城市污水处理厂内药品及个人护理品的赋存特征与去除机理

【摘要】近年来,药物及个人护理品(PharmaceuticalsandPersonalCareProducts,PPCPs)作为一类新兴的环境污染物,在多种环境介质中被频繁检出,以及对人体健康及生态环境具有一定的风险,引起了人们的广泛关注。我国对新兴污染物的研究正在逐渐兴起,现阶段缺乏PPCPs类污染物的排放标准及质量控制标准。污水处理厂是PPCPs类污染物进入环境的主要点源,同时也是去除这类污染物的重要途径。我国现有关于PPCPs类污染物的研究,大多集中在污水处理厂内PPCPs的赋存调研,物质对象上多关注于抗生素类PPCPs,而具体到实验室机理解析甚少。本研究利用GC/MS和HPLC等高效分析检测手段,以多类别PPCPs为研究对象,揭示了PPCPs在城市污水处理厂中的存在特征与环境风险,并深入探究活性污泥对典型PPCPs的去除规律与机理。通过为期三年的不间断跟踪监测,摸清了11种目标PPCPs在广东地区三家污水处理厂内的存在特征与环境风险。结果表明：目标PPCPs在城市污水处理厂内的检出率很高,浓度水平低于国外报道的浓度水平,与国内其他报道相近。生活污水是PPCPs的主要污染源。PPCPs的进水浓度主要与PPCPs的人为使用量及旱雨季相关。而其他各工艺段及出水中PPCPs的浓度变化一定程度上受限于进水浓度,而决定因素是各污水处理工艺段的去除效果。目标PPCPs的最大浓度值多出现在1月,最小浓度值多出现在7月。生物处理工艺对目标PPCPs的去除起主要的作用,厌氧池和好氧池是对城市污水处理厂内PPCPs总去除率贡献最大的污水处理单元,缺氧池内目标PPCPs的去除率多出现负值。风险评价表明,城市污水处理厂STP1出水中双氯芬酸对水生生物有高风险,水杨酸和甲芬那酸对水生生物有中等风险；城市污水处理厂STP3出水中氯贝酸和双氯芬酸对水生生物有中等风险；三氯生在三家污水处理厂中的出水浓度均对水生生物有高风险。在活性污泥去除典型PPCPs的烧杯实验中,活性污泥对罗红霉素有显著的吸附作用,对苯扎贝特及萘普生有较强的生物降解作用。废水中的高浓度药品会对活性污泥系统产生急性毒性,罗红霉素致活性污泥急性毒性浓度值高于布洛芬。活性污泥降解萘普生和苯扎贝特的过程可以用伪一级动力学来进行描述,吸附过程可以用伪二级动力学方程描述。降解及吸附速率常数均与底物初始浓度存在一定的负线性相关性,活性污泥吸附目标污染物是目标物的疏水性及目标物与活性污泥间的静电反应共同起作用的结果,该吸附过程适用于Freundlich吸附等温线。活性污泥中萘普生解吸作用不明显,因此,剩余污泥的处理与处置过程中,萘普生不易造成环境的二次污染。利用454高通量测序技术,了解了活性污泥系统中微生物群落结构与系统除污(目标PPCPs类污染物萘普生和常规污染物C/N/P)性能的耦合关系,降解萘普生的优势菌群主要集中在变形菌门的p变形菌纲。不同pH进水条件下,驯化后系统中形成的微生物菌落结构存在很大差异。酸性条件下形成的微生物群落能够更好地去除萘普生,但是系统的稳定性差,中性条件下驯化后系统中微生物的多样性程度较高,群落结构复杂,系统的抵抗力、稳定性较强,对于高浓度单一含萘普生的废水呈现较好的去除效果。
【作者】汤迎；
【导师】李小明；
【作者基本信息】湖南大学，环境科学与工程，2014，博士
【关键词】药物和个人护理品；污水处理；活性污泥；去除；动力学；微生物；

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