由于人类对医药活性物质(Pharmaceutically Active Compounds,PhACs)的过分使用甚至是滥用,导致这类化合物及其代谢产物被持续不断地排入地表水、地下水及土壤等各种环境介质中,PhACs在环境中的迁移、转化、生态毒理及其控制处理已成为环境科技界日益关注的热点问题。而在我国,还鲜有此方面的研究报道。而且我国70%以上的污水处理厂并没有针对PhACs建设专门的去除工艺(或工段)。因此,有必要研究新型的深度处理工艺来去除PhACs,以降低PhACs对水环境造成的污染。本试验研究,以Piranha溶液、KH-550水解液以及铁盐作为改性剂对石英砂滤料进行改性,改性后的石英砂其表面变得凹凸不平,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射、红外光谱和有机碳含量分析对改性前后的石英砂滤料进行表面结构表征。基于吸附动力学试验及等温吸附平衡试验考察了普通、亲水改性、疏水改性和铁离子改性(生物)石英砂对PhACs的吸附过程;研究了石英砂改性前后以及生物覆膜前后对PhACs吸附性能的影响;分析了其吸附机理以及微生物在生物覆膜石英砂去除PhACs中的贡献率。研究结果表明:(1)以Piranha溶液、KH-550水解液以及铁盐作为改性剂对粒径为1.0mm~1.7mm的石英砂进行改性,得到亲水改性、疏水改性和铁离子改性这三种改性石英砂。本试验选用四环素、环丙沙星及美托洛尔作为研究对象。经过Piranha溶液处理后,石英砂表面的杂质被氧化处理后呈现网状立体结构,比表面积增大,因此亲水改性石英砂对PhACs的吸附去除效果最好;与普通石英砂相比,疏水改性和铁离子改性石英砂对所选用的三种PhACs的去除效果有不同程度的下降。(2)基于吸附动力学试验结果,可发现改性石英砂和生物覆膜石英砂对PhACs的静态吸附均在2h内基本达到平衡,改性石英砂及生物覆膜石英砂对PhACs的静态吸附过程均符合伪一级动力学模型,其主要吸附机制均为表面物理吸附。(3)基于等温吸附平衡试验结果,可发现当试验温度在288.15 K~309.15 K之间变化时,Langmuir等温吸附模型能更好地描述试验所得改性石英砂及生物覆膜石英砂对TCN、CIP和MTP的静态等温吸附行为。温度越接近298.15 K,改性石英砂以及生物覆膜石英砂对PhACs的静态吸附量越大。当pH在2.0~12.0的范围内变化时,美托洛尔的静态吸附效果不受pH值的影响,但强酸环境有利于四环素和环丙沙星的静态吸附,由此推断改性石英砂和生物覆膜石英砂对四环素和环丙沙星的主要吸附机制是阳离子吸附,对美托洛尔的主要吸附机理则是表面吸附。在PhACs溶液中分别加入K+、Na+和Ca2+时,其吸附效果均有不同程度的降低,其中Ca2+的抑制效果明显高于K+和Na+。(4)基于电镜扫描结果,可发现生物覆膜石英砂表面所附球菌、短杆菌、长杆菌以及节杆菌等与胞外聚合物共同形成了多孔且结构复杂的生物膜,此类生物膜对PhACs的削减具有明显的强化作用;通过序批试验研究,发现覆膜石英砂对PhACs的削减包含滤料吸附、微生物吸附及微生物降解三个途径,各途径贡献率随药物的品种不同而表现出明显差异,如除疏水改性、铁离子改性和普通生物覆膜石英砂对环丙沙星的降解率高于40%外;其余生物覆膜石英砂对PhACs的降解率仅在0~9.84%之间。