改性生物砂濾工藝對城市污水廠尾水中典型PhACs的去除機理研究.pdf

1、由于人類對醫(yī)藥活性物質(zhì)(Pharmaceutically Active Compounds，PhACs)的過分使用甚至是濫用，導(dǎo)致這類化合物及其代謝產(chǎn)物被持續(xù)不斷地排入地表水、地下水及土壤等各種環(huán)境介質(zhì)中，PhACs在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化、生態(tài)毒理及其控制處理已成為環(huán)境科技界日益關(guān)注的熱點問題。麗在我國，還鮮有此方面的研究報道。而且我國70％以上的污水處理廠并沒有針對PhACs建設(shè)專門的去除工藝（或工段）。因此，有必要研究新型的深度處理工

2、藝來去除PhACs，以降低PhACs對水環(huán)境造成的污染。
　　本試驗研究，以Piranha溶液、KH-550水解液以及鐵鹽作為改性劑對石英砂濾料進行改性，改性后的石英砂其表面變得凹凸不平，通過掃描電鏡(SEM)、X射線衍射、紅外光譜和有機碳含量分析對改性前后的石英砂濾料進行表面結(jié)構(gòu)表征?；谖絼恿W(xué)試驗及等溫吸附平衡試驗考察了普通、親水改性、疏水改性和鐵離子改性（生物）石英砂對PhACs的吸附過程;研究了石英砂改性前后以及生物覆

3、膜前后對PhACs吸附性能的影響;分析了其吸附機理以及微生物在生物覆膜石英砂去除PhACs中的貢獻率。
　　研究結(jié)果表明:
　　(1)以Piranha溶液、KH-550水解液以及鐵鹽作為改性劑對粒徑為1.0mm～1.7mm的石英砂進行改性，得到親水改性、疏水改性和鐵離子改性這三種改性石英砂。本試驗選用四環(huán)素、環(huán)丙沙星及美托洛爾作為研究對象。經(jīng)過Piranha溶液處理后，石英砂表面的雜質(zhì)被氧化處理后呈現(xiàn)網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)，比表面積增

4、大，因此親水改性石英砂對PhACs的吸附去除效果最好;與普通石英砂相比，疏水改性和鐵離子改性石英砂對所選用的三種PhACs的去除效果有不同程度的下降。
　　(2)基于吸附動力學(xué)試驗結(jié)果，可發(fā)現(xiàn)改性石英砂和生物覆膜石英砂對PhACs的靜態(tài)吸附均在2h內(nèi)基本達到平衡，改性石英砂及生物覆膜石英砂對PhACs的靜態(tài)吸附過程均符合偽一級動力學(xué)模型，其主要吸附機制均為表面物理吸附。
　　(3)基于等溫吸附平衡試驗結(jié)果，可發(fā)現(xiàn)當試驗溫度在

5、288.15 K～309.15 K之間變化時，Langmuir等溫吸附模型能更好地描述試驗所得改性石英砂及生物覆膜石英砂對TCN、CIP和MTP的靜態(tài)等溫吸附行為。溫度越接近298.15 K，改性石英砂以及生物覆膜石英砂對PhACs的靜態(tài)吸附量越大。當pH在2.0～12.0的范圍內(nèi)變化時，美托洛爾的靜態(tài)吸附效果不受pH值的影響，但強酸環(huán)境有利于四環(huán)素和環(huán)丙沙星的靜態(tài)吸附，由此推斷改性石英砂和生物覆膜石英砂對四環(huán)素和環(huán)丙沙星的主要吸附機制

6、是陽離子吸附，對美托洛爾的主要吸附機理則是表面吸附。在PhACs溶液中分別加入K+、Na+和Ca2+時，其吸附效果均有不同程度的降低，其中Ca2+的抑制效果明顯高于K+和Na+。
　　(4)基于電鏡掃描結(jié)果，可發(fā)現(xiàn)生物覆膜石英砂表面所附球菌、短桿菌、長桿菌以及節(jié)桿菌等與胞外聚合物共同形成了多孔且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物膜，此類生物膜對PhACs的削減具有明顯的強化作用;通過序批試驗研究，發(fā)現(xiàn)覆膜石英砂對PhACs的削減包含濾料吸附、微生物吸