Estudo de simulação de remediação de contaminação por oxitetraciclina em poços de circulação de água subterrânea aprimorada por nano

Dec 30, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9136 (2023) Cite este artigo

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O uso generalizado de antibióticos nos últimos anos levou ao aumento da contaminação por antibióticos de águas subterrâneas rasas. Como o antibiótico tetraciclina mais utilizado, a oxitetraciclina tem recebido muita atenção dos pesquisadores devido à sua estrutura molecular estável e dificuldade de degradação. Com o objetivo de remediar a poluição por oxitetraciclina em águas subterrâneas rasas, nanoperóxido de cálcio (nCaO2) e ozônio (O3) são usados ​​para aumentar a degradação de oxitetraciclina em poços de circulação de águas subterrâneas (GCW). Um dispositivo de teste de caixa de areia tridimensional para poços de circulação é projetado para explorar a eficiência de reparo de poços de circulação fortalecidos por diferentes oxidantes. Os resultados mostram que após 10 h de operação dos poços de aumento de nCaO2 e O3, a taxa média de remoção de OTC chega a 83%, e a maior taxa de remoção é de 88,13%, que é 79,23% e 13,96%, respectivamente, maior que a de nCaO2 e O3 poços de circulação aprimorados sozinhos e não há fenômeno de rebote após a parada da aeração. O tratamento in situ de GCW aprimorado por nCaO2 e O3 tem aplicações potenciais para a remoção de OTC em ambientes de águas subterrâneas.

A oxitetraciclina é o antibiótico tetraciclina mais comum1. É amplamente utilizado na pecuária, mas apenas uma pequena quantidade de oxitetraciclina é absorvida e geralmente entra no ambiente na forma de fezes. A oxitetraciclina possui estrutura molecular estável, difícil de ser degradada por microorganismos, existe há muito tempo e causa poluição ambiental2,3,4,5. López-Serna et al.6 detectaram a concentração de antibióticos nas águas subterrâneas de Barcelona, ​​Espanha, e descobriram que as águas subterrâneas locais estavam poluídas em graus variados, com a maior concentração de tetraciclina chegando a 188 ng/L. Jiang7 detectou 16 antibióticos em amostras de águas subterrâneas no norte da China e descobriu que o conteúdo de oxitetraciclina nas águas subterrâneas nessa área era de 8.325,8 ng/L. Portanto, atualmente, controlar a poluição por oxitetraciclina é a principal tarefa para eliminar a poluição por antibióticos8.

Para abordar a contaminação por oxitetraciclina nas águas subterrâneas, existem duas abordagens comuns: remediação in-situ e remediação ex-situ. Como os antibióticos fluem com a água quando entram nas águas subterrâneas, a remediação ex-situ é cara e o contaminante não pode ser tratado por muito tempo, então um dos métodos de remediação in-situ é escolhido para tratar a contaminação. A tecnologia de Poço de Circulação de Água Subterrânea (GCW) é baseada na tecnologia de perturbação do ar in-situ e na tecnologia de extração de fase gasosa9,10. No entanto, a tecnologia GCW sozinha só pode transferir poluentes para o solo para tratamento e não pode degradar poluentes diretamente. Portanto, outros meios são frequentemente utilizados para fortalecer o GCW, como reforço biológico11,12, reforço elétrico13 e reforço surfactante14,15. O ozônio e o peróxido de cálcio podem ser usados ​​para remover poluentes orgânicos das águas subterrâneas. O ozônio tem as vantagens de velocidade de reação rápida e efeito notável e é amplamente utilizado no tratamento de águas subterrâneas16,17,18, mas é fácil causar o rebote de poluentes. Como oxidante, o peróxido de cálcio também produzirá O2 ao decompor a matéria orgânica, o que pode fornecer fonte de oxigênio para microorganismos e remover poluentes mais rapidamente19,20, por isso é amplamente utilizado na remediação de águas subterrâneas. Ao mesmo tempo, a pesquisa mostra que o Ca(OH)2, outro produto da hidrólise do CaO2, pode adsorver poluentes e não é fácil fazer com que os poluentes se recuperem21,22.

Como oxidante altamente ativo, o peróxido de nanocálcio pode oxidar e decompor rapidamente substâncias nocivas, como a oxitetraciclina. O ozônio é uma substância fortemente oxidante que pode acelerar a decomposição e remoção da oxitetraciclina, reparando, assim, de forma rápida e eficaz as águas subterrâneas contaminadas. NCaO2 e ozônio são materiais de proteção ambiental não tóxicos e inofensivos, que não causam poluição secundária ao meio ambiente e estão mais alinhados com o conceito de desenvolvimento de proteção ambiental verde. Por meio de experimentos de simulação tridimensional interna, o autor explorou o em A remediação in situ de águas subterrâneas contaminadas com oxitetraciclina por nCaO2 e O3 melhorou os poços de circulação, otimizou os parâmetros operacionais dos poços de circulação e apresentou novas ideias para a remediação de longo prazo de locais contaminados com antibióticos.