藥物與個人護理用品在給水系統(tǒng)中的存在及去除

朱瑩 李靜靜

摘 要：隨著社會的發(fā)展進步和人們生活質(zhì)量的提高，人們對水處理的要求不斷增高，被廣泛使用的藥物與個人護理用品（Pharmaceutical and Personal Care Products，簡稱PPCPs）對水環(huán)境的影響愈發(fā)受到重視。隨著檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，抗生素、地表水、地下水、飲用水等環(huán)境介質(zhì)中不斷地被檢出，這類物質(zhì)可能對生物體產(chǎn)生潛在的、累積性的不良影響。文章從現(xiàn)有的研究成果出發(fā)，介紹通過改進現(xiàn)有的給水處理工藝，實現(xiàn)對PPCPs安全、高效、經(jīng)濟、穩(wěn)定去除的可能的思路和方法，并提出未來的研究方向和研究重點，以期為PPCPs問題的研究者今后的工作提供參考。

關(guān)鍵詞：PPCPs；高級氧化；膜法水處理；生物法處理；綜合處理

引言

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展、人們生活水平和醫(yī)療水平的提高，藥物與個人護理用品（PPCPs）在現(xiàn)代生活中被廣泛使用。PPCPs在環(huán)境中的存在于20世紀80年代首次被發(fā)現(xiàn)。之后，PPCPs在河流湖泊及地下水中存在的情況也開始受到關(guān)注和研究。結(jié)果表明，未附加深度處理方法的常規(guī)水處理工藝對相當一部分物質(zhì)沒有明顯去除效果。尋找合適的工藝以去除水體中成為目前水處理中一個新的熱點問題。

1 PPCPs降解轉(zhuǎn)化技術(shù)存在的問題

目前已有的PPCPs降解轉(zhuǎn)化技術(shù)包括高級氧化、生物轉(zhuǎn)化降解、膜法水處理及其組合工藝等方法，這些方法有各自的優(yōu)點、適用性及不足之處，這是這些技術(shù)中的某一項不能夠單獨地應用于給水處理中去除PPCPs的主要原因。

1.1 高級氧化工藝

高級氧化工藝通過產(chǎn)生強氧化性的·OH從而快速高效地去除水中有機污染物，包括種類相當廣泛的PPCPs。有研究表明，水廠深度處理中，反滲透工藝處理后的濃縮液含有至少27種PPCPs類物質(zhì)，其中18種物質(zhì)的濃度在0.1-7.9μg/L，通過在N2O環(huán)境下使用穩(wěn)態(tài)γ射線產(chǎn)生·OH，可以降低其濃度，且去除效果隨照射的強度增大而提高，其中四種物質(zhì)在氧化后無檢出。因此，高級氧化是降解PPCPs的一種可行方法。

常見的高級氧化技術(shù)有臭氧、光催化氧化、芬頓法和光芬頓氧化法等。高級氧化的優(yōu)點是對一些難降解的物質(zhì)，如泛影酸鹽有良好的去除效果。

高級氧化對PPCPs的去除研究，存在的主要問題是對其氧化反應中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物和副產(chǎn)物研究較少。而有限的研究結(jié)果表明，高級氧化降解PPCPs很可能會產(chǎn)生毒性更強的中間產(chǎn)物。通過研究指出，尋找到既經(jīng)濟成本低，又能夠有效地完全礦化PPCPs的氧化工藝是非常困難的，并且在氧化過程中不可避免地會產(chǎn)生副產(chǎn)物。因此，就目前的技術(shù)水平而言，使用高級氧化的安全性、經(jīng)濟性值得進一步分析和探討。

1.2 生物轉(zhuǎn)化降解

生物法處理對生活污水中常見的有機物具有良好的降解作用，能夠廉價高效地去除水的有機物。研究表明，生物法處理對PPCPs中的撲熱息痛、萘普生、布洛芬等常見的14種物質(zhì)有較好的去除效果。但是也有研究表明，生物法處理的效果并不穩(wěn)定，如抗生素的去除效果變化很大，抗生素、磺胺甲嘧啶、抗癲癇藥卡馬西平的去除率低于30%。因此，有必要進一步研究生物法處理的工藝方法，或?qū)⑵渑c其他工藝聯(lián)用以提高處理效果。

1.3 膜法水處理

膜法水處理可分為微濾、超濾、納濾及反滲透。膜法水處理效率高，操作簡單，且在處理過程中無需投加任何藥劑且不會產(chǎn)生中間產(chǎn)物和副產(chǎn)物，在水處理中得到廣泛應用。研究表明，反滲透對大部分PPCPs有較好的去除效果。通過反滲透工藝，大部分污水廠二級出水中檢測出的PPCPs濃度下降了一個數(shù)量級。PPCPs整體去除率達到了97%，PPCPs濃度均低于0.1μg/L。維羅妮卡等對西班牙西北部地區(qū)某使用RO工藝的水廠出水檢測后發(fā)現(xiàn)，RO膜對一些PPCPs類物質(zhì)有較好的截留作用，并且膜的抗污染性能也不錯，不過對一些分子量較小、極性強、疏水性的PPCPs類物質(zhì)去除效果一般。分子量的大小和膜的材料對去除效果影響較為明顯。醋酸纖維素濾膜對某些PPCPs也有很好的去除效果。膜法水處理存在的問題是，為了獲得更好的處理效果，一般需要使用孔徑更小的膜，這就提高了處理成本，降低了處理量。另外，膜法水處理中截留水（濃水）的處理也是一個值得關(guān)注的問題。

2 綜合處理

如上所述，單種處理方法往往只對某些物質(zhì)有較好的處理效果，且可靠性、穩(wěn)定性難以令人滿意。因此，如何結(jié)合我國給水處理的實際情況與水質(zhì)特點，改造、優(yōu)化現(xiàn)有的處理工藝以滿足日益提高的處理要求，達到安全、高效、經(jīng)濟地去除原水中的PPCPs是值得研究的。

很多學者詳細研究了55種藥物、激素和代謝物在給水處理流程中的存在和去除情況。結(jié)果表明，其中35種物質(zhì)在水源中存在，且最高一種的濃度達到了1200ng/L。但是，經(jīng)過預加氯、混凝、沉淀、砂濾、臭氧氧化、活性炭過濾、后加氯這一系列處理后，出水中只有5種物質(zhì)被檢出，且這5種物質(zhì)的去除率也超過了95%，而對所有藥物的去除率則達到了99.7%。其中，加氯、臭氧氧化及活性炭吸附是主要去除這些物質(zhì)的工藝流程。由此可見，常見的工藝流程組合對大多數(shù)的PPCPs類物質(zhì)還是有相當?shù)娜コЧ?。并且這些工藝由于應用廣泛，技術(shù)成熟，建設(shè)和運行的成本較低、可靠性較高，適于大規(guī)模推廣。

在選擇給水處理工藝時，還應該結(jié)合我國的給水處理發(fā)展實際情況。李圭白提出了我國應該進一步開發(fā)第三代城市飲用水凈化工藝，即采用以超濾為核心，將超濾與活性炭聯(lián)合應用。將其與活性炭聯(lián)用，可以去除分子量較小的有機物。隨著技術(shù)的發(fā)展，膜的性能不斷提高，價格卻不斷降低，已經(jīng)具有工程應用的可行性。

以超濾膜為核心的第三代給水處理工藝對PPCPs類物質(zhì)的去除效果目前研究還很少，只有少量超濾膜與其他工藝聯(lián)用去除PPCPs效果的研究成果。周雪飛等總結(jié)歸納了膜法水處理和活性炭去除PPCPs的研究成果，闡述了該工藝對PPCPs去除的可行性。通過對醋酸纖維膜與經(jīng)過表面改性的醋酸纖維膜的研究了，對卡馬西平、布洛芬及磺胺甲嘧啶三種PPCPs類物質(zhì)的去除效果，結(jié)果表明，醋酸纖維膜對這三種物質(zhì)的去除效果都比較好。

3 結(jié)束語

PPCPs目前尚未成為常規(guī)給水水質(zhì)監(jiān)測的指標，由于檢測方法的限制，對于PPCPs研究的起步時間也較晚，對PPCPs的去除機理、方法，特別是去除過程中可能產(chǎn)生的中間產(chǎn)物、副產(chǎn)物研究得更少。在今后的研究中，應該著重從以下幾個方面入手：（1）進一步加強對PPCPs氧化降解的中間產(chǎn)物及副產(chǎn)物產(chǎn)生及其生物毒性的研究；（2）開發(fā)不產(chǎn)生副產(chǎn)物的綠色物理分離技術(shù)去除水體中的PPCPs類物質(zhì)；（3）除了研究某一種特定工藝對PPCPs的去除效果之外，還應著眼與整個給水處理流程對目標物質(zhì)的去除效果。重點研究如何在現(xiàn)有的給水處理工藝基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化處理工藝流程或者改變運行參數(shù)，實現(xiàn)整個給水處理系統(tǒng)對PPCPs高效、低成本地去除。

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作者簡介：朱瑩（1985，10-），女，河南新鄉(xiāng)人，助教，碩士；研究方向：環(huán)境污染治理。