給水處理系統(tǒng)中卡馬西平和雙酚A去除規(guī)律及調控方法的研究.pdf

1、近年來，在許多水源地和污水處理廠出水中檢測出了多種微量有機污染物質-藥物和個人護理用品( Pharmaceuticals and Personal Care Products，PPCPs)以及內分泌干擾物(Endocrine Disrupting Chemicals，EDCs)，這些微量有機污染物物質源于人們的日常生活以及工業(yè)生產中的無序排放，具有較強的生物活性和生物降解緩慢的特征，通常在自來水廠常規(guī)凈水工藝中難以達到較好的去除效果，從

2、而對人類的健康造成了持久性的危害。這已經引起了世界各國的廣泛重視。
　　 本文模擬常規(guī)給水處理工藝（高錳酸鉀強化混凝-砂濾）和深度凈水工藝（臭氧氧化-活性炭吸附），以水源水中典型的PPCPs類藥物-卡馬西平（Carbamazepine，CBZ）和EDCs類物質-雙酚A(Bisphenol A，BPA)為研究對象，探討了卡馬西平(CBZ)和雙酚A(BPA)的去除規(guī)律及相關調控技術。另外，當前國內外針對卡馬西平(CBZ)和雙酚A(B

3、PA)這兩種藥物較多采用氣相色譜或者液相色譜-質譜聯(lián)用的方法測其濃度，并且大多是針對臨床血藥濃度和生物器官內濃度的測定，不涉及水處理領域，且這些醫(yī)學測定方法操作繁瑣，流動相配樣復雜，成本昂貴，檢出限偏高，并不能滿足對水環(huán)境中微量藥物日常頻繁監(jiān)測的需要。針對這一局限性，本文還探討優(yōu)化了采用高效液相色譜儀(HPLC)檢測水中微量卡馬西平和雙酚A的方法，并詳細論述了這兩種物質固相萃取的方法和步驟。
　　 本文獲得的主要研究結果如下：<

4、br>　　 (1)優(yōu)化了針對給水系統(tǒng)中微量卡馬西平和雙酚A的檢測方法
　　 高效液相色譜儀測定采用Agilent ZORBAX Exlipse XDB-C18柱(150×4.6mm，5μm)卡馬西平的色譜條件為：流動相-甲醇：水(60:40，V/V)，流速為1mL/min，柱溫為25℃，檢測波長為284nm，進樣量為20μL，檢出限為0.5ug/L，出峰時間為4.6min左右；雙酚A的高效液相色譜條件為：流動相-水（乙酸、乙酸

5、銨緩沖液，pH為4）：乙腈=55:45(V/V)，流速為1mL/min，柱溫為25°，檢測波長為276nm，進樣量：20μL，檢測限為0.5ug/L，出峰時間為5min左右。卡馬西平和雙酚A的回收率均良好。相對標準偏差RED值均小于1，檢測精度較高。
　　 (2)探明了在常規(guī)處理工藝中卡馬西平和雙酚A的變化規(guī)律以及最佳調控方法
　　 通過氣質聯(lián)機法(GC／MS)分析了解了卡馬西平和雙酚A在高錳酸鉀氧化后的副產物。并由ZE

6、TA電位儀分析了解到這兩種物質的混凝機理均為吸附電中和。高錳酸鉀預氧化水中的卡馬西平和雙酚A的充分氧化時間分別為50min和30min，處理實際水源水試驗中的最佳高錳酸鉀投加量為2mg/L。在聚合硫酸鐵(PFS)、聚合氯化鋁(PAC)和三氯化鐵三種常見混凝劑中，通過試驗篩選出聚合氯化鋁為去除卡馬西平和雙酚A效果較好的混凝劑。實際水源水修正試驗中，PAC對卡馬西平和雙酚A的最佳投加量分別為2.5mg/L和3mg/L。在最佳高錳酸鉀和PAC

7、投加量下，強化混凝工藝對實際水源水中卡馬西平和雙酚A的去除率分別為39.6％和34.5％。且該工藝對于水中CODMn、UV254以及濁度等常規(guī)指標也有一定的去除效果，去除率均在45％～60％。
　　 砂濾工藝主要是為了去除強化混凝工藝中的混凝體以及懸浮物而設置，石英砂層高度為800mm時，卡馬西平和雙酚A的去除率基本達到最大值。濾速決定了水樣在砂濾柱中的停留時間，所以濾速對于去除率也有一定的影響。濾速越大去處效果越低，但是濾速過

8、小將不適宜在實際工程中操作。所以綜合考慮后，試驗選擇5.86m/h的濾速為去除卡馬西平和雙酚A的最佳濾速條件。在最佳砂層高度和濾速條件下，卡馬西平和雙酚A的去除率分別為10.95％和8.3％，水中濁度的去除率高度93.4％。
　　 (3)探明了在臭氧活性炭深度凈化工藝中卡馬西平和雙酚A的轉化規(guī)律及最佳調控方法
　　 臭氧活性炭工藝屬于深度凈水工藝。通過氣質聯(lián)機法(GC/MS)了解了卡馬西平和雙酚A在臭氧氧化后的副產物。在

9、臭氧氧化卡馬西平階段產生一種為二本乙腈的微量副產物，雙酚A無副產物。對以實際水源水配置的濃度為200ug/L的卡馬西平和雙酚A而言，臭氧投加量為20.87mg/L的時候，兩種物質的去除率可以達到最大值。綜合考慮到試驗進度和去除效果等因素后，控制水樣在臭氧柱中的停留時間為20min。在最佳操作條件下，臭氧對卡馬西平和雙酚A的最大去除率為32.3％和28.2％，水中CODMn和UV254等有機物指標也有較高的去除效果，去除率分別可達67.3

10、％和63.4％。
　　 活性炭吸附試驗前期對兩種水處理常用的活性炭-果殼活性炭和椰殼活性炭進行碘吸附值以及比表面積的測試分析，并通過靜態(tài)吸附試驗得知果殼活性炭對卡馬西平和雙酚A的去除效果要高于椰殼活性炭。對卡馬西平來說，當初始溶液的濃度為25mg/L，在吸附時間為60min，果殼活性炭投加量為5g/L，pH為中性時，其吸附去除率為84.86％，吸附量可達11.87mg/g;對雙酚A而言，當初始溶液的濃度為25mg/L，在吸附時間

11、為90min，果殼活性炭投加量為6g/L，pH為中性時，其吸附去除率為76.08％，吸附量為9.75mg/g。從果殼活性炭對卡馬西平和雙酚A的吸附等溫線來看，其等溫線類型屬于I型，Langmuir等溫方程適宜描述兩種物質在果殼活性炭表面上的吸附行為，說明了卡馬西平和雙酚A主要以單分子層形式吸附在果殼活性炭的表面。使用活性炭柱對實際水源水中卡馬西平和雙酚A以及其他水質指標也有較好的去除效果，在碳層高度為800mm，濾速為5.86m/h時，

12、卡馬西平和雙酚的最大去除率可達85％和80％，CODMn、UV254和濁度的去除率分別可達68.6％、71.6％和87.4％。同時臭氧化卡馬西平階段出現(xiàn)的微量副產物二本乙腈在經活性炭吸附已經檢測不出，這說明二本乙腈已經基本被活性炭完全吸附或者濃度已經低于檢測限0.05ng/L，也就是說臭氧活性炭工藝去除卡馬西平和雙酚A不會產生二次污染，出水中沒有對人體有害的副產物生成。基于活性炭良好的去處效果，可以考慮將活性炭作為去除卡馬西平和雙酚A類

13、物質的主導工藝運用到實際工程中去。
　　 (4)通過聯(lián)用裝置證明了強化混凝砂濾-臭氧活性炭工藝去除卡馬西平和雙酚A的可行性
　　 該階段采用上述試驗確定的最佳調控參數(shù)，以松江自來水廠水源地支流張家浜地水源水配置一定濃度的卡馬西平和雙酚A樣液。聯(lián)用高錳酸鉀強化混凝-砂濾-臭氧-活性炭各套工藝裝置進行連續(xù)流試驗，在整套裝置運行穩(wěn)定后，15天內卡馬西平和雙酚A的平均去除率可達92.82％和89.4％，且CODMn、UV254和