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甾体雌激素厌氧迁移转化特征研究

杨静  
【摘要】:甾体雌激素,是一种典型的内分泌干扰物,具有低剂量高毒性的特点,主要来源于污水处理厂的出水和畜禽的排泄物,尤其是奶牛粪便。近年来,随着奶牛产业的发展,奶牛养殖场周围环境中雌激素的污染日趋严重。本课题针对奶牛粪便中的典型甾体雌激素的去除问题展开研究,通过静态吸附实验和间歇厌氧消化实验研究其厌氧迁移转化行为。 采用静态吸附实验研究了灭活的厌氧污泥对17β-雌二醇(E2)和雌酮(E1)的吸附。研究结果表明,厌氧污泥对E2、E1的吸附符合准二级动力学模型;E2的吸附速率在前60min较快,90min基本达到吸附平衡;E1的吸附速率在前20min较快,60min基本达到吸附平衡;厌氧污泥对E2、E1的吸附等温线符合Freundlich模型,热力学分析可知厌氧污泥吸附E2、E1的过程是自发的、放热的物理吸附;pH值、离子强度(FeOOH和FeCl3)均对吸附过程有一定的影响,中性条件利于厌氧污泥对E2、E1的吸附,FeOOH和FeCl3在一定程度上可以促进厌氧污泥对E2的吸附;FeOOH在一定程度上抑制厌氧污泥对E1的吸附,但是FeCl3可以促进此吸附过程。 分别以E1、E2及雌三醇(E3)为目标物,通过间歇实验,研究Fe(Ⅲ)及Ca2+在厌氧消化过程中对奶牛粪便中雌激素降解的影响。添加E1、E2及E3对挥发性脂肪酸及甲烷的生成均有一定的影响,在厌氧消化过程中主要产生的挥发性脂肪酸是乙酸和戊酸,后期各组均有明显的有机酸累积;厌氧反应初期(5-15d),各组反应产甲烷速率符合一级动力学模型,且添加E3、E2及E1实验组的最大产甲烷量依次减少;在添加E3、E2及E1的实验组中CaSO4对产甲烷的产生均有抑制作用。长期的实验结果表明雌激素E1、E2和E3在厌氧消化过程中都不能有效降解,但是在厌氧消化初始阶段(0-2d),由于厌氧污泥的吸附和降解的共同作用,雌激素E1、E2和E3的浓度迅速降低;在长期试验过程中,E1的量随后由于E2的转化回升最后又下降,E2的量在迅速减少后逐渐趋于稳定,E3的量30天后开始增加,到第42d又开始下降,第100天后逐渐稳定。 以E1、E2、E3和EE2为目标物,研究Fe(Ⅲ)及Ca2+在厌氧消化过程中对混合雌激素降解的影响。结果表明:此厌氧消化过程中产生的挥发性脂肪酸以丙酸为主,乙酸其次;除了Fe3+组开始产甲烷气体较慢外,其余各组产气均较快,且产气量也较高,实验各组7-54天的产甲烷量符合一级动力学模型;在五种实验条件下,由于电子受体不同,各雌激素的迁移转化程度均不同,E1、E2、E3及EE2的最终浓度分别为0.64~0.92mg/l、0.02~0.07mg/l、0.84~1.16mg/l和0.18~0.32mg/l;雌激素总浓度在实验的初始(0-3d)迅速下降,第4d后变化幅度极小;各组厌氧反应器中,均发现E2转化为E1和E3,而EE2的转化现象不明显。与单独添加E1、E2、E3实验组相比较发现,添加混合雌激素可以促进乙酸的产生,抑制戊酸的产生;在单独添加E1、E2及E3的实验组中Fe(Ⅲ)对甲烷的产生有促进作用,CaSO4对甲烷产生有抑制作用,在添加混合雌激素的实验组中CaSO4和Fe(Ⅲ)对甲烷的产生均有抑制作用;添加E1实验组的E1的浓度在第20d后增加幅度很大,但趋于稳定时浓度明显低于添加混合雌激素实验组的浓度;添加E3实验组中E3的浓度在9-30d内波动很小,第30d-100d增大幅度明显高于添加混合雌激素实验组,但是稳定时的浓度和添加混合雌激素实验组类似。


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