低温等离子体对海水养殖废水中抗生素污染物的去除机理研究

Mariculture is one of the most important branches in agriculture, and antibiotics play an important role in pest control. However, antibiotics are overused and cause serious marine pollution. In this project, non-thermal plasma will be applied to remove antibiotic contaminants in mariculture wastewater. Environmental behavior of antibiotics in marine combined pollution system will be first investigated to explore the competition and influence of co-exist organic compounds on antibiotic removal. Then, the degradation of antibiotics will be studied in simulated hypersaline environment to evaluate the effect of sea anion on the transfer of radical electron. Moreover, we will focus on the interaction between sea anion, hydroxyl radicals and antibiotics. Based on the work above, we will optimize the generation of plasma, enhance the degradation of antibiotics by energetic particles and build the novel non-thermal plasma wastewater treatment system using actual mariculture wastewater as influent. This project will provide both theoretical basis and technical support for the application of non-thermal plasma and the green elimination of antibiotics in mariculture wastewater.

我国是海水养殖产业大国，使用抗生素是防治病害的主要措施。但由于缺乏科学指导，抗生素滥用问题普遍存在，严重污染了海洋水体。针对这一现状，本项目拟利用低温等离子体技术强化去除海水养殖废水中抗生素污染物：首先考察抗生素在海水复合污染体系中的环境行为，揭示共存有机污染物对抗生素去除的竞争机制及影响机理；其次模拟海水高盐环境，明确自由基电子转移过程，重点解析海水阴离子、羟基自由基和抗生素三者的相互作用机制，进而阐明海水高盐环境对抗生素降解的关键影响因素及机理；在此基础上，本项目还优化等离子体产生环境，强化高能粒子对抗生素的降解过程，构建新型低温等离子体废水处理系统，以实际海水养殖废水为处理对象，解析抗生素及常规有机污染物的去除过程，确定最优运行参数，实现大规模废水的经济高效处理，为海水养殖废水中抗生素污染物的绿色高效去除及低温等离子体技术的发展提供理论基础和技术支持。

海洋养殖产业中抗生素的滥用和过量使用导致了严重的海水污染问题，严重威胁生态平衡和人类健康。本项目围绕海水中抗生素污染问题，针对海水高盐、复合污染等特点，系统考察了抗生素类污染物在海水中的环境行为，探究了低温等离子体技术在海水抗生素去除中的可行性及作用机理。主要研究内容及成果如下：.（1）根据低温等离子体放电特点，优化等离子体产生环境，设计了介质阻挡放电-水处理反应器及辅助装置，实现了电极板距离的精准可调，保证了放电过程的均匀和稳定；.（2）针对抗生素和重金属Cr(VI)的复合污染问题，利用低温等离子体技术实现了抗生素和Cr(VI)的同步去除，明确了两类污染物的协同去除作用机制；.（3）选取海水中广泛存在的碳酸根离子，揭示了碳酸根离子对抗生素光解过程的影响机理，发现碳酸根能够淬灭羟基自由基，降低抗生素光解速率。.（4）探究了石灰岩地质对海水中抗生素环境行为的影响。研究发现，石灰岩水解导致的弱碱性环境能够极大的促进抗生素的光解。弱碱性环境能够促进水体中羟基自由基生成、改变抗生素存在形态，加快抗生素母体分子羟基化；.（5）揭示共存有机物——腐殖酸对抗生素环境行为的影响机制。腐殖酸能够结合抗生素分子，与抗生素竞争光子，从而几乎完全抑制抗生素的直接光解；但同时腐殖酸受到激发形成三重激发态天然有机物，促进抗生素的间接光解，且该过程不会影响抗生素的降解路径；.（6）设计了新型低温等离子体水处理反应器，分离放电环节与废水处理环节，避免了废水对电极的腐蚀，同时降低了放电技术对待处理废水在水质、水量等方面的严格要求，拓宽了放电技术尤其是介质阻挡放电技术在废水处理中的应用，并阐明了海水高盐环境下低温等离子体对抗生素去除的机理。.本项目在国内外学术期刊发表研究论文5篇，丰富了抗生素环境行为、低温等离子在环境中应用的相关理论，为海水养殖废水中抗生素污染物的绿色高效去除提供了理论基础和技术支持。