论坛记者:为什么要开发低温等离子体这项技术?

黄青:一是我了解到我们国家目前比较需要降解抗生素的实用型新技术,二是发现国内外关于用等离子体技术处理水体抗生素还鲜有报道。2008年,我从美国回来后带领我的课题组开始研究低温等离子体对水体中物质的作用,我们发现了低温等离子体可以处理多种有机物、杀灭蓝藻并降解藻毒素,有关研究成果后来被国内外媒体广泛报道过;在一个偶然的机会,我了解到国内水体抗生素超标严重,我就想,能否用低温等离子体来降解抗生素、为水环境治理做点事呢?于是就开始了研究。

强国论坛记者:研发过程中遇到了哪些困难?

黄青:遇到过不少困难,从原理研究到实用性试验再到最后形成产品推向市场,可以说一路走来都在克服困难。一般说来,低温等离子体是一种高级氧化技术,但是,在适当条件下,它的作用既有氧化性又有还原性,针对不同物质的处理,需要研究各种作用方式和相关机理。在实用性方面,还要考虑和解决能耗问题,而要做成产品推向实用,必须和企业合作。在这方面,我们的合作企业给与了大力支持,把许多困难解决了。

低温等离子体降解水体中抗生素效果明显

强国论坛记者:低温等离子技术的原理是什么?通过这项技术可以分解哪些抗生素残留?

黄青:等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态,人工取得的方法是两个电极之间外加高电压,当达到击穿电压时气体分子被电离产生的混合气体就是等离子体。如果放电过程中虽然电子温度很高,但重离子温度很低,整个体系呈现低温状态,即称为低温等离子体。低温等离子体作用方式和产生物质的成分比较复杂,其中的活性气体作用于水,还可以产生羟基、活性氧自由基等具有较强氧化性的物质,也可以产生水合电子具有一定的还原性。在特定的条件下,我们可以对抗生素起到较好的分解效果。

目前,应用低温等离子体技术对水中常见的抗生素如诺氟沙星、土霉素、四环素、金霉素、强力霉素等均有较好处理效果。以诺氟沙星为例,利用等离子体中的活性气体可以对诺氟沙星进行脱氟反应,并导致羟基团和喹诺酮基团的断裂,从而对诺氟沙星进行快速降解。

对开发高效废水处理技术的应用化发展有重要意义

强国论坛记者:目前含有抗生素的废水给环境带来了巨大污染,如果这项技术得到应用,对未来环境将有怎样的改善?

黄青:抗生素主要有三大来源:医疗废水、养殖废水和抗生素制药企业的废水,而低温等离子体技术对降解这三类水中的抗生素都有较好的效果。

数据表明,目前美国和欧洲的水体抗生素残留值低于100纳克/升,而我国东南部很多地区水体的抗生素残留值已超过200纳克/升。如果本技术得到广泛应用的话,再与限制使用抗生素等措施进行配合的话,将可以大大降低未来水环境中的抗生素残留,有望在5-10年内将我国水体抗生素残留降到欧美发达国家目前的水平。

该技术经济实用、绿色环保、无二次污染

强国论坛记者:低温等离子技术分解废水中的抗生素残留的效率如何?

黄青:分解效率取决于抗生素残留的初始浓度和作用时间,根据情况选择条件,一般达到70-90%即可;在一般情况下适当使用该技术,不会产生二次污染和环境危害。

强国论坛记者:和传统的抗生素降解技术相比,低温等离子技术有什么优势?

黄青:这项技术的主要优点是不需添加任何药剂,一般不会造成二次污染,同时又简便易行、成本较低。而且它还是一种复合处理技术,有处理多种物质的能力和潜力。

强国论坛记者:采用低温等离子体技术的设备,其成本高吗?

黄青:成本不高,比传统水处理设备要低。成本包含设备成本和使用成本两方面,设备成本跟传统水处理设备相比差不多略低一点,运营成本要比传统水处理设备低20-30%;一般企业都能负担得起。

强国论坛记者:该项技术是否已形成产品、可处理哪些类型的污水?目前的应用处于哪个阶段、已经取得了怎样的成果?

黄青:本技术目前已制造出产品——《等离子体污水处理一体机》。本技术可处理医疗废水、养殖废水、抗生素制药企业废水、生活污水等。据合作企业提供信息表明,本技术已成功应用于40多个污水处理案例,目前处于扩大国内市场的推广阶段。

(责编:彭心韫、王喆)