Simulationsstudie zur Sanierung von Oxytetracyclin-Kontaminationen in Grundwasserzirkulationsbrunnen, verbessert durch Nano

Dec 18, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 9136 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Der weit verbreitete Einsatz von Antibiotika hat in den letzten Jahren zu einer zunehmenden Antibiotikabelastung des oberflächennahen Grundwassers geführt. Oxytetracyclin ist das am weitesten verbreitete Tetracyclin-Antibiotikum und hat aufgrund seiner stabilen Molekülstruktur und der Schwierigkeit beim Abbau große Aufmerksamkeit von Forschern erhalten. Mit dem Ziel, die Oxytetracyclin-Verunreinigung im flachen Grundwasser zu beseitigen, werden Nano-Kalziumperoxid (nCaO2) und Ozon (O3) eingesetzt, um den Abbau von Oxytetracyclin im Grundwasserzirkulationsbrunnen (GCW) zu fördern. Ein dreidimensionales Sandkastentestgerät für Zirkulationsbrunnen soll die Reparatureffizienz von Zirkulationsbrunnen untersuchen, die durch verschiedene Oxidationsmittel verstärkt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass nach 10-stündigem Betrieb der nCaO2- und O3-verstärkenden Zirkulationsbrunnen die durchschnittliche Entfernungsrate von OTC 83 % erreicht und die höchste Entfernungsrate 88,13 % beträgt, was 79,23 % bzw. 13,96 % höher ist als die von nCaO2 und O3 Allein durch die verbesserte Zirkulationsbrunnen tritt kein Rückprallphänomen auf, wenn die Belüftung stoppt. Die In-situ-Behandlung von erhöhtem GCW durch nCaO2 und O3 bietet potenzielle Anwendungen für die Entfernung von OTC in Grundwasserumgebungen.

Oxytetracyclin ist das am häufigsten vorkommende Tetracyclin-Antibiotikum1. Es wird häufig in der Tierhaltung eingesetzt, allerdings wird nur eine geringe Menge Oxytetracyclin absorbiert und gelangt in der Regel über den Kot in die Umwelt. Oxytetracyclin hat eine stabile Molekülstruktur, die von Mikroorganismen nur schwer abgebaut werden kann, über einen langen Zeitraum existiert und Umweltverschmutzung verursacht2,3,4,5. López-Serna et al.6 ermittelten die Antibiotikakonzentration im Grundwasser von Barcelona, ​​Spanien, und stellten fest, dass das örtliche Grundwasser unterschiedlich stark verschmutzt war, wobei die höchste Tetracyclinkonzentration 188 ng/L erreichte. Jiang7 entdeckte 16 Antibiotika in Grundwasserproben im Norden Chinas und stellte fest, dass der Gehalt an Oxytetracyclin im Grundwasser in diesem Gebiet 8325,8 ng/L betrug. Daher ist die Kontrolle der Oxytetracyclin-Verunreinigung derzeit die Hauptaufgabe zur Beseitigung der Antibiotika-Verunreinigung8.

Zur Bekämpfung der Oxytetracyclin-Kontamination im Grundwasser gibt es zwei gängige Ansätze: In-situ-Sanierung und Ex-situ-Sanierung. Da Antibiotika mit dem Wasser fließen, wenn sie in das Grundwasser gelangen, ist eine Ex-situ-Sanierung kostspielig und die Verunreinigung kann über einen längeren Zeitraum nicht behandelt werden. Daher wird zur Behandlung der Kontamination eine der In-situ-Sanierungsmethoden gewählt. Die Grundwasserzirkulationsbrunnen-Technologie (GCW) basiert auf der In-situ-Luftstörungstechnologie und der Gasphasenextraktionstechnologie9,10. Allerdings kann die GCW-Technologie allein Schadstoffe nur zur Behandlung in den Boden befördern und Schadstoffe grundsätzlich nicht direkt abbauen. Daher werden häufig andere Mittel zur Verstärkung des GCW eingesetzt, wie z. B. biologische Verstärkung11,12, elektrische Verstärkung13 und Tensidverstärkung14,15. Mit Ozon und Kalziumperoxid können organische Schadstoffe aus dem Grundwasser entfernt werden. Ozon hat die Vorteile einer schnellen Reaktionsgeschwindigkeit und einer bemerkenswerten Wirkung und wird häufig in der Grundwasseraufbereitung eingesetzt16,17,18, es kann jedoch leicht dazu führen, dass Schadstoffe zurückprallen. Als Oxidationsmittel erzeugt Kalziumperoxid auch O2, wenn es organisches Material zersetzt, das als Sauerstoffquelle für Mikroorganismen dienen und Schadstoffe schneller entfernen kann19,20, weshalb es häufig bei der Grundwassersanierung eingesetzt wird. Gleichzeitig zeigen die Untersuchungen, dass Ca(OH)2, ein weiteres Hydrolyseprodukt von CaO2, Schadstoffe adsorbieren kann und es nicht einfach ist, dass Schadstoffe zurückprallen21,22.

Als hochaktives Oxidationsmittel kann Nano-Calciumperoxid Schadstoffe wie Oxytetracyclin schnell oxidieren und zersetzen. Ozon ist eine stark oxidierende Substanz, die den Abbau und die Entfernung von Oxytetracyclin beschleunigen und so kontaminiertes Grundwasser schnell und effektiv reparieren kann. NCaO2 und Ozon sind ungiftige und harmlose Umweltschutzmaterialien, die keine Sekundärverschmutzung der Umwelt verursachen und eher dem Konzept der grünen Umweltschutzentwicklung entsprechen. Durch dreidimensionale Simulationsexperimente in Innenräumen untersuchte der Autor die in -Situ-Sanierung von mit Oxytetracyclin kontaminiertem Grundwasser durch nCaO2 und O3 verbesserte Zirkulationsbrunnen, optimierte die Betriebsparameter von Zirkulationsbrunnen und stellte neue Ideen für die langfristige Sanierung von Antibiotika-kontaminierten Standorten vor.

Oxytetracyclin, Natriumhydroxid, Ammoniak, Cetyltrimethylammoniumbromid (CTMAB), Wasserstoffperoxid, Calciumchlorid, wasserfreies Ethanol.

752N UV-Vis-Spektrophotometer: Shanghai Precision Scientific Instruments Co., Ltd.; Schlauchpumpe IZ15: Baoding Lange Constant Flow Pump Co., Ltd.; Ozongenerator SK-CFG-10P: Jinan Sankang Environmental Protection Technology Co., Ltd.; Elektronische Analysenwaage FA1004N: Shanghai Precision Scientific Instrument Co., Ltd.; Präzisionssäuremessgerät pHS-3B: Shanghai Jiangyi Instrument Co., Ltd.; Elektrothermischer Windtrockenofen DGG-9053A mit konstanter Temperatur: Shanghai Precision Scientific Instrument Co., Ltd.; Dreidimensionaler Simulationssandkasten.

Die Größe der dreidimensionalen Simulationsbox beträgt 80 cm × 30 cm × 35 cm, wie in Abb. 1 dargestellt, mit insgesamt 15 Probenahmeöffnungen, um die experimentelle Probenahme zu erleichtern. Die mittlere Position des Zirkulationsbrunnens ist mit der verbunden Ozongenerator, und an der Seite ist ein kleines Loch geöffnet, damit die Calciumperoxidlösung gut in den Kreislauf fließen kann, um den Kontakt zwischen Ozon und Calciumperoxid sicherzustellen und die schnelle Diffusion der Lösung zu unterstützen.

Simulationsbox-Versuchsgerät (1 Sauerstoffgenerator, 2 Durchflussmesser, 3 Ozongenerator, 4 Schlauchpumpe, 5 nCaO2-Lösung, 6 Aktivkohle, 7 Wassertank, 8 Wassereinspritzanschluss, 9 Zirkulationsbrunnen ; 10- Quarzsand; 11- Belüftungsanschluss; 12- Probenahmeanschluss; 13- Tank für destilliertes Wasser).

Der Quarzsand wurde mit einer großen Menge Wasser gewaschen, nachdem er ein 2-mm-Sieb passiert hatte, und dann zur Desinfektion und Sterilisation 5 Stunden lang in eine Lufttrocknungsbox bei über 100 °C gegeben. Nach dem Abkühlen wurde das Versuchsgerät bis 5 cm über den Sandkasten gefüllt. Das örtliche Leitungswasser wird zur Simulation des Grundwassers verwendet, und die Schlauchpumpe wird verwendet, um langsam Wasser mit einer Durchflussrate von 8 cm/Tag in den linken kleinen Tank zu injizieren, um den Grundwasserfluss zu simulieren. Das Versuchsgerät verwendet Quarzsand zur Simulation des Grundwasserleiters. Die spezifischen Parameter von Quarzsand sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Calciumperoxid in Kombination mit der Ozontechnologie wird häufig zur Entfernung organischer Schadstoffe im Grundwasser und zur Vorbehandlung hochkonzentrierter organischer Abwässer eingesetzt. Calciumperoxid kann Ozon katalysieren, um mehr OH· zu produzieren, die Oxidationskapazität des Systems zu erhöhen (Formeln 1–6) und O2 zu produzieren, das als Sauerstoffquelle für Mikroorganismen dienen und Schadstoffe schneller entfernen kann19. Darüber hinaus haben Forscher gezeigt, dass Ca(OH)2, ein weiteres Hydrolyseprodukt von CaO2, Schadstoffe adsorbieren und den Zweck des Schadstoffabbaus erreichen kann23,24.

Gemäß der Methode aus Literaturstelle 25 wurden 4 g CaCl2 zu 40 ml destilliertem Wasser gegeben und gleichmäßig gerührt, und 0,6 g CTMAB wurden mit 160 ml destilliertem Wasser als Dispergiermittel gemischt. Die beiden Lösungen wurden gemischt und in einen Magnetrührer überführt. Nach gleichmäßigem Mischen wurde der pH-Wert auf etwa 10 eingestellt. Das kontinuierliche Zutropfen von 15 ml 28 %iger Wasserstoffperoxidlösung hielt die Geschwindigkeit stabil und stellte den pH-Wert auf etwa 11 ein. Zu diesem Zeitpunkt bildet sich in der Lösung langsam ein weißer Niederschlag für 3 Stunden. Die obere Schicht der Becherlösung wurde filtriert, die untere Schicht des Niederschlags wird bei 3000 U/min zentrifugiert, der untere Niederschlag wird mit wasserfreiem Ethanol gewaschen und die resultierende gemischte Lösung wird zur Saugfiltration in einen Saugfilter gegeben. Der Filterkuchen wurde in einer Vakuumtrockenbox bei 60 °C getrocknet. NCaO2 kann nach vollständiger Vermahlung des erhaltenen Pulvers gewonnen werden.

Das Rasterelektronenmikroskop (SEM) scannt die Oberfläche der Probe mit einem hochenergetischen Elektronenstrahl und wandelt sie durch Bildgebung mit Sekundärelektronensignalen in die Oberflächenform der Probe um. Die Röntgenbeugung dient der Bestimmung der Kristallstruktur und Materialphase.

Ein Becherexperiment wurde durchgeführt, um die Wirkung verschiedener Faktoren auf den Abbau von Oxytetracyclin durch das nCaO2/O3-System zu untersuchen, wie z. B. die Oxidationskonzentration, die Konzentration des Ausgangs-Oxytetracyclins und den pH-Wert der Lösung.

Nach 35 Tagen simulierter Schadstoffleckage wurde das Oxytetracyclin-Leckexperiment abgebrochen und 20 Stunden lang stehen gelassen. Die GCW-Sanierung des OTC-Experiments wurde mit verschiedenen Oxidationsmitteln unter optimalen Reaktionsbedingungen durchgeführt. In dem Experiment wurde eine intermittierende Belüftung mit insgesamt 5 Belüftungen verwendet, wobei die Ozonbelüftung 2 Stunden lang erfolgte, gefolgt vom Schließen des Ozongenerators und Stehenlassen für 1 Stunde. Wenn der Wasserstand im Sandkasten stabil ist, werden an jeder Probenahmestelle Proben entnommen und die OTC-Konzentration im Grundwasser ermittelt. Es wurden Konzentrationslinienkarten erstellt und die Sanierungseffizienz analysiert.

Das REM-Bild von nCaO2 ist in Abb. 2 dargestellt. Die Partikelgröße und Morphologie der Nanopartikel können anhand elektronenmikroskopischer Bilder deutlich beobachtet werden.

Das REM-Bild des nCaO2.

Als Hauptmaterialien werden Calciumchlorid und Wasserstoffperoxid verwendet, als Dispergiermittel kommt CTMAB zum Einsatz. Die Charakterisierungsergebnisse zeigen, dass nCaO2 bei einem durchschnittlichen Durchmesser der hergestellten Nanopartikel zwischen 80 und 150 nm mit der Partikelgröße nanoskaliger Materialien übereinstimmt und die Partikel gleichmäßig dispergiert sind und keine Agglomeration auftritt.

Ob es sich bei dem Material um CaO2 handelt, kann durch Röntgenbeugung (XRD) qualitativ ermittelt und die Wirkung des zugesetzten Dispergiermittels auf die Hauptstruktur und Zusammensetzung der Partikel analysiert werden. Anhand von Abb. 3 kann bestätigt werden, dass es charakteristische Spitzen bei 2θ von 30,4°, 35,73°, 47,48°, 51,56°, 53,24°, 60,89° und 61,78° gibt. Im Vergleich zur Standardkarte von CaO2 zeigt sich, dass die Positionen der Beugungspeaks gleich sind, was darauf hinweist, dass die Hauptkomponenten gleich sind. Die Standardlinie ist keine glatte gerade Linie, was darauf hinweist, dass das vorbereitete Material eine geringe Menge an Verunreinigungen enthält, aber die Eigenschaften von nCaO2 wird dadurch nicht beeinträchtigt.

XRD-Bild von nCaO2.

Durch Variieren einer Variablen nach der anderen in Becherexperimenten kam man zu dem Schluss, dass eine Ausgangskonzentration von 20 mg/L Oxytetracyclin, 0,25 g/L Calciumperoxidlösung und 8 mg/L O3 bei Laborraumtemperatur und dem pH-Wert der Lösung gegeben war auf der alkalischen Seite war beim Abbau von Oxytetracyclin am wirksamsten.

Die OTC-Konzentration im Sandkasten bei verschiedenen Belüftungszeiten ist in Abb. 4 dargestellt. Die horizontale Achse ist die Länge des Sandkastens und die vertikale Achse ist die Höhe vom Boden des Sandkastens. Der Zirkulationsbrunnen wird in der Mittellinie des Sandkastens installiert.

OTC-Konzentrationsverteilung im Sandkasten mit unterschiedlicher Belüftungszeit (mg/L).

Nach 14-stündiger Belüftung sank die durchschnittliche Konzentration von Oxytetracyclin im Sandkasten von anfänglich 17,35 mg/L auf 15,72 mg/L, und die Abbaurate betrug nur 8,9 %. Der mögliche Grund dafür ist, dass sich nCaO2 nur schwer in Wasser auflöst und das körnige Medium im Grundwasserleiter die Diffusion von nCaO2 beeinträchtigt. Selbst die Poren des Mediums absorbieren eine kleine Menge Nano-Calciumperoxidpartikel, und das Oxytetracyclin selbst hat dies auch getan eine stabile Struktur. Unter dem Einfluss der Belüftung fließt jedoch Nano-Kalziumperoxid im Grundwasserleiter durch die Zirkulation des Wassers in den gesamten Kasten, und Oxytetracyclin wird durch den Zirkulationsimpuls gleichmäßiger im Sandkasten verteilt.

Mit zunehmender Belüftungszeit nimmt die OTC-Konzentration im gesamten Sandkasten deutlich ab. Aus horizontaler Sicht gilt: Je näher am Zirkulationsschacht, desto höher ist die OTC-Abbaueffizienz und umgekehrt. Aus vertikaler Sicht wird OTC im oberen Teil des GCW zuerst abgebaut, dann im mittleren Teil, und die niedrigste Effizienz liegt im unteren Teil des Zirkulationsschachts vor. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Reparaturbereich des Zirkulationsschachts ein annähernd konischer Bereich mit der Mittellinie des GCW als Achse ist und die Oxytetracyclinkonzentration im gesamten Kasten symmetrisch verteilt ist.

Abbildung 5 zeigt die Verteilung von Oxytetracyclin im Sandkasten bei verschiedenen Belüftungszeiten. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die durchschnittliche Konzentration von Oxytetracyclin in den ersten 2 Stunden der Reaktion auf 12,62 mg/L abnahm, was im Vergleich zu der vor der Belüftung um 36,8 % abnahm, und die Entfernungsrate 0,061 mg/min betrug. Beim Belüftungsexperiment nahm die Entfernungsrate von Oxytetracyclin innerhalb von 2–10 Stunden kumulativer Belüftung langsam ab, und nach 10 Stunden kumulativer Belüftung erreichte die durchschnittliche Konzentration von Oxytetracyclin 5,16 mg/L, was 74,17 % niedriger ist als vor der Belüftung . Nach der Belüftung beträgt die Rückstandskonzentration von Oxytetracyclin 5,16 mg/L.

OTC-Konzentrationsverteilung im Sandkasten mit unterschiedlicher Belüftungszeit (mg/L).

Wie aus Abb. 6 ersichtlich ist, nimmt beim kontinuierlichen Belüftungsexperiment die Konzentration von Oxytetracyclin in der Nähe des Zirkulationsschachts am schnellsten ab und weist eine symmetrische Verteilung auf, die auf dem Belüftungsrohr im Zirkulationsschacht zentriert ist. Die OTC-Konzentration im Sandkasten nimmt allmählich ab, aber die Abbaueffizienz ist im Bereich in der Nähe des Zirkulationsbrunnens am höchsten und die Entfernungseffizienz im Bereich weit weg vom Zirkulationsbrunnen, also auf beiden Seiten, am langsamsten des Sandkastens. In den ersten 2 Stunden der Reaktion sank die durchschnittliche Konzentration von Oxytetracyclin auf 10,93 mg/l, was 45,35 % niedriger war als vor der Belüftung, und die Entfernungsrate betrug 0,076 mg/min. Mit dem Belüftungsexperiment nahm die Entfernungsrate von Oxytetracyclin langsam ab. Nach 10-stündiger Belüftung erreichte die durchschnittliche Konzentration von Oxytetracyclin 3,4 mg/L, was 83 % niedriger war als vor der Belüftung. Nach der Belüftung trat die Sanierung in die Tailing-Stufe ein und die Tailing-Konzentration von Oxytetracyclin betrug 3,4 mg/l. Oxytetracyclin ist eine feuerfeste organische Substanz, und das Vorhandensein von Medien mit unterschiedlichen Partikelgrößen im Grundwasserleiter behindert den Kontakt zwischen O3 und Schadstoffen und beeinträchtigt somit die Oxidationseffizienz. Durch die Analyse der Versuchsergebnisse wird bei Verwendung der Zirkulationsbrunnentechnologie zur Sanierung feuerfester organischer Substanzen in Kombination mit anderen Oxidationstechnologien eine bessere Sanierungswirkung erzielt. Das Grundwasser in der Region Daqing ist schwach alkalisch und der experimentelle Effekt war am idealsten . Der in diesem Experiment zugesetzte nCaO2-Gehalt war geringer und der pH-Wert der Lösung vor und nach dem Experiment war gering, was kaum Auswirkungen auf die Lösung hatte.

OTC-Konzentrationsverteilung im Sandkasten mit unterschiedlicher Belüftungszeit (mg/L).

Nach 10 Stunden kumulativem Betrieb des GCW betragen die durchschnittlichen Entfernungsraten von OTC im Sandkastengrundwasserleiter 74,2 % bzw. 83,3 % unter der Wirkung von O3 allein und nCaO2 in Zusammenarbeit mit O3. Die höchsten Entfernungsraten im Grundwasserleiter liegen bei 80,46 % (C3) und 88,13 % (C3), und die niedrigsten Entfernungsraten liegen bei 69,31 % (B5) und 76,81 % (A5). Die höchste Entfernungsrate war nur 0,5 % bzw. 0,3 % höher als bei einer Belüftung über 10 Stunden. Danach betrug die Endkonzentration 5,16 mg/L bzw. 3,4 mg/L im stabilen Stadium des Experiments, was darauf hindeutet, dass nCaO2 in Kombination mit O3 den OTC-Abbau im Vergleich zu O3 allein verstärkte.

0 h, 3 h, 6 h, 9 h, 12 h und 15 h nach dem Experiment der O3-unterstützten Zirkulationsbrunnenreparaturtechnologie betrug die durchschnittliche Konzentration von Oxytetracyclin im simulierten Sandkasten 5,16 mg/L, 5,46 mg/L, 6,13 mg/L, 6,75 mg, 7,33 mg/L und 7,45 mg/L. Da im Belüftungsexperiment durch die Ozonierung ein Teil des in der wässrigen Phase gelösten Oxytetracyclins oxidiert wird, da die Oberfläche des Sandes rau und die spezifische Oberfläche sehr groß ist, wird ein Teil des Oxytetracyclins in der Lösung adsorbiert. Das im Zwischenraum des Sandes adsorbierte Oxytetracyclin wurde desorbiert und nach und nach in die Flüssigkeit überführt, was zu einem offensichtlichen Anstieg der Oxytetracyclin-Konzentration in der Lösung führte.

Die durchschnittliche Konzentration von Oxytetracyclin im Sandkasten betrug 3,4 mg/L, 3,25 mg/L, 3,12 mg/L, 3,05 mg/L, 3 mg/L und 2,96 mg/L nach dem Reparaturexperiment mit nCaO2 in Kombination mit O3-verstärktem Zirkulationsbrunnen . Es ist zu erkennen, dass die Konzentration von Oxytetracyclin im Sandkasten nach Versuchsende langsam abnahm. Der Grund dafür ist, dass nach dem Ende des Experiments die im Sandkasten verbliebenen nCaO2-Partikel nicht an der Reaktion teilnahmen und langsam H2O2 im Wasser freisetzten. Katalytische O3-Moleküle produzieren mehr oxidierende Hydroxylradikale, oxidieren Oxytetracyclin im Wasser und breiten sich mit dem Grundwasserstrom in der gesamten Simulationsbox aus. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass nCaO2 in Kombination mit der O3-In-situ-Sanierungstechnologie den Rückprall von Schadstoffen bei der In-situ-Sanierung verhindern, den Reparaturbereich erweitern und die Reparaturzeit verlängern kann. Und der pH-Wert der Lösung veränderte sich vor und nach dem Experiment kaum, was kaum Auswirkungen auf den pH-Wert der Lösung hatte.

Durch Experimente wurden die Auswirkungen von nCaO2, O3, nCaO2 und O3 auf den Oxytetracyclin-Abbau analysiert und eine Reihe dreidimensionaler Versuchsgeräte zur Simulation des Grundwasserleiters entwickelt. Die Auswirkungen verschiedener Oxidationsmittel (nCaO2, O3, nCaO2 und O3) auf den Oxytetracyclinabbau in Grundwasserzirkulationsbrunnen wurden untersucht und die folgenden Schlussfolgerungen gezogen.

Der Effekt der alleinigen Verwendung eines nCaO2-verstärkten Zirkulationsbrunnens zur Entfernung von OTC aus dem Grundwasser ist nicht offensichtlich. Wenn O3-verstärkter Zirkulationsbrunnen allein zur Entfernung von OTC verwendet wird, wird der OTC in der Nähe des Zirkulationsbrunnens zuerst entfernt, und der kegelförmige Reparaturbereich um die Mittellinie des GCW wird sich nach und nach bilden. Die Wasserzirkulation kann grundsätzlich den gesamten Tank betreffen, und die beste Zeit für die Reparatur von OTC durch GCW beträgt 10 Stunden, wodurch 74,2 % der Schadstoffe im Grundwasserleiter abgebaut werden können. Im Vergleich zu O3 allein ist die Effizienz von nCaO2-O3-verstärktem GCW bei der Reparatur von OTC offensichtlich verbessert.

Nachdem das Belüftungsexperiment des Zirkulationsbrunnens 10 Stunden lang durchgeführt wurde, trat das Sanierungsexperiment in die Tailing-Phase ein. Nach Abschluss der Belüftung stieg die Oxytetracyclin-Konzentration im Sanierungssandkasten des O3-unterstützten Zirkulationsbrunnens offensichtlich wieder an, aber der nCaO2- und O3-verstärkte Zirkulationsbrunnen konnte den Anstieg der Schadstoffkonzentration vermeiden, und die Oxytetracyclin-Konzentration nahm langsam ab. Das Experiment zeigt, dass ein durch nCaO2-O3 unterstützter Zirkulationsbrunnen eine bessere Wirkung auf den Abbau von Oxytetracyclin hat als ein O3-unterstützter Zirkulationsbrunnen allein.

NCaO2/O3 hat offensichtliche Vorteile bei der Sanierung kontaminierter Standorte. Einerseits kann die Technologie die optimale O3-Belüftungsrate und nCaO2-Dosierung für verschiedene kontaminierte Standorte auswählen und die Anwendungsszenarien sind sehr umfangreich; Einerseits bietet die nCaO2/O3-Technologie als In-situ-Sanierungstechnologie die Vorteile niedriger Kosten, Verbrauchsbeständigkeit, hoher Betriebsstabilität und hoher Schadstoffentfernungseffizienz, was den nationalen Bedingungen Chinas, insbesondere für große Gebiete, entspricht unempfindliche Landkontaminationen, kontaminierte Standorte mit Eindringen organischer Dämpfe und plötzliche Umweltverschmutzungsereignisse. Der Sanierungseffekt ist bemerkenswert und die Marktaussichten sind breit gefächert. Das Sanierungssystem hat eine gewisse Kontinuität, beeinträchtigt weder den Grundwasserfluss noch verursacht es eine Sekundärverschmutzung des Bodens. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die nCaO2/O3-Technologie breite Anwendungsperspektiven bei der Behandlung komplexer Altlasten bietet.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Li, HY & Chen, XH Verschmutzungsstatus und Schaden von Antibiotika in der Umwelt. Umfassende Nutzungsres. China 36(5), 82–84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1008-021X.2016.16.016 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Zhou, PP Untersuchung und Gesundheitsrisikobewertung von Tetracyclin-Antibiotika in Trinkwasser und Tierfutter in der Provinz Anhui (Anhui Medical University, 2019).

Google Scholar

Bao, YY Umweltverhalten und Ökotoxizität von Tetracyclin-Antibiotika im Boden (Nankai University, 2008).

Google Scholar

Wang, XJ et al. Aktueller Stand des Antibiotikaeinsatzes und seines Verhaltens im ökologischen Umweltsystem. Bodendüngung. China 06, 286–292. https://doi.org/10.11838/sfsc.1673-6257.19499 (2020).

Artikel Google Scholar

Chee-Sanford, JC et al. Vorkommen und Diversität von Tetracyclin-Resistenzgenen in Lagunen und Grundwasser, die zwei Schweineproduktionsanlagen zugrunde liegen. Appl. Umgebung. Mikrobiol. 67(4), 1494–1502. https://doi.org/10.1128/AEM.67.4.1494-1502.2001 (2001).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Rebeca, L. et al. Vorkommen von 95 Arzneimitteln und Transformationsprodukten im städtischen Grundwasser der Metropole Barcelona, ​​Spanien. Umgebung. Umweltverschmutzung. 174C, 305–315. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2012.11.022 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Jiang, Y. et al. Verteilung und ökologisches Risiko von Antibiotika in einem typischen Abwasserauffangfluss (Wangyang-Fluss) in Nordchina. Chemosphere 112, 267–274. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.04.075 (2014).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Cheng, S. et al. Forschungsfortschritte zur Tetracyclin-Verunreinigung von Gewässern und deren Behandlung. Shandong Chem. Ind. 45(16), 44–47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1008-021X.2016.16.016 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Li, NY et al. Rückblick auf den Entwicklungsstand der Sanierungstechnik für Grundwasserzirkulationsbrunnen. Bohren. Ing. 48(09), 119–126. https://doi.org/10.12143/j.ztgc.2021.09.015 (2021).

Artikel Google Scholar

Allmon, WE, Everett, LG, Lightner, AT et al. Technologiebewertung von Grundwasserzirkulationsbrunnen. Technologiebewertung von Grundwasserzirkulationsbrunnen. (1999).

Goltz, MN et al. Feldbewertung der In-situ-Quellenreduzierung von Trichlorethylen im Grundwasser mittels bioverstärkter Dampfstrippung im Bohrloch. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 39(22), 8963–8970. https://doi.org/10.1021/es050628f (2005).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Wang, X. Sanierung eines mit Anilin kontaminierten Grundwasserleiters durch Zirkulationsbrunnen und In-Bohr-Bioreaktortechnologie (Jilin University, 2013).

Google Scholar

Sun, RR Studie zur Sanierung organisch verunreinigter Standorte durch elektroverstärkende Grundwasserzirkulationsbrunnen (Donghua University, 2017).

Google Scholar

Bai, J., Sun, C. & Zhao, YS Sanierungssimulation typischer NAPL-Schadstoffe in Grundwasserleitern mithilfe der Grundwasserzirkulationsbrunnentechnologie. Res. Umgebung. Wissenschaft. 27(1), 3775–3781. https://doi.org/10.13198/j.issn.1001-6929.2014.01.12 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Zhao, YS et al. Sanierung von mit Naphthalin kontaminiertem Grundwasser durch Tween80 verbesserte Grundwasserzirkulationstechnologie basierend auf einem Solubilisierungsmechanismus. J. Central South Univ. Wissenschaft. Technol. 10, 3969–3974. https://doi.org/10.11817/j.issn.1672-7207.2015.10.054 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Liu, ZH et al. Zeitschrift der Shanghai University of Engineering Science. J. Shanghai Univ. Ing. Wissenschaft. 22(02), 141–146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1009-444X.2008.02.011 (2008).

Artikel Google Scholar

Gunten, UV-Ozonierung von Trinkwasser: Teil I. Oxidationskinetik und Produktbildung. Wasserres. 37, 1443–1467. https://doi.org/10.1016/S0043-1354(02)00457-8 (2003).

Artikel CAS Google Scholar

Hu, X. et al. Oxidation von Nonylphenol durch Ozon. Umgebung. Wissenschaft. 28, 584–587. https://doi.org/10.13227/j.hjkx.2007.03.024 (2007).

Artikel CAS Google Scholar

Wu, QY et al. Die Förderungen zur Radikalbildung und zum Abbau von Mikroschadstoffen durch die Synergien zwischen Ozon und chemischen Reagenzien (synergistische Ozonierung): Eine Übersicht. J. Hazard. Mater. 418(5), 126327. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126327 (2021).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Gómez-Pacheco, CV et al. Entfernung von Tetracyclin aus Gewässern durch integrierte Technologien, die auf Ozonierung und biologischem Abbau basieren. Chem. Ing. J. 178, 115–121. https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.10.023 (2011).

Artikel CAS Google Scholar

Madan, SS et al. Adsorptionskinetik, Thermodynamik und Gleichgewicht von Alpha-Toluylsäure auf Calciumperoxid-Nanopartikeln. Adv. Pulvertechnologie. https://doi.org/10.1016/j.apt.2016.07.024 (2016).

Artikel Google Scholar

Zhang, A. et al. Anwendung von Calciumperoxid zur effizienten Entfernung von Triamcinolonacetonid aus wässrigen Lösungen: Mechanismen und Produkte. Chem. Ing. J. 345, 594–603. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.01.104 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Madan, SS, Wasewar, KL & Kumar, CR Adsorptionskinetik, Thermodynamik und Gleichgewicht von α-Toluylsäure auf Calciumperoxid-Nanoartikeln. Adv. Pulvertechnologie. 27(5), 2112–2120. https://doi.org/10.1016/j.apt.2016.07.024 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Zhang, A. et al. Anwendung von Calciumperoxid zur effizienten Entfernung von Triamcinolonacetonid aus wässrigen Lösungen: Mechanismen und Produkte. Chem. Ing. J. 345, 594–603. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.01.104 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Li, TY Nano CaO2 chemische Reaktionszone, In-situ-Reparatur von 2,4-Dichlorphenol-kontaminiertem Grundwasser, Studie [D]. Changchun: Jilin-Universität. (2019).

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Diese Studie wurde von der National Natural Science Foundation of China (Grant-Nr. 41877489) und dem Heilongjiang Excellent Youth Fund (Grant-Nr. JJ2020YX0502) finanziert.

School of Earth Science, Northeast Petroleum University, Daqing, 163319, Heilongjiang, China

Xinyi Wang & Lei Zhang

Das dritte Ölwerk der Daqing Oilfield Co.Ltd.Daqing, Daqing, 163113, Heilongjiang, China

Chunmei Han & Yanyan Zhang

Shandong Academy of Environmental Science Environmental Testing Co., Ltd., Jinan, 250013, Shandong, China

Jiaxin Zhuo

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Alle Autoren haben zur Konzeption und Gestaltung der Studie beigetragen. XW: Methodik, Schreiben – Vorbereitung des Originalentwurfs; LZ: Konzeptualisierung, Überprüfung, Redaktion und Projektverwaltung; YZ und CH: Schreiben – Vorbereitung des Originalentwurfs, Methodik, formale Analyse; JZ: Datenanalyse.

Korrespondenz mit Lei Zhang.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Wang, X., Zhang, L., Han, C. et al. Simulationsstudie zur Sanierung von Oxytetracyclin-Kontaminationen in Grundwasserzirkulationsbrunnen, verstärkt durch Nano-Kalziumperoxid und Ozon. Sci Rep 13, 9136 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36310-1

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Eingegangen: 21. November 2022

Angenommen: 31. Mai 2023

Veröffentlicht: 05. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36310-1

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