围剿水体残留抗生素 低温等离子体技术“放大招”

2019-10-10 15:01:19 来源: 科技日报 作者: 吴长锋

抗生素是世界上用量最大、使用最广泛的药物之一。我国每年有成千上万吨的抗生素类药物被用于畜禽养殖业和人类医疗中。

现在人们知道,多数抗生素类药物在人和动物机体内都不能够被完全代谢,会以原形和活性代谢产物的形式通过粪便排到体外。而被排出体外后的抗生素代谢物仍然具有生物活性,还能在环境中进一步形成母体。如何降解处理水体中的抗生素,已成为环保治理之殇。

日前,中国科学院合肥物质科学研究院技术生物所黄青研究员课题组与安徽华丰环保节能科技有限公司(以下简称华丰环保)合作,研发了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产生臭氧,对喹诺酮类抗生素为代表的诺氟沙星进行降解处理。这种处理技术简便易行、成本较低且一般不会产生二次污染,目前已成功应用于40多个污水处理案例。

与此同时,他们还利用表面增强拉曼光谱分析降解产物,研究了其降解诺氟沙星的效率及机理,相关研究成果发表在国际环境领域类专业期刊《光化层(Chemosphere)》上。

无从借鉴,须从基础研究发端

“制药工业、养殖业及医院排放的污废水,其成分非常复杂,不仅包括各种难降解有机物、各类细菌和病毒,还包含大量的抗生素。这些含有抗生素的废水,一旦不经处理或者处理不达标排放至环境水体中,就会造成细菌耐药性增强,严重影响生态平衡,同时对人体健康造成潜在威胁和风险。”在黄青研究员看来,研发新的既绿色环保又高效的抗生素废水处理技术和设备迫在眉睫。

黄青告诉科技日报记者,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。虽然放电过程中电子温度很高,但重离子温度很低,整个体系呈现低温状态,所以称为低温等离子体。

“在特定的条件下我们利用低温等离子体,可以对抗生素起到较好的分解效果。”黄青说,由于低温等离子体局部带电,因此局部有氧化性、还原性,利用这种特性可以对环境污染进行治理。

早在10年前,黄青已在美国研究低温等离子体对水体的作用这一课题,通过研究他发现了低温等离子体可以杀灭蓝藻并降解藻毒素,这一研究成果后来被国内外媒体广泛报道。一个偶然的机会,黄青了解到国内水体抗生素超标严重,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?

由于低温等离子体作用方式和产生物质的成分比较复杂,要做成能够使用的技术,一切都无从借鉴,必须从基础的研发开始起步。

“严格来说,从原理到技术,我们开展等离子体处理污染物的研究已经超过10年了。从2008年起,我就带领课题组开展利用等离子体产生各种活性成分以及对各种分子作用机制的研究。我们从2016年开始和企业合作,研发有关水体有机污染物处理的等离子体技术,这一阶段也有三、四年了。”黄青告诉记者,他们提出了利用低温等离子体技术处理降解诺氟沙星的方案,并且发现处理过程中臭氧降解作用效果明显。为此,他们还进一步研究了臭氧对诺氟沙星的降解机理。目前发现,低温等离子体对分解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效果。

此前,将低温等离子体技术应用于水污染治理,国内外仅有高校和科研机构进行小试阶段的报道。“但做出成套设备成熟应用于多个水污染治理项目,我们和合作企业可以说是走在了前列。”黄青说。

通力合作,新产品蕴藏大潜力

“这项技术从研发到转化成产品,一路走来克服了多重困难。”黄青告诉记者,由于等离子体作用方式和机理复杂,对于不同物质处理的作用方式和机理可能都有所不同,所以需要开展机理方面的基础研究。“而这对于企业而言,风险和周期长是不言而喻的。”黄青说,产品研发过程中,那些实验室容易攻克的问题,在变成产品时却难以绕开。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,既要考虑和解决能耗问题,又要做成产品推向实用,因此,技术成果的转化必须和企业合作。

“在成果转化的过程中,我们的合作企业华丰环保给予了大力支持,解决了产品开发中的许多问题。”黄青说,特别是研发具体仪器产品的阶段,合作企业能够发挥产品生产的优势,多方面助力,与研究团队相向而行,使得诸多困难得以克服,取得了现在的成果。

“这项技术主要优点是不需添加任何药剂、一般不会造成二次污染、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。”黄青表示,该技术的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。“而且成本不高,设备成本跟传统水处理设备相比差不多,甚至还要略低一点,运营成本则比传统水处理设备还要低20%—30%,一般企业都能负担得起。”

推广应用,水体清洁度将提升

黄青告诉记者,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。研究团队与企业共同研发的“等离子体污水处理一体机”目前已经面市,对降解医疗废水、养殖废水、抗生素制药企业废水、生活污水等水体抗生素都取得了较好的效果。“等离子体生物技术”已入选《安徽省水污染物防治技术指导目录》 。

“这项技术成果主要推广应用的是医疗废水处理领域,如合肥市20多家医院、六安市20多家医院、宿州市5家医院,共计40多家医院的医疗废水处理工程均采用了本技术。”黄青说,从掌握的运行数据看,出水达标排放,运营稳定。

“目前,美国和欧洲的水体抗生素残留值低于100纳克每升,而我国东南部很多地区水体的抗生素残留值已经超过200纳克每升。”黄青说,随着这项技术的推广应用,再与限制使用抗生素等措施进行配合,将可以大大降低未来环境中的抗生素残留,有望在5—10年时间,将我国水体抗生素残留值降到欧美发达国家目前的水平。

###养殖场饮用水消毒,这种方法很实用##新浪看点#
养殖场引起疾病的源头:

养殖场供水系统管道内壁和蓄水池有大量的生物膜存在,生物膜是滋生细菌的温床,不断的把细菌释放于饮用水中,不仅会堵塞水线,影响畜禽的正常饮水,更严重的是污染水质,导致畜禽患各种疾病,进食量、进水量下降,生长速度变慢,饲料转化率降低,影响出栏率、出栏体重和产蛋率以及经济收益。 目前养殖场对供水系统采取物理杀菌方式杀菌,由于生物膜本身的特性,效果甚微,作用不大。由于输水管路和饮水管线由于距离较长,是极易受到污染的环节,水中不可避免存在一定的菌落,随着时间的推移,这些菌落在水管内壁会慢慢生成一层厚厚的生物膜。细菌生物膜是细菌在不利于其生长的环境中通过产生外部多糖被膜多聚物,使细菌相互黏连形成的膜状物。在该形态中细菌稳定于表面的细胞多聚纤维,是一种不可逆的粘附于非生物或生物表面的微生物细胞菌落,包裹于细胞外多聚基质中。一旦出现细菌生物膜,就难以被彻底清洗消毒,传统的消毒剂只能杀灭水中的致病菌,却难以去除水中形成的细菌生物膜。对于致病微生物来说,生物膜是一个非常好的培养基,微生物可以利用它加快生长繁殖,这便造成水质的严重污染,从而引起疾病的发生。现在市面上各种各样的水处理设备层出不穷,软化水、纯净水、离子水、无菌水、反渗透水等产品已经走入寻常家庭,它们在一定程度上能够满足人们对饮水安全的需求。但对于养殖企业来水,由于整个饮水系统涉及的环节较多,仅仅水源的合格并不能保证猪只饮水的安全,养殖企业必须综合考虑水源、储存容器、输送管路、饮水管线、饮水器具等各个方面,采取综合措施以保证整个养殖场的饮水安全。 饮用水中的细菌超标容易导致猪只患上痢疾、腹泻等消化道疾病,使其生长速度缓慢,大大影响养殖场的经济效益。因此,搞好养殖场饮用水的消毒对提升养猪企业的经济效益,预防疾病的发生和疫情的传播具有重要的意义。而且细菌生物膜还会腐蚀供水设备,降低供水管道和设备的使用寿命,无形中加大企业的经济负担。
饮用水的消毒的重要性体现   
1.绝大多数能够导致动物发生疾病的细菌、病毒都是在饮用水中滋生,并通过饮用水迅速传播。   
2.水中的某些细菌虽然不会引起动物疾病的发生,但会使动物的生长速度变慢,无形中大大降低了养殖企业的经济效益,增加了养殖场饲料的消耗量,动物的体重却没有增加。   
3.饮用水在与空气接触时,容易受到污染,空气中大量的细菌芽孢进入水体后会迅速繁殖,容易造成疾病的发生。在城市供水过程中,一旦出现供水与空气接触的情况,都要进行二次消毒,但在养殖场饮用水的供应过程中,这种情况则没有得到足够的重视。   
4.养殖场饮用水在夏季容易受到雨水的污染,造成痢疾、腹泻等疾病的蔓延,降低动物的生长速度,影响养殖企业的经济效益。   
5.隐孢子虫和贾第虫也是引发动物腹泻的重要原因,而且它们具有很强的消毒剂抗性,普通的消毒剂无法杀灭隐孢子虫和贾第虫。   
6.细菌的滋生会在供水管道及设备上形成一层生物膜,生物膜的存在为细菌的大量繁殖创造了良好的生存条件,而且生物膜还会腐蚀供水设备,降低供水管道和设备的使用寿命。
养殖场饮用水消毒的目的
养殖场饮用水消毒的目的是杀灭或除去水中的致病微生物,防止动物饮用后发生传染性疾病。水中的致病微生物的种类有致病性的细菌、病毒和原虫。引起人或动物发病的传染病有多种是经水传播的,养殖场生产过程中使用已被污染的水可能引起多种疾病的发生和传播。动物的饮用水和人的饮用水卫生安全指标是一致的。《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)规定饮用水消毒细菌学指标应达到如下标准:菌落总数≤100 CFU /mL;总大肠菌群不得检出;游离余氯在与水接触30分钟后应不低0.3 mg/L,集中式给水除出厂水应符合上述要求外,管网末梢水不应低于0.05 mg/L。
饮用水消毒剂应具有如下特点:
应选用无毒、无刺激性;能迅速溶解于水并能快速释放出杀菌有效成分;对各种天然水中所含的各种类型的致病微生物都有强烈的杀灭作用;不与水中的无机物和有机物起反应或产生有毒的化合物;并且作用时操作简单方便。奥克泰士的出现,无疑是您最好的选择。
奥克泰士:
作为目前世界上最先进、最环保的消毒剂,奥克泰士在德国、瑞典、印度、孟买、美国等多个国家对水的消毒都取得了非常好的效果。使用奥克泰士不仅是对养殖场畜禽的有力保障,也体现了您对品质生活的高标准要求,更表明了您在环保意识上的积极态度!奥克泰士为食品级高浓缩型杀菌消毒剂,主要成分是过氧化氢 银离子,它可以穿透细胞膜,从内部进行氧化,从而杀死生物膜并使其脱落,可以清除供水系统中已有的生物膜并抑制其不再生成,同时杀灭水中的所有细菌,切断细菌通过饮用水对畜禽生长的影响,持久保持水质无菌,有效改善畜禽消化系统,高效广谱、无残留、绿色安全。奥克泰士用于养殖业可清除供水系统内部和饮水乳头的生物膜,抑制其不再生成,确保饮水持久的畅通,保证畜禽的正常饮水量,增加饲料的转化率,提高出栏率,产蛋率和料肉比,延长保质期,杜绝交叉感染,提高料肉比,提高幼崽存活率。并且对人的生命安全没有丝毫威胁。所采用的氧化剂为过氧化物,它与稳定剂结合形成复合溶液。作为催化剂添加的痕量银离子可以保持长久的效用。银离子的杀菌作用是基于单价银离子通过共价键和配位键来与细菌蛋白质牢固结合,从而使细菌钝化或沉淀。所分解出来的是水和氧气,对环境没有任何污染;如您的身体接触到它,用清水冲洗干净即可,对皮肤不会有任何伤害。简单的说就是奥克泰士是食品级的,即使人食用都不会有任何伤害,这已经超过了目前世界上的最高标准(欧盟标准),既能做到彻底消毒杀菌又不会造成二次污染!因此,经过我们的奥克泰士处理过的饮用水绝对没有任何致病微生物。
奥克泰士产品八大优点:
1、消毒力强  药效迅速,短时间内可以达到预定的消毒目的,如灭菌率达99%以上,且药效持续的时间长。           
2、消毒作用广泛  可杀灭细菌、病毒、霉菌、藻类等有害微生物。            
3、可用各种方法进行消毒  如饮水、喷雾、洗涤、冲洗等。           
4、渗透力强  能渗透入裂隙及畜禽粪便、尘土、垫料等各种有机体内杀灭病原体。           
5、易溶于水  不受水质硬度和环境中酸碱度的变化影响药效。           
6、性质稳定   不受光、热影响,长期存贮效力不减。           
7、对人畜安全  无臭、无刺激性、无腐蚀性、无毒性、无不良副作用。         
 8、经济  低浓度也能保证药效。           
奥克泰士饮用水消毒后的十大效果:
1、持续酸化饮水改善适口性,提高饮水量
2、减少水样便和氨浓度,促进机体健康,改善环境污染
3、使禽蛋壳增厚,增亮,清洁,提高种蛋孵化率
4、控制饲料中霉菌毒素的存在,降低霉菌引起的肠道腹泻,霉菌性呼吸道疾病 5、适当减少肠道用药,降低大肠杆菌发病率
6、提高饲料利用率及转化率
7、使用安全,无毒,无残留,无刺激性,无副作用
8、有效抑制胃肠道内的大肠杆菌、沙门氏菌
9、降低发病率、死亡率
10、减少用药,提高畜产品品质
奥克泰士养殖场五大应用范围:
1.养鸡场、养猪场、养牛场、等各种类型养殖场。
2.自动饮水设备、水箱、水帘、水库和水房。
3.养殖水线乳头、自动饮水管道。
4.自动加药系统,自动灌溉系统。
5.冷却回路、水帘。
辰宇环保科技作为BUDICH国际有限公司的中国总代理,致力于将欧盟先进的消毒杀菌产品提供给中国客户。奥克泰士消毒剂是德国原装进口,无中间稀释环节,产品无效用递减,真正做到德国工厂至中国客户的直接产品体验。

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