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药物及个人护理品(PPCPs)作为环境中新型微量污染物,已成为各国环境学者和公众关注的焦点问题,其引起的人类健康和生态环境安全风险受到了越来越多的关注。目前国内有关城市污水处理厂中PPCPs的研究还处于起步阶段,而复杂的污水及污泥成分对其精确检测造成了极大的基质干扰,研究主要集中在进出水浓度的检测,往往只能获得随机的零散的浓度数据及表观去除率,但是对于PPCPs在城市污水处理厂全处理流程中的迁移转化规律缺乏系统、深入的研究,因此迫切需要对我国城市污水处理厂中多种PPCPs污染浓度水平进行长期连续的调查和系统的全相分析,明确其在不同污水处理工艺中的行为、迁移转化规律及相分配基质,解析其归趋,最后对污水和污泥排放的生态风险进行评价。主要开展工作如下: 采用超声溶剂萃取(USE)和固相萃取(SPE)组合的前处理方法,通过优化USE的萃取液和SPE淋洗液的选择,有效低减少了基质对PPCPs的分析干扰,达到样品中多种PPCPs的同步萃取、富集和净化的目的;通过优化UPLC及MS/MS参数,提高多类目标物检测的选择性和灵敏度,同时结合内标物进行定量,建立了城市污水处理厂污水和污泥中9类30种PPCPs的UPLC/MS/MS同步分析及精确定量的检测方法。通过对标准曲线、方法回收率、日内及日间标准偏差、方法检测限和定量限等指标的分析,验证了该方法具有较好的准确度、灵敏度及稳定性。将该方法应用于北京市某污水处理厂进出水和回流污泥中PPCPs的检测,27和21种PPCPs在进出水和污泥样品中被检出。 对无锡市、青岛市和北京市5座污水处理厂不同生物处理工艺(A/A/O-MBBR、C-Orbal OD、A/A/O、和MBR等)的进水、出水和剩余污泥中30种PPCPs进行连续10个月的采样分析,考察多种PPCPs在不同城市污水处理厂的浓度和组成分布、季节变化规律,同时对不同工艺的生物处理和深度处理效果进行对比。结果表明,高达27和21种目标PPCPs均能在不同污水处理厂的污水和污泥样品中检测出,进水、二沉出水和剩余污泥中目标物的平均浓度范围分别为0.99~19.53μg/L、0.55~523.79 ng/L、2.44~12130μg/kg,其中多种物质具有100%的检出率。PPCPs具有明显的时空分布特性,在不同污水处理厂进水中表现出明显的季节变化规律,不同地区进水中目标物浓度差异较大。不同污水处理工艺对目标物的去除效果差异较大,去除率在“负去除率”至完全去除范围内波动,与污水处理工艺、工艺运行参数(SRT、HRT和pH等)、目标物理化性质、采样方式和气候条件等有关。 在上述研究的基础上,通过对无锡市厂A(A/AO-MBBR工艺)和厂B(C-orbalOD工艺)全流程采样,研究多种PPCPs在典型污水处理工艺中的迁移转化规律和主要去除途径。结果显示,A/AO-MBBR工艺中PPCPs的总质量负荷的去除率为94.3%,明显高于C-orbal OD工艺的84.5%。不同污水处理厂中的一级处理和深度处理单元对多种PPCPs的去除效果有限,其去除主要集中在生物处理单元。MBBR强化了生物段去除,同时较长的SRT也一定程度上提高了PPCPs的去除效果。通过质量平衡分析发现,SAs、多数MLs和Others主要通过微生物降解去除,而FQs、TCs和AZN在污水处理厂主要去除机制为污泥吸附。 最后以城市污水处理厂出水与污泥的安全性为目标,采用MEC/PNEC风险综合评估体系,评估城市污水处理厂出水和剩余污泥排放的潜在生态风险。结果显示,SMX、OLF、CIP、CLA和ERY-H2O在出水中对藻类的RQ大于1,对藻类具有高的风险。剩余污泥中,OLF的RQ值大于1,SMX、CIP和CLA的RQ值大于0.1,表明其对藻类存在中-高风险。UV、UV/H2O2、O3和O3/H2O2工艺对城市污水处理厂出水中多种PPCPs和高风险物质的降解实验结果表明,O3和O3/H2O2工艺对二沉出水中多种PPCPs均有较好的去除效果,O3投加量为7.5mg/L时,多数PPCPs的去除率可达到90%以上,去除效果优于UV和UV/H2O2,本研究为PPCPs减量化及风险控制提供理论基础和技术支持。