膜-生物反应器(MBR)和序批式生物反应器(SBR)去除城市污水中典型药品和个人护理品的对比

第３２卷第９期２０１３年９月环境化学ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬＣＨＥＭＩＳＴＲＹＶｏｌ．３２，Ｎｏ．９Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２０１３２０１２年１１月２０日收稿．∗中国博士后科学基金项目（２００８０４４０３７４）资助．∗∗通讯联系人，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｃｈｕｎｙｉｎｇｗｕ．ｃｎ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍＤＯＩ：１０．７５２４／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５４⁃６１０８．２０１３．０９．０１１膜⁃生物反应器（ＭＢＲ）和序批式生物反应器（ＳＢＲ）去除城市污水中典型药品和个人护理品的对比∗吴春英１，２（１．吉林化工学院环境与生物工程学院，吉林，１３２０２２；２．清华大学环境科学与工程系，环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京，１０００８４）摘要采用模拟生活污水，在相同的运行条件下，对比研究了膜⁃生物反应器（ＭＢＲ）与序批式活性污泥法（ＳＢＲ）对１０种典型药品和个人护理品（ＰＰＣＰｓ）的去除效果．研究结果表明，两种反应器对不同目标物ＰＰＣＰｓ的去除效果存在一定的差异：ＭＢＲ和ＳＢＲ对甲氧苄氨嘧啶（ＴＲＭ）和红霉素（ＥＲＹ）的去除无明显差别；苏必利（ＳＬＰ）和卡马西平（ＣＢＺ）在两反应器中均不能得到有效去除；但对于其他目标物，尤其是咖啡因（ＣＡＦ）、酮洛芬（ＫＴＰ）、避蚊胺（ＤＥＥＴ），ＭＢＲ的去除率明显高于ＳＢＲ．总体上，ＭＢＲ在出水的安全性和稳定性上存在着一定的优势．关键词膜⁃生物反应器，序批式生物反应器，药品及个人护理品，去除率．污水再生利用是缓解当前水资源紧缺最经济有效的手段之一，而控制回用水中微量有机物的含量已成为研究热点之一．虽然微量有机物在环境中浓度较低，但其种类繁多，存在广泛，并且许多具有已知或潜在的危害．药品和个人护理品（Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓａｎｄｐｅｒｓｏｎａｌｃａｒｅｐｒｏｄｕｃｔｓ，ＰＰＣＰｓ）作为一种典型微量有机污染物，因与人类的生活密切相关，已成为研究的热点．据报道传统的活性污泥法（ＣＡＳ）不能有效地去除污水中的ＰＰＣＰｓ，需采取必要的工艺进一步去除其中的污染物［１⁃３］．膜⁃生物反应器（ＭＢＲ）是一种新型的污水处理技术，其利用膜分离代替传统活性污泥法中的重力式沉淀池，具有出水水质好、占地小、便于管理等优点［４］，在去除微量有机污染物方面具有一定的潜力．近几年来比较ＭＢＲ与ＣＡＳ去除ＰＰＣＰｓ效果的报道不断出现［５⁃８］．但是，目前的研究主要是在小试或中试ＭＢＲ与生产性ＣＡＳ之间进行，由于运行条件并不一致，导致不同研究者的结果出现差异，并进一步影响了去除机制等的分析．如Ｋｉｍｕｒａ等人发现，对于酮洛芬和萘普生等药物，ＭＢＲ的去除率远高于ＣＡＳ［９］；而Ｃｌａｒａ等人认为，在ＳＲＴ相近的条件下，ＭＢＲ与ＣＡＳ在微量有机物的去除方面并没有明显的差别［７］．此外，对微量有机物的去除途径的研究也有待深入．针对以上问题，本研究选取一种典型活性污泥工艺———序批式活性污泥法（ＳＢＲ），与ＭＢＲ进行对比，研究两种工艺在相同的运行条件下对１０种典型的ＰＰＣＰｓ的去除效果，并通过对目标物ＰＰＣＰｓ在两种工艺中的去除途径的研究，分析了ＭＢＲ产生优势的主要原因，为改进和优化再生水处理工艺提供必要的理论依据．１材料与方法１．１药品与试剂试验用所有溶剂均为色谱纯或以上级：甲醇（Ｆｉｓｈｅｒ，美国）、丙酮（天津四友，中国），所用的水均为超纯水．抗坏血酸、Ｎａ２⁃ＥＤＴＡ均自于Ｓｉｇｍａ⁃Ａｌｄｒｉｃｈ，ＵＳＡ．ＨＣｌ和其他试剂均为分析纯级或以上．试验所需的１０种目标ＰＰＣＰｓ以及内标物２，４，５⁃涕丙酸（Ｆｅｎｏｐｒｏｐ）均购买于Ｄｒ．Ｅｈｒｅｎｓｔｏｒｆｅｒ，９期吴春英：膜⁃生物反应器（ＭＢＲ）和序批式生物反应器（ＳＢＲ）去除城市污水中典型药品和个人护理品的对比１６７５Ａｕｇｓｂｕｒｇ，德国．各种目标物质的名称、理化性质及主要用途如表１所示．表１目标物的理化性质及用途Ｔａｂｌｅ１Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｓｕｐｐｌｉｅｒｓｏｆｔｈｅｔａｒｇｅｔｃｏｍｐｏｕｎｄｓ目标物英文名称ＣＡＳ分子量ｌｇＫＯＷ用途红霉素Ｅｒｙｔｈｒｏｍｙｃｉｎ（ＥＲＹ）１１４⁃０７⁃８７３３．９３．０６大环内酯类抗生素甲氧苄氨嘧啶Ｔｒｉｍｅｔｈｏｐｒｉｍ（ＴＲＭ）７３８⁃７０⁃５２９０．３０．９１抗菌药双氯芬酸Ｄｉｃｌｏｆｅｎａｃ（ＤＣＦ）１５３０７⁃８６⁃５２９６．２４．５１消炎镇痛药酮洛芬Ｋｅｔｏｐｒｏｆｅｎ（ＫＴＰ）２２０７１⁃１５⁃４２５４．３３．１２消炎镇痛药美托洛尔Ｍｅｔｏｐｒｏｌｏｌ（ＭＥＴＯＰ）３７３５０⁃５８⁃６２６７．４１．８８β受体阻滞剂舒必利Ｓｕｌｐｉｒｉｄｅ（ＳＬＰ）１５６７６⁃１６⁃１３４１．４０．５７神经类药避蚊胺Ｎ，Ｎ⁃ｄｉｅｔｈｙｌ⁃ｍ⁃ｔｏｌｕａｍｉｄｅ（ＤＥＥＴ）１３４⁃６２⁃３１９１．３２．１８广谱蚊虫驱避