活性污泥去除4种典型药品的技术应用

北极星环保网讯:药品是存在于环境中的一类庞大的污染物，主要通过人类用药及兽药应用进入环境中。伴随着各类检测技术的不断发展及应用，越来越多的药品种类在环境中被检出。从生活污水、地表水、地下水甚至饮用水中均能检测到药品的存在，浓度范围从ng/L级到mg/L级。药品由于其本身的理化性质及具有的一定的生物活性，在环境中的半衰期较一般污染物长，因此对水生生物、动植物甚至人类存在一定的生态毒性及健康风险。双氯酚酸曾被报道能够引起飞禽类肾功能衰退，而长期服用萘普生类非类固醇抗发炎止痛药得心脏病的概率会明显增加。近年来，药品已作为一种新型的痕量污染物被全球的科研工作者及社会所关注，许多关于药品污染水平及去除技术的研究相继展开。通过大量调研已证实污水处理厂是药品类污染物进入环境的主要点源，同时也是去除这类污染物的重要途径。现有污水处理厂的污染物排放标准分3大类：基本控制项目、部分一类污染物及选择控制项目，但所覆盖的指标中均不含药品类痕量污染物。以活性污泥为主体的生物处理是污水处理厂最广泛使用的废水处理技术。活性污泥是以细菌、原生动物和后生动物等活性微生物为主体的絮凝体，同时存在吸附作用及生物降解作用。一些关于活性污泥去除其他痕量污染物的研究表明，在不同的实验条件下目标物的降解途径是不同的，即使同一实验条件下针对不同目标物的去除机理也是有区别的。现有关于活性污泥去除药品类污染物的研究，大多集中在污水处理厂内药品的赋存调研，而具体到实验室机理解析甚少。

非类固醇抗发炎止痛药(萘普生和布洛芬)、血脂调节剂(苯扎贝特)和抗生素(罗红霉素)为当前全球广泛使用的基本药品，且在环境中的检出率及检出浓度较高。本研究以上述药品作为研究对象，通过序批实验考察了缺氧及好氧条件下活性污泥对目标药品的去除效果，探讨了吸附及生物降解作用对去除率的贡献，以为污水处理厂去除痕量污染物提供理论依据，为优化该类污染物的去除效果提供思路。

1、材料与方法

1.1实验材料

活性污泥取自广州市某市政污水处理厂生物好氧池，其TSS为3.38~4.11 g/L。将活性污泥静置 30 min后除去上清液，所得污泥作为实验用污泥， 4  ℃下保存备用。

实验用废水为自配的人工模拟生活污水(COD约为300mg/L)，向其中加入一定浓度的目标污染物。萘普生、布洛芬、苯扎贝特和罗红霉素均购自Sigma(美国)。将目标污染物母液标准溶液在不借助任何助溶剂的情况下溶解于超纯水中，初始质量浓度为10mg/L，于4  ℃下保存。这4种药品的理化性质见表1。仪器分析用有机试剂均为HPLC级别，实验用水为Milli-Q超纯水。

1.2 实验方法

于1 L烧杯中加入200 mL的浓缩污泥、700 mL含目标污染物的自配废水，反应体系中活性污泥质量浓度为2.86  g/L。实验在室温下进行，pH为7左右。实验过程中采用磁力搅拌器进行搅拌，转速为500~600  r/min。利用曝气泵进行砂头曝气，通过控制曝气量控制系统中的溶解氧。缺氧条件下曝气泵不运作，DO<1 mg/L;好氧条件下DO控制在4~5  mg/L。

实验用废水中萘普生、苯扎贝特、布洛芬和罗红霉素的初始质量浓度分别设定为100 μg/L、100 μg/L、5 mg/L、  50mg/L，降解总反应时间设定为24h。为去除光降解对目标污染物的影响，实验均进行了遮光处理。整个实验过程中设有系统空白实验及平行组实验，分析所用数据均为扣除系统空白实验值后的平均值。数据后期处理中药品的初始浓度以实测浓度为准。

为确定吸附作用对活性污泥去除目标污染物的贡献率，在1 L烧杯中加入叠氮钠(1g/L)，抑制活性污泥的酶活性，掩盖掉生物降解作用。

1.3 分析方法

在实验设定的取样时间点，取上清液1 mL，过0.22 μm聚醚砜材质的水相滤膜(Anpel，上海安普公司)，然后转移至2 mL棕色小瓶中，于4  ℃下保存，用于液相色谱分析。pH采用pH315i酸度计(WTW，82362 Weilheim，德国)进行测定;DO采用HQ30D  溶解氧仪(哈希，美国)进行测定;TSS、COD采用标准方法(APHA-AWWA-WPCF，2001)进行测定。

2、结果与讨论

2.1 四种药品对活性污泥系统的影响

由于该实验受限于仪器检测条件，4种药品设定的实验浓度存在一定差异。为给后续的实验结果及结论提供一定的依据，特针对4种药品在现有进水浓度条件下对活性污泥去除COD的影响进行跟踪分析，考察本实验设计中4种药品对活性污泥系统的影响，结果如图  1所示。