医院废水是水环境中抗生素和抗生素抗性基因(ARGs)的主要热点排放源。传统的生物处理对这些新型污染物的去除有限,而后续的消毒工艺(如单纯氯化或紫外)虽然可以灭活部分细菌,但对DNA片段的破坏效率不高,且氯化还会带来生成有毒消毒副产物(DBPs)的风险。紫外/氯(UV/Cl₂)联合工艺,是一个正在被深入研究的高级氧化技术。在紫外光照射下,游离氯(HOCl/OCl⁻)会光解生成羟基自由基(·OH)和活性氯物种(RCS,如Cl·、Cl₂·⁻等)。这两类高活性物种协同攻击,理论上不仅能高效降解各种分子结构的抗生素,还能深入破坏细菌和游离的DNA片段,从而削减ARGs的丰度。
本研究采集了某大型综合医院污水站生化处理后的出水,进行了三种工艺的对比实验:单独氯化、单独UV254nm、和UV/Cl₂联合处理。处理的目标物包括11种在出水中检出率较高的抗生素(如磺胺类、氟喹诺酮类、大环内酯类)和5种代表性ARGs(如tetA, sul1, qnrS, blaCTX-M, intI1)。结果表明,在相同有效氯投加量下,UV/Cl₂对大多数抗生素的去除率均显著高于单独氯化和单独紫外。特别是对氟喹诺酮类和磺胺类抗生素,UV/Cl₂在60分钟内的去除率可达95%以上,而单独氯化的去除率仅为60%左右。对于ARGs,UV/Cl₂的去除优势更为明显。单独氯化仅能使ARGs的丰度下降0.5-1.0个数量级,而UV/Cl₂处理可使目标ARGs的丰度下降1.5-3.0个数量级。
通过添加硝基苯(NB)和苯甲酸(BA)分别作为·OH和RCS的分子探针,进行了活性物种贡献定量分析。实验表明,在UV/Cl₂体系中,·OH对抗生素降解的贡献约为65%,RCS的贡献约为35%。RCS因其亲电子特性,对富含电子的抗生素分子(如磺胺类)展现出比·OH更高的选择性反应速率。DBPs的生成分析显示,UV/Cl₂工艺产生的三氯甲烷(TCM)和卤乙酸(HAAs)的总量略低于单独氯化工艺。斑马鱼胚胎急性毒性实验表明,经UV/Cl₂深度处理后,出水的毒性单位(TU)从原水的5.2降至0.5以下,达到了无毒级别。该研究证实,UV/Cl₂是一种适用于医院废水深度处理,能高效同步去除抗生素和削减ARGs并控制出水生物毒性的高级氧化技术。
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