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

2019-11-04 12:03:54   【浏览】2455

人民日报北京9月23日电(记者彭新宇和李娇)固体、液体和气体是物质的三种常见形式。魔法等离子体是除了这三种形式之外的“第四种物质状态”。近日,中国科学院合肥材料科学研究所宣布,该所科技生物研究所的黄晴研究人员组成的研究小组,与安徽省的一家环保科技企业合作,开发了一种低温等离子体废水处理技术,利用自主研发的医疗废水处理一体机降解以喹诺酮类抗生素为代表的诺氟沙星。

什么是低温等离子体技术?这种技术可以分解哪些抗生素残留?未来的环境将如何改善?近日,人民网强国论坛记者采访了中国科学院合肥材料科学研究所科技、生物和农业工程研究所研究员黄晴。

发展环保高效的抗生素废水处理技术迫在眉睫。

强国论坛记者:为什么要发展低温等离子体?

黄晴:首先,我知道我们国家目前需要实用的新技术来降解抗生素。其次,我发现国内外关于等离子体技术处理水抗生素的报道很少。2008年,当我从美国回来时,我带领我的研究团队研究低温等离子体对水中物质的影响。我们发现低温等离子体可以处理各种有机物,杀死蓝藻,降解藻毒素。相关研究成果已被国内外媒体广泛报道。在一次偶然的机会中,我了解到生活水体中的抗生素严重超标,我想,低温等离子体可以用来降解抗生素,为水环境治理做点什么吗?所以研究开始了。

强国论坛记者:你在研发过程中遇到了什么困难?

黄晴:我们遇到了许多困难。我们可以说,从原理研究到实际测试,再到最终产品到市场,我们都克服了这些困难。一般来说,低温等离子体是一种先进的氧化技术。然而,在适当的条件下,它的功能是氧化和还原。为了治疗不同的物质,有必要研究各种作用方式和相关机制。在实用性方面,我们也应该考虑和解决能源消耗的问题。为了使产品实用,我们必须与企业合作。在这方面,我们的合作企业给予了大力支持,解决了许多困难。

低温等离子体对降解水中抗生素有明显效果

强国论坛记者:低温等离子体技术的原理是什么?这种技术可以分解哪些抗生素残留?

黄晴:等离子体是继固态、液态和气态之后的第四种物质状态。人工方法是在两个电极之间施加高电压。当达到击穿电压时,气体分子电离产生的混合气体是等离子体。如果在放电过程中电子温度很高但重离子温度很低,整个系统处于低温状态,这被称为低温等离子体。低温等离子体的作用方式和生成物质的组成相对复杂。低温等离子体中的活性气体可以作用于水,也可以产生羟基和活性氧自由基等强氧化物质,还可以产生具有一定还原性的水合电子。在一定条件下,我们可以对抗生素有更好的分解效果。

目前,低温等离子体技术对水中常见抗生素如诺氟沙星、土霉素、四环素、金霉素、多西环素等具有良好的治疗效果。以诺氟沙星为例,利用血浆中的活性气体可以使诺氟沙星脱氟,导致羟基和喹诺酮基团的裂解,从而快速降解诺氟沙星。

这对高效废水处理技术的发展和应用具有重要意义。

强国论坛记者:含有抗生素的废水给环境带来了很大的污染。如果这项技术被应用,它将如何改善未来的环境?

黄晴:抗生素主要来自三个来源:医疗废水、水产养殖废水和抗生素制药企业废水。低温等离子体技术对这三种水中的抗生素有很好的降解效果。

数据显示,目前美国和欧洲水体中抗生素的残留值不到100纳克/升,而中国东南部许多地区水体中抗生素的残留值已经超过200纳克/升,如果这一技术得到广泛应用并结合限制抗生素使用等措施, 它将大大减少未来水环境中的抗生素残留,并有望在5-10年内将我国水体中的抗生素残留降低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。

强大国家论坛的记者:低温等离子体技术在分解废水中抗生素残留方面有多有效?

黄晴:分解效率取决于抗生素残留的初始浓度和作用时间,条件根据情况选择,一般达到70-90%;正常情况下,正确使用这项技术不会造成二次污染和环境危害。

强国论坛记者:低温等离子体技术与传统抗生素降解技术相比有哪些优势?

黄晴:这项技术的主要优点是不需要添加任何化学物质,一般不会造成二次污染,同时操作简单易行,成本低廉。此外,它也是一种复合处理技术,具有处理各种物质的能力和潜力。

强国论坛的记者:使用低温等离子体技术贵吗?

黄晴:成本低,比传统水处理设备低。成本包括设备成本和使用成本。设备成本几乎比传统水处理设备略低,运行成本比传统水处理设备低20-30%。普通企业负担得起。

强国论坛的记者:这项技术是否形成了产品,可以处理哪些类型的污水?目前的应用处于什么阶段,取得了什么成果?

黄晴:目前,这项技术已经生产出一种产品——“等离子污水处理一体机”。该技术可处理医疗废水、水产养殖废水、抗生素制药企业废水、生活废水等。根据合作企业提供的信息,该技术已成功应用于40多个污水处理案例,目前正处于扩大国内市场的推广阶段。

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