不同类型人工湿地对典型PPCPs(诺氟沙星和萘普生)的去除研究

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医药品和个人护理品(pharmaceutical and personal care products,PPCPs),被广泛应用于人类日常生活中,它们经使用后排入到环境中,对人类健康和生态系统能够产生一定的潜在危害。PPCPs进入环境中的最主要途径为人体或动物用药后不完全吸收导致药物排入生活污水以及污水处理厂对废水的不完全处理。近年来国外针对人工湿地处理污水中PPCPs的研究报道较多,而国内针对人工湿地对PPCPs的去除研究还较少见,但是人工湿地在生活污水处理中的应用已经受到国内研究者的广泛关注。鉴于此,本课题应用两种类型人工湿地对含有典型PPCPs(诺氟沙星和萘普生)的生活污水进行去除效果研究。自然湿地系统通过物理、化学和生物三个方面的协同作用对水质起到净化的作用,而人工湿地是根据自然湿地净化水质的原理,通过人工控制条件从而使得湿地的净化能力得到强化。本课题选择水平潜流和复合垂直流两种水流方向不同的人工湿地,以及碎石、汽块砖、沸石三种填料,比较分析6组人工湿地对PPCPs的去除效果。从而筛选出对典型PPCPs去除效果较优的人工湿地类型和填料类型,为人工湿地去除生活污水中典型PPCPs提供理论依据。试验所用生活污水为人工配制,并添加痕量PPCPs-诺氟沙星和萘普生,在水力负荷为0.1m~3/m~2.d条件下,检测6组人工湿地中诺氟沙星和萘普生的进出水浓度,以及常规水质的进出水浓度,包括化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)和氨氮(NH+4-N),比较分析不同人工湿地对生活污水的去除效果。研究发现,在0.1m~3/m~2.d的水力负荷下,对COD去除效果最好的是碎石-水平潜流人工湿地,去除率为55.52%;对TN去除效果最好的是沸石-复合垂直流人工湿地,去除率为95.96%;对TP去除效果最好的是汽块砖-复合垂直流人工湿地,去除率为84.55%;对NH+4-N去除效果最好的是沸石-复合垂直流人工湿地,去除率为93.69%。目标药物诺氟沙星的进水浓度为392.11~686.17μg/L(平均浓度为500.97μg/L),平均去除率在70%~80%之间,其中以碎石或沸石为填料的复合垂直流人工湿地对诺氟沙星的去除率最高,可以达到80%;目标药物萘普生的进水浓度为1149.7~1652.9μg/L(平均浓度为1523.3μg/L),平均去除率在40%~49%之间,其中以碎石或汽块砖为填料的水平潜流人工湿地和以沸石为填料的复合垂直流人工湿地对萘普生的去除率较高,可以达到49%。通过对结果进行方差分析得出复合垂直流人工湿地对生活污水的整体去除效果要优于水平潜流人工湿地。其中三种填料中以沸石对水质的总体净化效果为最优,汽块砖比较适合常规水质的净化,而碎石则比较适合诺氟沙星的去除。整体而言,在本次试验中,以沸石为填料的复合垂直流人工湿地对生活污水的净化效果最好。人工湿地在处理生活污水过程中涉及物理、化学和生物三个方面的协同作用,其去除效果好、建设成本低、运行费用低、便于管理,使其在城镇生活污水处理领域应用前景良好,值得进一步研究。
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