Studio di simulazione della bonifica della contaminazione da ossitetraciclina nei pozzi di circolazione delle acque sotterranee potenziati da nano

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9136 (2023) Citare questo articolo

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L’uso diffuso di antibiotici negli ultimi anni ha portato ad una crescente contaminazione da antibiotici delle acque sotterranee poco profonde. Essendo l'antibiotico tetraciclico più utilizzato, l'ossitetraciclina ha ricevuto molta attenzione da parte dei ricercatori a causa della sua struttura molecolare stabile e della difficoltà di degradazione. Mirando alla bonifica dell'inquinamento da ossitetraciclina nelle acque sotterranee poco profonde, il perossido di nano-calcio (nCaO2) e l'ozono (O3) vengono utilizzati per aumentare la degradazione dell'ossitetraciclina nel pozzo di circolazione delle acque sotterranee (GCW). Un dispositivo di test tridimensionale in scatola di sabbia per pozzi di circolazione è progettato per esplorare l'efficienza di riparazione dei pozzi di circolazione rafforzati da diversi ossidanti. I risultati mostrano che dopo che i pozzi di circolazione di potenziamento di nCaO2 e O3 hanno funzionato per 10 ore, il tasso di rimozione medio di OTC raggiunge l'83% e il tasso di rimozione più alto è dell'88,13%, ovvero rispettivamente del 79,23% e 13,96% superiore a quello di nCaO2 e O3 solo i pozzi di circolazione migliorati e non si verificano fenomeni di rimbalzo dopo l'interruzione dell'aerazione. Il trattamento in situ del GCW potenziato da nCaO2 e O3 ha potenziali applicazioni per la rimozione di OTC negli ambienti delle acque sotterranee.

L'ossitetraciclina è l'antibiotico tetraciclico più comune1. È ampiamente utilizzata in zootecnia, ma solo una piccola quantità di ossitetraciclina viene assorbita e generalmente entra nell'ambiente sotto forma di feci. L'ossitetraciclina ha una struttura molecolare stabile, difficile da degradare da parte dei microrganismi, esiste da molto tempo e provoca inquinamento ambientale2,3,4,5. López-Serna et al.6 hanno rilevato la concentrazione di antibiotici nelle acque sotterranee di Barcellona, ​​in Spagna, e hanno scoperto che le acque sotterranee locali erano inquinate a vari livelli, con la concentrazione più alta di tetraciclina che raggiungeva 188 ng/L. Jiang7 ha rilevato 16 antibiotici in campioni di acque sotterranee nel nord della Cina e ha scoperto che il contenuto di ossitetraciclina nelle acque sotterranee di quest'area era di 8325,8 ng/L. Pertanto, attualmente, il controllo dell’inquinamento da ossitetraciclina è il compito principale per eliminare l’inquinamento da antibiotici8.

Per affrontare la contaminazione da ossitetraciclina nelle acque sotterranee, esistono due approcci comuni: la bonifica in situ e la bonifica ex-situ. Poiché gli antibiotici fluiscono con l’acqua quando entrano nelle falde acquifere, la bonifica ex situ è ​​costosa e il contaminante non può essere trattato per un lungo periodo, quindi per trattare la contaminazione viene scelto uno dei metodi di bonifica in situ. La tecnologia dei pozzi di circolazione delle acque sotterranee (GCW) si basa sulla tecnologia del disturbo dell'aria in situ e sulla tecnologia di estrazione in fase gassosa9,10. Tuttavia, la sola tecnologia GCW può solo trasferire gli inquinanti al suolo per il trattamento e non può degradarli direttamente. Pertanto, vengono spesso utilizzati altri mezzi per rafforzare la GCW, come il rinforzo biologico11,12, il rinforzo elettrico13 e il rinforzo tensioattivo14,15. L’ozono e il perossido di calcio possono essere utilizzati per rimuovere gli inquinanti organici dalle acque sotterranee. L'ozono presenta i vantaggi di una rapida velocità di reazione e di effetti notevoli ed è ampiamente utilizzato nel trattamento delle acque sotterranee16,17,18, ma è facile provocare il rimbalzo degli inquinanti. Come ossidante, il perossido di calcio produce anche O2 quando decompone la materia organica, che può fornire una fonte di ossigeno per i microrganismi e rimuovere gli inquinanti più velocemente19,20, quindi è ampiamente utilizzato nella bonifica delle acque sotterranee. Allo stesso tempo, la ricerca mostra che Ca(OH)2, un altro prodotto dell'idrolisi di CaO2, può adsorbire gli inquinanti e non è facile provocarne il rimbalzo21,22.

Essendo un ossidante altamente attivo, il perossido di nano-calcio può ossidare e decomporre rapidamente sostanze nocive come l'ossitetraciclina. L'ozono è una sostanza fortemente ossidante che può accelerare la decomposizione e la rimozione dell'ossitetraciclina, riparando così in modo rapido ed efficace le acque sotterranee contaminate. NCaO2 e ozono sono materiali di protezione ambientale non tossici e innocui, che non causano inquinamento secondario nell'ambiente e sono più in linea con il concetto di sviluppo di protezione ambientale verde. Attraverso esperimenti di simulazione tridimensionale indoor, l'autore ha esplorato l'in -bonifica in situ delle acque sotterranee contaminate da ossitetraciclina mediante pozzi di circolazione potenziati da nCaO2 e O3, ottimizzato i parametri operativi dei pozzi di circolazione e proposto nuove idee per la bonifica a lungo termine dei siti contaminati da antibiotici.