典型PPCPs在污水处理厂中的迁移转化规律研究

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PPCPs (pharmaceuticals and personal care products)是一类含有处方类和非处方类医药品、防晒剂、清洁剂、杀菌剂和香料等化学用品在内的污染物的总称。作为2000年以来受到科学界和公众广泛关注的一类“新型”化学物质,PPCPs与人类的生活息息相关。该类物质具有较强的生物活性、旋光性和极性,它们大多数都以痕量浓度存在环境中,在地表水、地下水、饮用水、土壤和污泥中均能检测到PPCPs的存在,给人类健康和生态环境带来了潜在的危害。本课题选择了污水处理厂中5种典型的常见的PPCPs一卡马西平(CBZ)、苯扎贝特(BEZ)、布洛芬(IBP)、碘美普尔(IOM)和碘普罗胺(IOP)作为研究对象。首先,建立了固相萃取(SPE)-高效液相(HPLC)测定污水中目标污染物的快速检测方法,并对其进行了优化。论文选择上海市松江污水处理厂为研究对象,根据所建立的分析方法,对其各个处理单元所采集的水样和泥样进行检测,并探究目标污染物的迁移转化规律。实验结果表明,5种目标污染物在松江污水处理厂中均有检出,并且在进入生物处理单元之前,CBZ、BEZ、IBP、 IOM和IOP的浓度变化不大,说明物理处理单元不能有效的去除它们。在经过A2/O工艺处理之后,5种PPCPs的浓度均有明显的降低,且除了在沉砂池和外排污泥中检测到CBZ和BEZ外,其他几种PPCPs均没被检出,说明吸附对它们的去除影响不大,他们在污水处理厂中主要还是靠生物降解作用来实现。通过污水处理厂进出水浓度,得到CBZ、BEZ、IBP、IOM和IOP的去除率分别为79.16%、100%、100%、36.69%和100%。对松江污水处理厂二沉池的回流污泥进行了实验室吸附实验研究,探讨了溶液pH、温度和污染物浓度对吸附的影响。结果表明,污泥对IOM和IOP的吸附作用不大。通过对影响因素的研究发现,CBZ在中性条件下,污泥的吸附作用较好,而BEZ和IBP则在偏酸或偏碱的条件下,容易被吸附。并且在低浓度条件下,温度越高,对CBZ和IBP的吸附越不利,而BEZ则相反。通过动力学模型的模拟发现,伪二阶比伪一阶模型拟合效果要好,说明污泥吸附主要靠污泥与污染物之间发生电子的转移或交换,从而形成吸附化学键来进行吸附的。通过Henry、Freundlich和Langmuir吸附等温方程式的模拟,表明CBZ、BEZ和IBP在污泥上的吸附属于化学吸附和物理吸附的结合。通过热力学参数的研究,得出CBZ和IBP在污泥上的吸附过程是一个自发的放热过程,而对于BEZ是自发的吸热反应。最后,取松江污水处理厂二沉池的回流污泥进行好氧生物降解实验,通过实验室配水模拟生活污水进行培养。整个降解实验过程中,污泥浓度保持在3000-5000mg/L,溶解氧为2-4mg/L, pH为7-8,污泥驯化稳定后,投加药品进行降解实验。结果表明,CBZ在污泥膨胀和正常状态下,均不能有效的被降解,而IOM和IOP在两种污泥状态下均能完全的被降解,BEZ和IBP在正常状态下能有效的被生物降解去除,而在污泥膨胀状态下则不能。通过单个药品的生物降解实验和LC-MS分析,得出了BEZ、IBP、IOM和IOP在污水处理厂中可能被转化和去除的形式,这也表明这些污染物是被微生物代谢转化为小分子的化合物而去除的。
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