（环境科学与工程专业论文）电极生物法处理典型ppcps的研究.pdf

北京化工大学位论文原创性声明 删唧i i | | i l i | | i | l i i i i l l l ij | l j 删 y 18 7 7 5 2 1 。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：凌垒日期： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在土年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 作者签名：遣途日期：盈f ! 兰2 导师签名：兰药g 翅日期：丝 ：三f 学位论文数据集 中图分类号 x 5 学科分类号 6 1 0 3 0 2 0 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 1 1 1 2 9 8 密级公开 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名凌绘学号 2 0 0 7 0 0 1 2 9 8 获学位专业名称环境科学与工程获学位专业代码 0 8 3 0 0 2 国家自然基金 ( 5 0 8 7 8 0 1 4 ) 课题来源研究方向水污染控制 北京市自然科学基金 ( 8 0 8 2 0 1 9 ) 论文题目电极生物法处理典型p p c p s 的研究 关键词 p p c p s ，生物处理，电极生物法，动力学 论文答辩日期 2 0 1 1 5 2 8 论文类型 基础研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师胡翔副教授北京化工大学水污染控制 评阅人1冯流教授北京化工大学。环境化学 评阅人2孙治荣教授北京工业大学水污染控制 评阅人3 评阅人4 评阅人5 徽员会拂海热提教授北京化工大学环境规划、人工湿地 答辩委员1 胡翔 副教授北京化工大学 水污染控制 答辩委员2 余江 教授北京化工大学环境工程 答辩委员3 林爱军讲师北京化工大学环境修复 答辩委员4王曙光讲师北京化工大学 环境微生物 答辩委员5 注：一 四 论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 中图分类号在中国图书资料分类法查询 学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中查询 论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成 摘要 电极生物法处理典型p p c p s 的研究 摘要 个人护理品和药品p p c p s 在人类生活中得到了广泛使用，绝大 多数的p p c p s 并不能完全被人体利用或吸收，而污水处理厂没有针 对这些物质的处理工艺，大量p p c p s 进入环境中，对生态环境及人 类健康存在潜在威胁。 实验采用了生物处理方法与电极生物处理方法降解典型p p c p s 双氯芬酸和布洛芬。实验结果表明，生物处理双氯芬酸基本没有处理 效果，生物处理布洛芬，去除效果能达到3 0 以上。相同水质条件下， 生物膜法处理典型p p c p s 效果较活性污泥法处理p p c p s 好，电极生 物膜法处理典型p p c p s 较电极活性污泥法效果好。电极生物处理法， 能显著提高双氯芬酸和布洛芬的去除效率，双氯芬酸去除效率提高了 5 0 以上，布洛芬去除效率提高了2 0 以上。 考察了进水负荷、电流强度、浓度、反应周期、p h 、离子强度 对去除效果的影响，确定最佳运行条件。生物方法处理典型p p c p s 的最佳运行条件为：进水负荷为1 5k g ( m 3 d ) ，l 天2 周期，进水p p c p s 浓度1 o m g l 1 ，p h 值为7 ，离子强度为o 0 1 m 0 1 l - 1 。电极生物法处 理典型p p c p s 的最佳运行条件为：进水负荷为1 5 蚝( m 3 d ) ，电流 为1 0 i n a ，1 天3 周期，进水p p c p s 浓度1 om g l 1 ，p h 值为7 ，离 子强度为o 0 1 m o l l - 1 。 北京化工大学硕士学位论文 同时，建立了生物法和电极生物法降解典型p p c p s 的反应动力 学模型。生物法处理双氯芬酸属于生物吸附反应，符合准二级动力学， 布洛芬的生物降解符合一级动力学。电极生物法降解双氯芬酸和布洛 芬符合一级动力学。 关键词：p p c p s ，生物处理，电极生物法，动力学 l l a b s h a c t t r e a t m e n to f t y p i c a lp p c p si nb i o l o g i c a l e l e c t r o d em e t h o d a b s t r a ct p h a n n a c e u t i c a l sa n dp e r s o n a lc a i ep r o d u c t sp p c p sa r ew i d e l yu s e d i nh u m a nl i v e s ，b u tt h ev a s tm 匈o r i 妙o fp p c p sc a nn o tf h l l yb eu s e do r a b s o r b e d a ss e w a g et r e a t m e n tp l a n t sc a i ln o tt r e a t m e n tt h e s es u b s t a n c e s ， w h i c ha r ch a r dt oe c o l o g i c a le n v i r o n m e ma n dh u m a nh e a l t h yb yal a r g e n u m b e ro fp p c p si n t om ee n v i r o n m e n t b i o l o g i c a lt r e a t m e n ta n db i 0 1 0 9 i c a l e l e c t r o d et r e a t m e n ta r eu s e dt o r e m o v et y p i c a lp p c p s r e s u l t ss h o wt h a tt h eb i o l o g i c a lt r e a t m e n ti sn o t e f f e c tt or e m o v ed i c l o f e n a c ；t h ei b u p r o f e nr e m o v a le 伍c i e n c yb yt h e b i o l o g i c a l t r e a t m e n tc a nr e a c hm o r et h a n3 o i nm es 锄ew a t e rq v a l i t y c o n d i t i o n s ，b i o f i l mt r e a t m e n ti s m o r ee f n c i e n tt h a na c t i v a t e ds l u d g e t r e a t m e n tt or e m o v et h et y p i c a lp p c p s ；b i o f i l me l e c t r o d e 讹a t m e n ti s m o r ee m c i e n tt h a na c t i v a t e ds l u d g e - e l e c t r o d et r e a t m e n t b i o l o g i c a l e l e c t r o d et r e a t m e n tm e t h o d ， c a n s i g n i f i c a n t l yi m p r o v et h e r e m o v a l e m c i e n c yo fd i c l o f e n a ca n di b u p r o f e n ；d i c l o f e n a cr e 】：1 1 0 v a le 衔c i e n c yi s i n c r e a s e db ym o r et h a n5 0 ；i b u p r o f e nr e m o v a le 瓶c i e n c yi si n c r e a s e d b y m o r et h a n2 0 i c o n s i d 耐n g i n n u e n t l o a d i n g ， c u n e n t i n t e n s i 织c o n c e n 仃a t i o n ， r e a c t i o np e r i o d ，p ha n di o n i cs t i e n 舀h ， t h eb e s to p e r a t i o nc o n d i t i o n so f r l 孝m o v i n gt h et y p i c a lp p c p si nb i o l o g i c a lm e t h o da r e ：i n n u e n tl o a d i n go f 1 5k g ( m 3 d ) ，2c y c l e sad a y ：p p c p sc o n c e n t r a t i o no f1 om g l - l ，p h7 a n di o n i cs 臼陀n 舀ho fo o1 m o l l - 1 t h eb e s to p e r a t i o nc o n d i t i o n so f r e m o v i n gt h et y p i c a lp p c p si nb i o l o g i c a l e l e c t r o d em e t h o da r e ：i n f l u e n t l o a d i n go f1 5k g ( m 3 d ) ， c u n e n ti n t e n s i t yo f1o i n a ， 3c y c l e sad a y ， p p c p sc o n c e n t r a t i o no f1m g l ，p h7a n di o n i cs t r e n g t ho f o o1m 0 1 l - 1 d e g m d a t i o nd y n a m i cm o d e l so ft y p i c a lp p c p si nb i o l o g i c a lm e t h o d a n db i o l o g i c a l e l e c t r o d em e t h o dh a v e b e e nb u i l ti nt h i sr e s e a r c h b i o l o g i c a lm e t h o dr e m o v i n gd i c l o f e n a ci sa l la d s o 巾t i v er e a c t i o nt h a t c o n f o m st ot h e p s e u d o - s e c o n do r d e rk i n e t i c b i o l o g i c a lm e t h o dt 0 r e m o v ei b u p r o f e ni sab i o d e g r a d a t i o nt h a tc o n f o m st ot h ef i r s t o r d e r k i n e t i c d e g r a d a t i o no fd i c l o f e n a ca n di b u p r o f e nc o n f o 衄st ot h e f i r s t - o r d e rk i n e t i cb y b i 0 1 0 9 i c a l e l e c t r o d em e t h o d k e yw o r d s ： p p c p s ， b i o l o g i c a lt r e a t m e n t ， b i o l o g i c a l e l e c t r o d e m e t h o d ，l ( i n e t i c s i i 目录 目录 第一章绪论1 1 1p p c p s 的简介1 1 1 1p p c p s 的来源1 1 1 2p p c p s 的危害2 1 1 3p p c p s 的处理方法3 1 2 生物处理的工艺及其发展4 1 2 1s b r 的原理和特点4 1 2 2s 明r 的原理和特点5 1 2 3 电极生物膜法的发展和原理，6 1 2 4 电极活性污泥法与电极生物膜法的特点和区别9 l - 3 本研究目的与意义9 1 4 本课题研究内容1 0 第二章活性污泥和电极活性污泥法降解p p c p s 1 1 2 1 实验设计1 l 2 1 1 实验装置1 1 2 1 2 实验用水1 2 2 1 3 污泥驯化1 2 2 2 实验试剂和仪器1 3 2 2 1 实验试剂1 3 2 2 2 分析仪器1 4 2 3 试验分析方法1 4 2 3 1c o d 的测定1 4 2 3 2 氨氮的测定1 4 2 3 3 双氯芬酸的测定1 4 2 3 4 布洛芬的测定1 4 2 4 结果与讨论1 5 北京化工大学硕士学位论文 2 4 1 进水负荷对去除效果的影响1 5 2 4 2 电流强度对去除效果的影响1 7 2 4 3 进水浓度对去除效果的影响2 0 2 4 4 反应周期对去除效率的影响2 2 2 4 5p h 对去除效率的影响2 5 2 4 6 离子强度对去除效率的影响2 8 2 5p p c p s 降解的动力学研究3 0 2 5 1 活性污泥法降解双氯芬酸的动力学研究3 0 2 5 2 电极活性污泥法降解双氯芬酸的动力学研究3 1 2 5 3 活性污泥法降解布洛芬的动力学研究3 3 2 5 4 电极活性污泥法降解布洛芬的动力学研究3 4 2 6 扫描电镜分析3 4 2 7 本章小结3 6 第三章生物膜法和电极生物膜法处理p p c p s 3 7 3 1 实验设计3 7 3 1 1 实验装置3 7 3 1 2 实验用水3 7 3 1 3 污泥驯化3 7 3 2 实验试剂和仪器3 8 3 2 1 实验试剂3 8 3 2 2 分析仪器3 8 3 3 实验分析方法3 8 3 3 1c o d 的测定3 8 3 3 2 氨氮的测定3 8 3 3 3 双氯芬酸的测定3 8 3 3 4 布洛芬的测定3 8 3 4 结果与讨论3 8 3 4 1 进水负荷对去除效果的影响3 8 3 4 2 电流强度对去除效果的影响4 1 3 4 3 进水浓度对去除效果的影响4 4 3 4 4 反应周期对去除效率的影响4 6 3 4 5p h 对去除效率的影响4 9 u 目录 3 4 6 离子强度对去除效率的影响5 2 3 5p p c p s 降解的动力学研究5 4 3 5 1 生物膜法降解双氯芬酸的动力力学研究5 4 3 5 2 电极生物法降解双氯芬酸的动力学研究5 4 3 5 3 生物膜法降解布洛芬生物的动力学研究5 5 3 5 4 电极生物法降解布洛芬的动力学研究5 5 3 6 扫描电镜分析5 6 3 7 本章小结5 8 第四章结论与建议5 9 4 1 结论：5 9 4 2 建议6 0 参考文献_ 6 1 致谢6 4 研究成果及发表的学术论文6 5 作者简介6 6 i i i c o n t 协 co n t e n t s c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n 1 1 1p p c p si t r o ( 1 u c t i o n 1 1 1 1s o u r c e s0 f p p c p s 1 1 1 2h a n no f p p c p s 2 1 1 3t r e 舳饥ta p p r o a c ho f p p c p s 3 1 2b i 0 1 0 西c a l 雠a t i l l e i l tp r o c e s sa i l dd e v e l o p m 明t 4 1 2 1p r i n c i p l e sa n dc h 盯a c t 嘶s t i c so f s b r 4 1 2 2t h e p r i n c i p l e s 锄dc h a r a c t e r i s t i c so f s b b r 5 1 2 3b i o f i l m e l e c t r o d ed e v e l o p m e i l ta n dt h ep r i n c i p l e 6 1 2 4c h a m c t 砸s t i c s 锄dd i f f h e i l c e so fa c t i v a t i 甜s l u d g e - e l e c t r o d ea n db i o f i l m e l e c n - o d e j 9 1 3t h ep u 叩o s ea n dm e a n i n go f t h i ss t u d y 9 1 4t h ec o n t e n to f t h i ss t u d y 1 0 c h a p t e r2d e g r a d a t i o n o fp p c p si na c t i v a t e ds i u d g ea n d t h e a c t i v a t e ds l u d g e e l e c t r o d e s 1 1 2 1e x p 甜m 饥t a ld e s i 弘1 1 2 1 1e x p e r i m e n t a ld e v i c e s 1 1 2 1 2e x p e r i m e n t a lw 砷e r 1 2 2 1 3s 1 u d g ea c c l i m a t i o n 1 2 2 2r e a g e n t sa n de q u i p m e n t 1 3 2 2 1r e a g e n t s 1 3 2 2 2a n a l v t i c a li n s t n 】m e n t s 1 4 2 3e x p e r i m e n t a la l l a l y s i s 1 4 2 3 1d e t e n l l i n a t i o no f c o d 1 4 2 3 2d e t e m l i n a t i o no f 锄m o n i a 1 4 2 3 3d e t e n n i n a t i o no fd i c l o f i e n a c 1 4 2 3 4d e t e n n i n a t i o no f i b u p m 毓1 4 t 北京化工大学硕士学位论文 2 4r e g u l t sa n dd i s c u s s i o n 1 5 2 4 1e 虢c to f i n n u 饥tl o a d i n go nt l l e 崩n o v a le 街c i e i l c y 1 5 2 4 2e 位c to f 删ts 仃g t l lo nt h ef e l n o v a le 伍c i c l l c y 1 7 2 4 3e 腩c to f c o n c e i l t r a t i o no nt 1 1 e 掀n o v a le 街c i e i l c y 2 0 2 4 4e f f e c t o f r e a c t i o nc 1 炉l e o n t h e r 锄o v a le f j f i c i e l l c y 2 2 2 4 5e 缳to f p ho nt h er 锄o v 面e m c i e i l c y 2 5 2 4 6e 疏c to f i o l l i cs 饥m 加o nt h er 锄o v a le 佑c i e n c y 2 8 2 5 硒n e t i co f p p c p sd e 罂a d a t i o n ：3 0 2 5 1 飚n e t i co f d i c l o 触a cd e 莎a d a t i o nb ya c t i v a t i e ds l u d g e 3 0 2 5 2 鼬n e t i co fd i c l o a cd e 伊a d a t i o nb ya c t i v a t c ds l u d g e e l e c 仃o d e 3 l 2 5 3 站n “co f i b u p r o f e nd e 黟a d a t i o nb ya c t i v a t e d 3 3 2 5 4k i n e t i co fi b u p r o f e nd e 蓼a d a t i o nb ya c t i v a t e ds l u d g e - e l e c 仃o d e 3 5 2 6a n a l y s eo fs e m 3 5 2 7b r i e f s u m m a i v 3 7 c h a p t e r3d e g r a d a t i o n o fp p c p si nb i o f i l ma n dt h e b i o f i h n - e l e c t r o d e s 3 8 3 1e x p e r i m e n t a ld e s i 印一一3 8 3 1 1e x p e r i m e n t a ld e v i c e s ：3 8 3 1 2e x p 耐m e m a lw a t e r ：3 8 3 1 3s l u d g ea c c l i ma ：t i o n 3 8 3 2r e a g e n t sa n de q u i p m e n t ：3 9 3 2 1r e a g e n t s 3 9 3 2 2a n a l 叭i c a li n s t m m e n t s 3 9 3 3e x p e r i m e n t a la n a l y s i s 3 9 3 3 1d e t e m l i n a t i o no f c o d 3 9 3 3 2d e t e 咖i n a t i o no f a m m o n i a 3 9 3 3 3d e t e n n i n a t i o no f d i c l o f e n a c 3 9 3 3 4d e t e 眦i n a t i o no f i b u p r o f e n 3 9 3 4r e s u l t sa 1 1 dd i s c u s s i o n 3 9 3 4 1e f - f e c to f i n n u e n tl o a d i n go nt h er e m o v a le 伍c i e l l c y 3 9 3 4 2e f f e c to fc 1 】r r e n ts t r e n g t ho nt h er e m o v a le m c i e i l c y 4 2 3 4 3e f f e c to f c o n c e n t r a t i o no nt h er 锄o v a le f 甄c i e n c y 4 4 i i i o n t 锄t s 3 4 4e 侬娥o f 化a 嘶o n c y c l e o n t l l e 崩n o v a le f j f i c i 锄c y 4 7 3 4 5e 胁o f p ho nt h er e m o v a le f ! f i c i e n c y 5 0 3 4 6e 虢c to f i o l l i cs 仃e 1 1 9 mo nm er e i l l o v a le f ! f i c i 饥c y 5 2 3 5 础n e t i cr e s e r a d lo f d e g n i o no f p p c p s 5 4 3 5 1 鼬n e t i c o f d i c l o f 铋a c d e 伊a d a t i o n b y b i o 矗1 i i l 5 5 3 5 2 瞄n e t i co f d i c l o 蜘a cd e 黟a d a t i o nb yb i o f i l m - e l e c 们d e 5 5 3 5 3 鼬n c t i c o f i b u p m 矗m d e 蹦l d a t i o n b y b i o f i l m 5 6 3 5 4 戤n e t i co f i b u p r o f e nd e g r a d a t i o nb yb i o f i l l i i - e l e c 仃o d e 5 6 3 6a n a l y s eo f s e m 5 7 3 7b r i e fs l l l l n m 踟y 5 8 c h a p t e r4c o n c l u s i o n s a n dr e c o m m e n d a t i o n s 6 0 4 1c o n c l u s i o l l s 6 0 4 2s u g g c s t i o n 6 l r e f e r e n c e s 6 2 a c l m o w l e d g m e n t s 6 5 r e s e a r c ha n dp u b l i c a t i o n 6 6 a b o u tt h ea u t h o r 6 7 i l l 一 北京化工大学硕士学位论文 一一 c o d b o d 5 t n t p n h 3 一n s v 3 0 s s s b r s b b r 符号说明 化学需氧量，m g l - 1 5 日生化需氧量，m g l 1 总氮， 总磷， 氨氮， m g l - i m g l i m g l l 静止沉降3 0 m i n 后污泥所占的体积百分比 水中悬浮物，m g l - 1 序批式活性污泥法 序批式生物膜法 i v 第一章绪论 1 1p p c p s 的简介 第一章绪论 随着社会的迅速发展，化合物的产量和种类与日俱增，大量自然界中本不 存在的有机物被合成和生产出来。p p c p s ( p h a n i l a c 础c a l 锄dp e r s o n a lc a r e p r o d u c t s ，缩写为p p c p s ) 是医药品和个人护理品的简称，它给人类带来很多方 便和利益，但生物圈对其甚感陌生，很难有效地将其降解。它在水中含量较低( 多 在“g l - 1 水平) ，但它的持久性，生物积累效应以及生物毒性使得人们不得不加 强了对它的关注，尤其是最近十年来人们开始对p p c p s 给人类社会和自然环境 带来的影响进行广泛的研究。 1 1 1p p c p s 的来源 药品和个人护理用品与人类的生活密切相关，它们在环境中是普遍存在的。 每个人每天都要刷牙、洗脸、洗澡，有时候还需要化妆，生病时，人们都会自行 服用各种各样的消炎药、止痛药、抗生素等等，这些都是每天生活中必不可少的 事情，这些生活中常用的药品和个人护理用品大多都没被人体吸收而直接排放到 水体、土壤中。它们种类繁多，而且它们潜在威胁着人类的健康和生物体的生存、 繁殖。生物体对这些物质的耐药性的发展最终会给人类环境造成影响，环境科学 家们惊呼：药品和个人护理用品污染方惊人。 科学家很早就在城市污水中发现了阿斯匹林和咖啡因，但没有引起足够的 重视。直到上个世纪9 0 年代，p p c p s 污染才被人们正式提出。美国和欧洲都开 始对此类污染物进行调查。1 9 9 9 年，科学家对美国地表水质进行的监测中发现 了2 4 种药品，其中包括消炎药、抗生素、类固醇等药物【l j 。 在我国，科学家对香港和珠江三角区生态环境资源进行调查，调查过程中发 现，持续性的有机污染物p p c p s 在不断地被人们排入水体中，造成了海洋污染。 海洋的自我降解能力是有限的，这些化合物持续注入海洋中。使得海水中海洋水 生动物中有p p c p s 沉积物存在，这些污染物的亲脂性将影响到水生动物的生存 和繁殖【2 1 。虽然没有明确数据表明这些药品对中国海域的影响，但是他们的流动 性、持续性及生物积累效应将严重影响水生环境p j 。 目前在地表水、污水、地下水和饮用水中发现8 0 多种p p c p s 物质。这些物 质由于浓度低，水质标准中并没有对p p c p s 的含量做出相应的规定，污水处理 厂对这些现有的物质并没有取得明显得去除效果。p p c p s 的产生是为了促进和满 l 北京化工大学硕士学位论文 足人体或动物的需求的，但它们对环境的影响和对水生植物的影响等都值得人们 去关注。 1 1 2p p c p s 的危害 p p c p s 它包含了上千种物质，代表了一大类污染物质。p p c p s 和它们的代 谢物被不断的排入水生环境中而且通常情况是可以检测到浓度，它们能影响水质 和水生生态系统的健康，并且潜在地影响着饮用水的供给。 p p c p s 包括合成麝香物质、显影剂、抗生素、雌激素、消炎止痛药、杀菌消 毒剂等与人类生活密切相关药品。其中抗菌消炎药的广泛使用，使得人们开始研 究它们对生态环境及人类健康危害。从2 0 世纪中期，抗菌消炎药就开始广泛应 用于疾病的治疗和预防等方面，每年用于人类和动物的抗菌消炎药就能达到几万 吨，约有9 0 以上的物质不能在人或动物体内完全代谢而最终以原形态排放入环 境中。由于长期暴露于低浓度的环境中，环境中的部分微生物会逐渐适应这种环 境，并形成耐药机制，而另一部分不具有耐受机制的微生物则慢慢被环境淘汰， 这就使得耐药的微生物成为环境中的优势菌株不断繁殖传播，而对人类生存环境 造成极大的危害【4 1 。 目前很多科学家对p p c p s 的生态毒理学效应的进行研究，科学家建议人们应 及时预防和关注p p c p s 对人类的影响。p p c p s 作为持续性的污染物质，它的生 物积累效应是缓慢地，它在不知不觉地变化着，直到累积效应达到不可逆转的时 候，将严重影响人类环境。在一些研究中发现这些污染物已经对水生生物产生了 不利影响，如：环丙沙星对绿色藻类物质的持续毒性，雌激素类物质扰乱鱼类的 生活，使得鱼类性别比例的变化等【5 6 ，7 ，引。 双氯芬酸和布洛芬为典型抗菌消炎药，它们频繁地出现在人们日常生活中， 双氯芬酸，属于非甾体抗炎药，具有抗炎、镇痛及解热作用。它无处不在地存在 于地表水体中和自然水体中。研究表明，双氯芬酸会对水生生物产生不利影响， 抑制藻类的生长，并且会发生光化学转化等。f l i p p i n g 等对日本鱼类进行研究发 现，布洛芬会引起硬骨鱼类、繁殖方式和性能的特异【9 】。 在许多发达国家中都检出了城市污水的进水和出水中含有高浓度的双氯芬 酸和布洛芬。在加拿大的进出水中已经检测出了高浓度的布洛芬，布洛芬的浓度 达到了7 5 “g l - i 【1 0 】。研究人员还检测到德国污水处理厂出水中双氯芬酸的含量达 到了2 5 1 p g l - 1 ，布洛芬含量达到了o 0 3 一o 4 1 g l 1 【l 。对芬兰某城市污水处理厂 出水中p p c p s 的含量进行的分析发现，双氯芬酸和布洛芬的平均浓度分别为： o 0 4 、o 4 0 “g l j 【1 2 】。水体中它们的含量很低，用常规处理工艺很难有效去除。 2 第一章绪论 p p c p s 虽然不是剧毒物质，但是人们持续大量的使用，并且其中相当数量 的物质不能够通过自然降解或者污水处理厂进行处理，这些微量的化学物质通常 能达到长达数十年的积聚，对水中的鱼类、贝类等水栖物已经产生了作用，影响 到整个生态的平衡。我国是世界上医药品的生产大国，p p c p s 在我国的大量生产 和使用会影响到生态环境，因此我国的p p c p s 研究还有待进一步的加强。 1 1 3p p c p s 的处理方法 如今，很多方法都被广泛应用在对p p c p s 的研究中。研究包括多种化学处 理方法、生物处理方法、物理处理方法等。如：吸附处理，絮凝沉降，生物处理， 电化学处理，高级氧化处理等，各方面都取得了一定进展。 1 1 3 1 生物处理方法 ，# 生物法包括厌氧处理和好氧处理。t e m e s 等采用好氧间歇实验，研究了类 固醇激素的迁移转化途径。结果表明，e 2 被氧化为e 1 的速率与时间成线性相关， 实验中没有检测到e 1 降解的中间产物【1 3 ，1 4 】。h 0 1 b r o o k 等人发现含有雌激素的废v 水，在厌氧条件下能有5 l 6 7 的去除效率【b l 们。 相反，一些专家发现部分的p p c p s 厌氧生物降解能力较差，对厌氧消化反应 有抑制作用【1 。7 1 。l ( s 劬k i 对日本的城市污水处理厂出水中p p c p s 进行检测中发现， 生活污水中布洛芬的含量达到了2 5 m g l 1 ，双氯芬酸含量达到了o 3 m g l 1 ，在经 过活性污泥系统和m b r 处理后，出水中发现，布洛芬的去除效率能达到5 0 ， 而生物处理对双氯芬酸几乎没有任何效果【1 8 】。 1 1 3 2 化学处理方法 高级氧化技术( a o p s ) 可用于城市污水处理厂出水的深度处理，用于进一步 降低p p c p s 的含量。a o p s 的主要特点是产生氧化性很强的自由基( 主要是o h ) ， 羟基自由基是一种很强的氧化剂，它能与有机分子结合生成二氧化碳和水【1 9 】。 目前，氧化技术及其联合技术是研究最多的a o p s 。高级氧化技术包括0 3 、 0 3 刚v 、0 3 h 2 0 2 ，c 1 2 。这些技术都是通过辐射或者是氧化过程产生羟基自由基， 来实现对p p c p s 的氧化。高级氧化技术中最常见的是采用芬顿试剂产生羟基自 由基，铁盐在酸性和h 2 0 2 作用下产生羟基自由基【2 0 】。 s h e i i l e r 对含有p p c p s 的废水进行f e n t o n 研究中发现，f e n t o n 试剂虽然是一 3 北京化工大学硕士学位论文 种常用的氧化方法，但是在处理p p c p s 上处理效果较低，p h o t 0 矗m t o n 方法优于 单独的f e n t o n 试剂法【2 1 1 。p 粕l 在对美国的城市污水进行深度处理，以去除其中 的p p c p s 的研究中发现，当c 1 2 投加量为3 8 m g l - 1 时，p h 为5 5 的条件下，经 过2 4 h 充分反应，双氯芬酸去除效率能达到9 5 ，布洛芬的去除效率能达到 7 5 【2 2 1 。高级氧化技术虽然去除效率高，但是它不适合广泛使用，因为它的造 价比较高，而且操作复杂，实验过程中需要控制很多因素，不适合在中或大型城 市污水处理厂使用。 1 1 3 3 物理处理方法 p p c p s 还可采用活性炭吸附、膜过滤等方法去除。n o w o t 如l y 等研究了粉末 活性炭( p l a c ) 吸附城市污水处理厂出水中的微量污染物，包括1 0 种药品、4 种显 影剂、8 种工业化合物的性斛2 3 1 。在p a c 投加量为5 m g l 1 ( 一般认为这在经济上 可行) 时，吸附效果为布洛芬为2 l 、双氯芬酸为4 8 ，去除率较低。投加量达 7 0 m g l - 1 时，p p c p s 去除效果能达到8 0 【2 4 1 。 1 2 生物处理的工艺及其发展 生物处理是1 9 世纪末出现的治理污水有效而经济的技术方法，它经过发展 已经成为世界各国城市污水和工业废水处理的主要方法。相对于其他的物理方法、 化学方法等处理方法，它经济、高效，而且废水处理过程可以达到无害化，所以 废水生物处理技术长期以来得到全球的广泛的应用。生物处理主要包括了好氧生 物处理和厌氧生物处理。 1 2 1s b r 的原理和特点 序列间歇式活性污泥法( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r a c t i v a t e ds 1 u d g ep r o c e s s ， s b r ) 是一