膜处理和活性炭吸附去除水环境中的PPCPs_周雪飞

给水排水Vol.35增刊200981膜处理和活性炭吸附去除水环境中的PPCPs周雪飞1陈家斌1张亚雷2(1同济大学环境科学与工程学院长江水环境教育部重点实验室,上海200092;2同济大学污染控制与资源化国家重点实验室,上海200092)摘要近年来,药物和个人护理品(PPCPs)在环境中的污染正引起环境工作者的关注。传统污水处理工艺不能有效去除水中的PPCPs,其随出水进入地表水环境中,需要进一步深度处理。膜处理技术由于空间排斥作用,能有效截留比膜孔小的PPCPs;疏水性相互作用和静电排斥也会影响PPCPs的去除。由于活性炭和PPCPs的疏水性作用,PPCPs能够被有效吸附去除,且不产生副产物,但活性炭需要再生处理。虽然深度处理能有效去除出水中的PPCPs,但是源头控制策略相对于末端处理来说是更有意义的选择。关键词PPCPs膜处理活性炭吸附去除效率近年来,研究的焦点从工业化学品、农药等典型环境污染物延伸到新型微量污染物,如药物和个人护理用品(PPCPs)。PPCPs的环境污染问题自1999年由Ternes和Daughton[1]提出后,受到广泛教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-07-0627);国家科技支撑计划(2006BAJ08B00);上海市国际科技合作基金(072307007)。的关注。PPCPs与人类生活密切相关,包括各种处方药和非处方药,如退烧药、止痛剂、降血脂药、抗生素、抗抑郁药、避孕药等,洗发水、护肤品、防腐剂、清洁剂等等。环境中的PPCPs主要来源于人类的利用和排泄、畜牧业及PPCPs的生产处理过程,主要通过污水处理厂出水排放、管道渗滤等途径进入水体[2]。目前在地表水、地下水、饮用水、污泥、土壤中都有发现低浓度的PPCPs[3～5]。由表4可以看出,土柱对色度的去除规律与CODCr和氨氮不完全相同。3种厚度土柱运行初期与后期对色度的去除率没有明显变化。但3种厚度土柱对色度的去除率不同,随着土柱高度的增加,土层对色度的去除率有所增加。10天中5cm土柱、10cm土柱和15cm土柱对色度的平均去除率分别为32.8%、44.5%和55.4%,去除率不是很高。由试验结果可知,土层对色度的去除机理与CODCr和氨氮不同,其可能主要依靠土层中的物理化学吸附(离子交换等)、化学沉淀和土层的过滤、截留作用去除色度,因而不论土柱上的生物膜是否成熟,上述物理、化学作用均使得土层对色度有较稳定的去除效果。3结论(1)土壤对生活杂排水中的CODCr、氨氮和色度均有一定的去除作用,其中对氨氮的去除效果最好。(2)土层需经过1～3天后才能对CODCr和氨氮达到正常的处理效果。(3)随着土层厚度的增加,土层对CODCr、氨氮和色度的去除率均有所增加。5cm厚土柱、10cm厚土柱和15cm厚土柱对CODCr的平均去除率分别为40.7%、48.3%和73.2%;对氨氮的平均去除率分别为79.3%、88.2%和95.2%;对色度的平均去除率分别为32.8%、44.5%和55.4%。(4)山区村庄的生活杂排水可以通过土壤进行处理,但应根据杂排水的水质和当地的排放要求,保证足够厚度的土壤处理层。&通讯处:100013北京市北三环东路30号中国建筑科学研究院主楼1802室电话:13466322536E-mail:jing0129@126.com收稿日期:2009-11-15DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2009.s2.01682给水排水Vol.35增刊2009目前,污水处理厂是以去除有机物和营养物而设计的,对PPCPs的去除能力有限。传统的活性污泥法和生物膜法对PPCPs去除程度存在较大差异,且普遍不高[6,7],因此有必要采用一些深度处理工艺。在过去的十多年中,由于膜的价格下降很快,污水回用和饮用水处理中膜的应用越来越多。低压膜能够有效截留污水处理厂出水中的微生物,不会增加消毒副产物,同时可用于孔径更小的膜(如纳滤、反渗透)的预处理,最近一些研究表明,膜处理工艺能高效去除污水处理厂中的PPCPs[8,9]。活性炭常用于滤场中,通常呈粉状或粒状。粒状活性炭已被用于很多污水处理厂中,可代替传统滤池中的无烟煤滤料,起过滤和吸附作用;粉状活性炭常用于控制水体气味。由于活性炭的强吸附性能,水中的PPCPs能够被有效吸附去除[10]。本文总结了膜处理和活性炭吸附去除饮用水和废水中PPCPs的研究进展,介绍了两种技术的作用机理、影响因素和对PPCPs的去除效果。1膜处理工艺1.1截留机理膜分离机理主要包括疏水性吸附、静电排斥、空间位阻排斥。位阻排斥在膜孔比截留化合物分子小时显著,比膜孔更小的化合物被截留,很多报道都表明分子大小是影响膜截留率的主要因素[11]。对于胶体和大分子物质的截留主要取决于溶质和膜孔大小参数,而对于离子和低分