城市污水中的PPCPs及其去除特性

城市污水中的PPCPs 及其去除特性
郭美婷,　胡洪营,　王　超
(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:　未被人体完全利用的药品和个人护理用品(PPCPs )会通过排泄或洗浴进入城市污水,水环境中的PPCPs 正逐渐成为受人们关注的环境问题。

为此介绍了有关城市污水中的PPCPs 及其在污水处理厂中的去除特性和去除机理,并指出了在我国开展相关研究的必要性。

关键词:　城市污水;　药品和个人护理用品(PPCPs );　水环境
中图分类号:X703.1 文献标识码:B 文章编号:1000-4602(2005)10-0025-03
Pharmaceuti ca ls and Persona l Care Products i n Urban Sewage and
The i r Re m ova l Character isti cs
G UO Mei 2ting,　HU Hong 2ying,　WANG Chao
(ESPC S tate Key Joint L abora tory,D epart m ent of Environm enta l Science and Eng ineering,
Tsinghua U niversity,B eijing 100084,China )
Abstract:　The phar maceuticals and pers onal care p r oducts (PPCPs )which may not be made full
use in hu man body will be released int o urban se wage thr ough urine,feces,and bathing .The PPCPs in water envir on ment are beco m ing an e mergent envir onmental issue that calls peop le ’s more attenti on .Theref ore,the PPCPs in urban se wage and the characteristics and mechanis m of their re moval fr om waste water treat m ent p lant are su mmarized,and the necessity t o make relevant research in China is p r o 2posed .
Key words:　urban se wage;　phar maceuticals and pers onal care p r oducts;　water envir onment 基金项目:国家自然科学基金—JST 重大国际合作项目
1999年,美国在一项全国的地表水监测项目中发现了24种药品,其中包括类固醇等药物。

德国的
研究发现在柏林地区的饮用水中含有多种药物[1]。

澳大利亚、巴西、加拿大、克罗地亚、英国、希腊、意大利、西班牙、瑞士和荷兰的研究发现,水环境中的确存在药品活性物质(phar maceutically active com 2
pounds )[2]。

最近几年,PPCPs 在水体中逐渐被检出[2～8],在污水、地表水和地下水中已检测到50多
种药品,浓度达到μg/L 水平[5]
,而现有水处理技术
对相当一部分物质没有明显的去除效果[2～4]。

美国
和英国的研究人员进一步发现,在污水处理厂和工
厂排污口附近水体中出现了野生鱼类性别错乱、大量青蛙畸形等不正常现象。

研究人员认为,环境激素是主要的凶手,而PPCPs 则是环境激素的重要来源之一。

1　城市污水中的PPCPs 种类及浓度
污水处理厂中检测到的PPCPs 代表物质有抗微生物药、解热止痛消炎药、雌激素和其他药品(如调血脂药、抗癫痫药、镇定剂、造影剂等)以及化妆
品中常用的香料[5]。

第21卷　第10期2005年10月 中国给水排水CH I N A WATER &WASTE WATER
Vol .21No .10
Oct .2005
国外对PPCPs在城市污水厂出水中的浓度已有了初步研究(见表1)[3～8]。

由于各国的自然条件及污水处理厂情况不同而导致PPCPs的种类及浓度有较大的差异。

表1　污水处理厂出水中某些PPCPs的浓度
Tab.1　Concentrati ons of s ome PPCPs in se wage p lant effluent
PPCPs日本德国瑞典法国意大利美国西班牙
抗微生物药/ (ng・L-1)磺胺地索辛<0.03～9.7
磺胺甲口恶唑<0.2～71.46602070～90
Nd～30Nd～250泰洛星<0.01～3.1
四环素<3.4<50
土霉素<1.5～12<50
金霉素<7.9<50
解热止痛消炎药/ (μg・L-1)双氯芬酸2.51
布洛芬0.03～0.410.91～2.10萘普生0.02～1.110.081～0.10630.80～2.60
雌激素/ (ng・L-1)
炔雌醇1～30.451～3
雌激素酮Nd3Nd～4.40雌二醇Nd～<LOQ
其他药品卡马西平/(ng・L-1)43.0～91.56300870980～1200300～500
普萘洛尔/(ng・L-1)5.4～16.0<25～2901010～4010～9026～1900
氯贝酸/(μg・L-1)0.23～1.2Nd3
三氯生/(ng・L-1)10～213
碘普胺/(μg・L-1)0.03～0.1Nd～9.30
香料/ (μg・L-1)佳乐麝香0.49～0.60吐纳麝香0.15～0.20
　注:　3样品来自美国路易斯安那州污水处理厂加氯消毒前出水。

LOQ表示定量限。

Nd表示未检测到。

2　污水处理工艺对PPCPs的去除
211　去除特性
污水处理厂对不同PPCPs的去除率差异较大,这可归于多方面原因:首先,不同PPCPs的化学结构及特性不同,其在污水中的降解行为也不一样;其次,目前对污水中PPCPs的检测方法还不完善,检测结果偏差可能较大;再次,各国污水水质不同,污水处理厂处理工艺也不同,即使同一工艺不同的处理单元对PPCPs的去除特性也可能有差异。

Marta Carballa等人[4]研究了西班牙一家污水处理厂不同处理单元中PPCPs浓度的变化情况。

该污水厂工艺流程如图1所示。

图1　西班牙某污水处理厂工艺流程
Fig.1　Fl ow chart of a munici pal sewage p lant in Spain
进水和出水中PPCPs浓度如表2所示。

表2　西班牙某污水处理厂进水及出水中PPCPs的浓度Tab.2　I nfluent and effluent concentrati ons of PPCPs in this se wage p lant
项目佳乐麝香(G LX)
/(μg・L-1)
吐纳麝香(T ON)
/(μg・L-1)
布洛芬(I B U)
/(μg・L-1)
萘普生(NPX)
/(μg・L-1)
磺胺甲口恶唑(SF MT)
/(μg・L-1)
碘普胺(I O P)
/(μg・L-1)
雌激素酮(E1)
/(ng・L-1)
雌二醇(E2)
/(ng・L-1)
进水2.10～3.400.9～1.692.64～5.71.79～4.6Nd～0.58Nd～6.60Nd～2.40Nd
出水0.49～0.60.15～0.200.91～2.100.80～2.60Nd～0.25Nd～9.30Nd～4.40Nd～<LOQ
其一级处理对两种香料及雌二醇的去除率分别为40%和20%,表明它们能够较好地吸附于固体表面从而在初沉池被部分去除;镇痛药布洛芬和萘普生在预处理和沉淀阶段并没有得到去除;雌激素酮、合成抗菌药磺胺甲口恶唑和X光造影剂碘普胺不仅没有被去除,浓度还有所升高,这可能是由于水质变
第10期 中国给水排水 第21卷
化导致检测结果的不稳定而造成的,但对于雌激素酮来说一般在初级处理后浓度会增高,这很可能是由雌二醇氧化所致。

二级生物处理(传统活性污泥法)对雌激素酮和碘普胺无去除作用,对其他物质的去除率为30%～75%。

其中对镇痛药去除明显,对香料的去除率为40%左右;对磺胺甲口恶唑的去除率为67%,对雌二醇的去除率为47%。

该污水处理厂对香料的总去除率为70%～90%,对镇痛药为60%左右,对磺胺甲口恶唑为60%,对雌二醇为65%。

目前对污水处理厂PPCPs浓度沿污水处理流程变化的研究很少,还没有达成共识。

Jones等[5]根据模型和污泥计算,认为大多数的PPCPs不太可能在污水厂中被降解或被污泥吸附,所以将很可能都被排入到河流中。

212　去除机理
Marta Carballa等[4]认为,污水厂去除PPCPs的可能机理包括初次和二次污泥的吸附以及生物降解,Kang Xia等[5]也有类似的观点。

研究发现[3],生物反应器出水中香料佳乐麝香和吐纳麝香的总浓度(含固相中的物质)非常高(分别为30、8.6μg/ L),但经过滤后水相中的浓度就显著降低(分别为2、0.5μg/L),表明这些物质能被吸附到固体颗粒上,尤其是生物反应器中的污泥上。

当物质在固相中的分配系数较高时,可使其吸附于固体颗粒或污泥上从而通过过滤或沉淀等作用将其去除。

同时研究结果表明,在生物处理阶段大部分PPCPs都得到一定的去除,这可能与生物降解有关。

另外,有研究认为化学氧化或膜过滤可以有效去除PPCPs[2]。

在污水处理厂的工艺设计中可考虑对PPCPs的去除,如在生物处理阶段改变污泥停留时间或将好氧厌氧相结合,这可能会提高对PPCPs的去除率。

3　污泥中的PPCPs
污泥中的PPCPs及污泥最终处置是值得研究的问题。

由于检测手段的限制,有关污泥中PPCPs 浓度的数据非常有限。

Kang Xia等[5]对污泥中的PPCPs进行了研究。

据报道[5],美国、瑞士和荷兰检测到污泥中的香料浓度为1.5～147μg/kg(干重);美国和荷兰一些污水处理厂污泥中溴代二苯醚(br om inated di phe2 nylethers)的含量为32～4890μg/kg(干重);瑞士污泥中喹诺酮类合成抗菌药含量达1.4～2.4mg/ kg(干重)。

目前对于PPCPs在污泥中的去除现状的报道很少。

初步研究表明,堆肥可望有效去除污泥中的PPCPs[5]。

4　结语
由PPCPs引起的环境污染逐渐受到人们的关注,国外对于城市污水中PPCPs的研究还处于起步阶段,我国这方面的研究还是空白。

目前,我国年产1300多种化学原料药,仅抗生素类药品生产量就达3.3×104t,所以需要逐步开展对PPCPs的研究。

针对PPCPs还有很多问题有待于进一步研究和改进,如其分析检测方法、在污水处理过程中的去除机理、在环境中的最终处置以及危害性、污泥中PPCPs的检测和去除等。

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vie w,2004,24:711-732.
E-ma il:hyhu@
收稿日期:2005-04-14
第10期 郭美婷,等:城市污水中的PPCPs及其去除特性 第21卷。