PPCPs在污水處理系統(tǒng)中去除方法的研究進(jìn)展

摘 要：PPCPs是具有很強(qiáng)的生物毒理性和內(nèi)分泌干擾性的一類物質(zhì)，在極低濃度下就能對動植物的生長造成嚴(yán)重的危害。因此，PPCPs在污水中的存在情況備受關(guān)注，而污水處理廠是環(huán)境中PPCPs的主要來源，文章概述了典型PPCPs在污水存在情況及其去除方法，以期為今后在污水處理過程中獲得有效去除PPCPs的工藝研究提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：藥品及個人護(hù)理品（PPCPs）；毒理性；內(nèi)分泌干擾性

引言

藥品及個人護(hù)理品（Pharmaceuticals and personal care products，PPCPs）作為新型痕量物質(zhì)的典型，包括藥物和部分個人護(hù)理品，如抗生素、部分激素、止痛藥、顯影劑、香料、護(hù)膚品、護(hù)發(fā)用品等。因其種類繁多、濃度低、危害性大、去除困難等特點(diǎn)，對人類及水生生物的影響頗大[1-2]。早在2002年，研究者就發(fā)現(xiàn)了河流中因受到雌激素類物質(zhì)的污染而導(dǎo)致大量雄性魚雌化。2014年秋季，研究者對我國部分地表水取樣檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)：我國珠江廣州段受到PPCPs的污染的非常嚴(yán)重，脫水紅霉素、磺胺嘧啶、磺胺二甲基嘧啶的含量分別為460ng/L、209ng/L和184ng/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出了發(fā)達(dá)國家河流中100ng/L以下的含量。部分雌激素類藥品由于其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)，會對目標(biāo)生物產(chǎn)生極強(qiáng)的生物誘導(dǎo)效應(yīng)，其成分的積累對非目標(biāo)將產(chǎn)生潛在的，具有累積性的不良影響[3-4]。水中抗生素濃度低，更容易導(dǎo)致細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性[5]。而污水處理廠作為進(jìn)入環(huán)境中的PPCPs主要來源之一，開展污水中PPCPs種類、含量及去除效果的研究尤為重要，以期為今后獲得高效去除PPCPs的處理工藝提供技術(shù)參考。

1 PPCPs在城市污水廠中的存在現(xiàn)狀

1.1 污水處理單元中PPCPs的存在現(xiàn)狀

在污水處理過程中，PPCPs可以在生物作用下得到礦化和代謝，并隨著污水和污泥排放進(jìn)入自然環(huán)境中[6]。塵沙除油池對抗生素萘普生有很好的去除效果，去除率達(dá)35.4%；但斜板沉淀池并不能布洛芬、雙氯芬酸和三氯生等；而二級生物處理單元對PPCPs的去除起到了主要作用，苯扎貝特和萘普生最終都會被活性污泥完全生物降解。羅紅霉素和布洛芬在反應(yīng)一段時(shí)間后，去除率不再增加，生物降解作用不會持續(xù)發(fā)生。纖維轉(zhuǎn)盤和沉淀池對羅紅霉素、布洛芬等典型PPCPs的去除作用很小[7]。

1.2 PPCPs對污水處理系統(tǒng)的影響

在典型PPCPs中，不同種類物質(zhì)對污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也不盡相同。抗生素會導(dǎo)致活性污泥的胞外聚合物量及組分蛋白質(zhì)和多糖增加，導(dǎo)致絮凝體解體，使活性污泥的SVI下降。此外，抗生素類污染物對一些菌群也有刺激生長作用，使活性污泥生物群落結(jié)構(gòu)的改變進(jìn)而影響污染物去除效果，導(dǎo)致出水水質(zhì)惡化[8]。其他雌激素類及洗護(hù)用品也對活性污泥有著重要影響。

2 污水中PPCPs的去除研究

2.1 活性炭吸附技術(shù)

活性炭因其空隙多、表面積大（占總表面積的2$V以上）等特點(diǎn)，能夠迅速吸附水中低濃度、分子量小且傳統(tǒng)方法無法去除的物質(zhì)[9]。但大部分PPCPs一般分子量較大，因此對其吸附作用較弱，很難得到充分利用且縮短了活性炭使用周期。研究表明，活性炭吸附工藝對水中四環(huán)素類物質(zhì)有較好的去除率，去除率可達(dá)68%[10]。

2.2 臭氧氧化技術(shù)

臭氧氧化是較為有效的處理技術(shù)。在酸性條件下，臭氧可以與抗生素直接反應(yīng)，有明顯的選擇性； 在堿性條件下，臭氧可以分解產(chǎn)生羥基自由基，發(fā)生間接反應(yīng)，因該反應(yīng)無選擇性，因此反應(yīng)速度較快[14]。

2.3 高級催化氧化技術(shù)

光催化氧化是在光化學(xué)氧化基礎(chǔ)上加入催化劑以促進(jìn)氧化過程，催化劑（半導(dǎo)體）具有雙重傾向，能同時(shí)吸附反應(yīng)物和有效光子，對部分PPCPs有很好的去除效果。催化氧化技術(shù)通過使用紫外光或催化劑，使其產(chǎn)生高度反應(yīng)性羥基自由基，可無選擇性進(jìn)行。但由于對反應(yīng)條件要求苛刻，耗能較大、且降解不徹底，易產(chǎn)生多種芳香族有機(jī)中間體，成為該技術(shù)需要克服的問題[12]。

2.4 膜過濾技術(shù)

膜過濾技術(shù)是根據(jù)膜孔徑的不同，截留不同粒徑的污染物質(zhì)，從而對PPCPs有一定的去除效果。研究表明，超濾對磺胺甲 唑（SMX）有80%的截留率；納濾對大多數(shù)PPCPs均有一定的截留率，尤其對阿奇霉素（AZN）和美托洛爾（MET）截留率都超過99%[13]；NF/RO膜對磺胺類和四環(huán)素類抗生素去除效果較好，去除率超過98.5%[14]。

3 結(jié)束語

目前的研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)污水處理工藝對PPCPs，有一定的去除能力，活性炭吸附、臭氧氧化、高級氧化等工藝對PPCPs，總體去除效果較好，而沉淀等工藝幾乎不能去除PPCPs，雖然其出水濃度較低，但是對人體健康的影響仍然不可估計(jì)。因此在今后的研究中，應(yīng)該著重于以下幾方面進(jìn)行：

（1）目前大部分研究者主要研究污水中PPCPs的分析檢測技術(shù)和其在污水處理過程中的歸趨中。隨著PPCPs成為污染控制指標(biāo)，將其加入污水廠生命周期評價(jià)將會成為未來研究的一個新熱點(diǎn)。

（2）高級氧化技術(shù)雖然對PPCPs的除去有很好的效果，但是其檢測只停留在游離態(tài)分子中，應(yīng)對其氧化產(chǎn)物及其毒理性進(jìn)行一定的研究。

（3）我國是PPCPs的生產(chǎn)和消費(fèi)大國，人們常給飼養(yǎng)的牲畜注射激素及抗生素以謀求利益的最大化以及醫(yī)生對抗生素的濫用，使得大量PPCPs經(jīng)生物代謝后隨生活污水排入污水廠甚至直接排放到自然水體中，但關(guān)于城市污水中PPCPs的研究報(bào)道非常少，對其尚未引起足夠重視。因此，應(yīng)該結(jié)合我國抗生素使用特點(diǎn)，制定出適合解決目前情況的污水處理廠優(yōu)化方案。

參考文獻(xiàn)

[1]Daughton C. G.， Ternes T. A.. Pharmaccuticals and personal care products in environmentagents of subtle change？[J].Environmental Health Perspectives，1999，107（6）：907-938.

[2]Bell K. Y.， Bandy J. ， Beck S.， et al. Emerging pollutants-Part II：treatment[J]. Water sources of the greater momtreal rergion[J].Chemosphere，2012，88（1）：131-139.

[3]Carlsson C.， Johansson A.， Alvan G.， et al. Are pharmaceuticals potent environmental pollutants？ Part I： environmental risk assessments of selected active pharmaceutical ingredients[J]. Science of the Total Environment，2006，364（1-3）：67-87.

[4]Shore L. S.， Kapulnik Y.， Ben-Dor B.， et al. Effects of estrone and 17β-estradiol on vegetative growth of Medicago sativa. Physiol Plant，1992， 84： 217-222.

[5]喬鐵軍，張錫輝，歐慧婷.飲用水中藥品和個人護(hù)理用品的研究進(jìn)展[J].給水排水，2010（9）：24-28.

[6]Layton A. C. ， Gregory B. W. ， Seward J. R. ， et al. Mineralization of steroidal hormones by biosolids in wastewater treatment systems in tennessee U. S. A. Environ. Sci. Technol.，2000，34（18）： 3925-3931.

[7]Peng X.， Wang Z.， KuangW.，et al. A preliminary study on the occurrence and behavior of sulfonamides， ofloxacin and chloramphenicol antimicrobials in wastewaters of two sewage treatmentplants inGuangzhou， China. Science of the Total Environmne，2006，371：314-322.

[8]賈璦，胡建英，孫建仙，等.環(huán)境中的藥品與個人護(hù)理品[J].化學(xué)進(jìn)展，2009，21（2/3）：389-399.

[9]曲曉妍，劉建廣，李鼎，等.臭氧生物活性碳深度處理飲用水中抗生素的研究[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2010（5）：33-35.

[10]王占生，劉文君. 微污染水源蝕用水處理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

[11]U. Von Gunten. Ozonation of drinking water： Part I. Oxidation kinetics and product formation[J].Water Research， 2003，37（7）：1443-14671.

[12]劉靜，李亞茹，王杰，等.高級催化氧化法去除水中鄰苯二甲酸酯的研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，23（5）：904-910

[13]Nghiem L.， D.， Manis A.， Soldenhoff K.， et al. Estrogenic hormone removal from wastewater using NF/RO membranes[J]. Journal of Membrane Science，2004，242（1/2）：37-45.

[14]K. Kosutic， D. Dolar， D.Asperger， et al. Removal of antibiotics from a model wastewater by RO/NF membranes[J].Separation and Purification Technology，2007，53：244-249.

作者簡介：劉昱迪（1992-），女，碩士研究生，從事水污染控制理論與技術(shù)方向研究。