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活性炭—超滤复合工艺去除水中典型PPCPs的效能与机理

乔铁军  
【摘要】:饮用水中药品与个人护理品(PPCPs)正受到世界范围的广泛关注,而国内尚未见报道。本文采用高效液相色谱串联质谱法,调查了珠三角地区典型城市饮用水系统中39种PPCPs的分布、归宿和影响。结合气候和水源水质特征,提出了活性炭-超滤复合工艺,研究了典型PPCPs在复合工艺中的行为与机理。评价了复合工艺对典型PPCPs与其他污染物的去除效能,研究成果应用于规模为4万m~3·d~(-1)的示范工程。 水源中16种PPCPs的检出浓度为ND~27ng·L~(-1)。出厂水中12种PPCPs的检出浓度为ND~5ng·L~(-1),深度处理工艺对大多数PPCPs的去除效果优于常规处理工艺。管网水和龙头水分别有15种和17种PPCPs检出,浓度均为1ng·L~(-1)左右。典型PPCPs混合物对斑马鱼胚胎发育的影响浓度为ng·L~(-1)水平,与水源中PPCPs的检出浓度相当,有潜在的生态和健康风险。 活性炭去除PPCPs的机理包括活性炭吸附与有机物竞争吸附。活性炭对典型PPCPs的吸附符合指数衰减模型,其动力学吸附系数(Kd)为0.0067~0.0133min~(-1)。溶液pH降低,Kd会不断增加;腐殖酸存在时,Kd会降低20~47%。典型PPCPs吸附行为受其物化性质与活性炭的结构特征等影响。在典型PPCPs胁迫下,微生物种群结构会明显变化,有机会致病菌出现。 超滤去除PPCPs的机理包括超滤膜吸附以及有机物或颗粒物协同吸附。溶液pH值降低会提高超滤膜对典型PPCPs的去除率。腐殖酸和颗粒物能改善超滤膜对典型PPCPs的去除效果,其去除率随腐殖酸和颗粒物浓度的升高而增加,而受颗粒物粒径的影响较小。有机碳分配系数(Koc)对典型PPCPs吸附行为有重要影响,而酸度系数(pKa)的影响与否则与溶液pH等有关。 活性炭-超滤复合工艺对典型PPCPs的去除率为30~100%,其中,活性炭工艺占75~90%。在活性炭工艺中,活性炭吸附和微生物降解分别占94%和6%。典型PPCPs的去除效果受进水PPCPs浓度、滤速、pH、有机物、炭层高、活性炭性能、超滤膜特性和臭氧等影响。 活性炭-超滤复合工艺对浊度、颗粒数、有机物和微生物等去除效果较好。炭层厚和滤速对活性炭工艺的运行有重要影响。进水水质、运行参数、超滤膜类型和膜性能变化等会影响超滤运行。超滤膜污染由有机物、金属和微生物等综合所致。


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