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典型PPCPs在污水处理厂中的迁移转化规律研究

关注热度:149   来源:新能源学术论文  作者:胡金龙
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【摘要】: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。
【关键词】:PPCPs 分析方法 吸附 生物降解 迁移转化
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:X703;X132
【目录】:
  • 摘要5-8
  • ABSTRACT8-13
  • 1 绪论13-36
  • 1.1 药品和个人护理品(PPCPs)概述13-16
  • 1.1.1 环境中PPCPs的介绍13
  • 1.1.2 环境中PPCPs的来源13-15
  • 1.1.3 环境中PPCPs的危害15-16
  • 1.2 污水处理厂中典型的PPCPs16-21
  • 1.2.1 酸性药物17-18
  • 1.2.2 抗生素类药物18-19
  • 1.2.3 抗癫痫类药物19
  • 1.2.4 雌激素类19-20
  • 1.2.5 显影剂20
  • 1.2.6 个人护理用品20-21
  • 1.3 PPCPs主要检测方法21-25
  • 1.3.1 样品的提取和富集21-23
  • 1.3.2 主要分析测试方法23-25
  • 1.4 PPCPs主要迁移转化途径25-28
  • 1.4.1 污泥吸附25-26
  • 1.4.2 生物降解26-27
  • 1.4.3 生物富集27
  • 1.4.4 光降解27-28
  • 1.4.5 挥发28
  • 1.5 目标污染物的选取28-32
  • 1.6 研究内容和意义32-34
  • 1.6.1 研究内容32-33
  • 1.6.2 研究意义33-34
  • 1.7 技术路线34-36
  • 2 SPE-HPLC测定污水中目标PPCPs方法的建立36-50
  • 2.1 实验材料36-37
  • 2.1.1 实验试剂36
  • 2.1.2 实验仪器和设备36-37
  • 2.1.3 标准溶液的配制37
  • 2.2 SPE-HPLC测定水中IOP和IOM方法的建立37-43
  • 2.2.1 最大吸收波长的确定37-38
  • 2.2.2 高效液相色谱条件的确定38-41
  • 2.2.3 固相萃取条件的确定41-43
  • 2.3 SPE-HPLC测定水中CBZ、BEZ和IBP方法的建立43-50
  • 2.3.1 最大吸收波长的确定43
  • 2.3.2 高效液相色谱条件的确定43-47
  • 2.3.3 固相萃取条件的确定47-50
  • 3 USE-HPLC测定污泥中目标PPCPs方法的建立50-56
  • 3.1 实验材料50-51
  • 3.1.1 实验试剂50
  • 3.1.2 实验仪器和设备50-51
  • 3.1.3 标准溶液的配制51
  • 3.2 污泥样品预处理51-52
  • 3.3 超声萃取52-55
  • 3.3.1 超声萃取实验步骤52
  • 3.3.2 IOM和IOP超声萃取方法的优化52-53
  • 3.3.3 CBZ、BEZ和IBP超声萃取方法的建立53-55
  • 3.4 微波萃取55-56
  • 3.4.1 微波萃取步骤55
  • 3.4.2 结果与分析55-56
  • 4 松江污水处理厂中目标PPCPs的归趋及迁移转化分析56-69
  • 4.1 实验材料56
  • 4.1.1 实验试剂56
  • 4.1.2 实验仪器和设备56
  • 4.2 松江污水处理厂简介56-59
  • 4.3 样品处理59-60
  • 4.3.1 样品采集59
  • 4.3.2 样品预处理59-60
  • 4.3.3 样品分析60
  • 4.4 结果分析60-69
  • 4.4.1 实验结果及分析60-62
  • 4.4.2 红外光谱分析62-63
  • 4.4.3 元素分析63-64
  • 4.4.4 电镜分析64-65
  • 4.4.5 质量平衡分析65-69
  • 5 目标PPCPs的污泥吸附特性研究69-85
  • 5.1 实验材料69-71
  • 5.1.1 实验试剂69
  • 5.1.2 实验仪器和设备69-70
  • 5.1.3 标准储备液的配制70
  • 5.1.4 样品预处理70-71
  • 5.2 吸附平衡时间的确定71-74
  • 5.2.1 实验步骤71
  • 5.2.2 实验结果与分析71-74
  • 5.3 吸附的影响因素分析74-78
  • 5.3.1 pH对吸附的影响74-75
  • 5.3.2 温度和浓度对吸附的影响75-78
  • 5.4 吸附等温线78-81
  • 5.4.1 吸附等温式78-79
  • 5.4.2 实验结果与分析79-81
  • 5.5 吸附热力学81-82
  • 5.6 吸附动力学82-85
  • 6 目标PPCPs的生物降解研究85-100
  • 6.1 实验材料和分析方法85-87
  • 6.1.1 实验试剂85-86
  • 6.1.2 实验仪器和设备86-87
  • 6.1.3 实验分析方法87
  • 6.2 模拟生物降解实验87-93
  • 6.2.1 溶液的配置87-88
  • 6.2.2 污泥驯化88
  • 6.2.3 降解实验88
  • 6.2.4 实验结果和分析88-93
  • 6.3 降解产物分析93-100
  • 6.3.1 检测方法93
  • 6.3.2 实验操作93-94
  • 6.3.3 实验结果与分析94-97
  • 6.3.4 降解产物97-100
  • 7 结论100-101
  • 参考文献101-107
  • 攻读硕士学位期间主要的学术成果107-108
  • 致谢108


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关键词: PPCPs

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