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

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

2、而對(duì)人類(lèi)的健康造成了持久性的危害。這已經(jīng)引起了世界各國(guó)的廣泛重視。
　　 本文模擬常規(guī)給水處理工藝（高錳酸鉀強(qiáng)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(lèi)藥物-卡馬西平（Carbamazepine，CBZ）和EDCs類(lèi)物質(zhì)-雙酚A(Bisphenol A，BPA)為研究對(duì)象，探討了卡馬西平(CBZ)和雙酚A(BPA)的去除規(guī)律及相關(guān)調(diào)控技術(shù)。另外，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外針對(duì)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(zhì)譜聯(lián)用的方法測(cè)其濃度，并且大多是針對(duì)臨床血藥濃度和生物器官內(nèi)濃度的測(cè)定，不涉及水處理領(lǐng)域，且這些醫(yī)學(xué)測(cè)定方法操作繁瑣，流動(dòng)相配樣復(fù)雜，成本昂貴，檢出限偏高，并不能滿(mǎn)足對(duì)水環(huán)境中微量藥物日常頻繁監(jiān)測(cè)的需要。針對(duì)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(cè)水中微量卡馬西平和雙酚A的方法，并詳細(xì)論述了這兩種物質(zhì)固相萃取的方法和步驟。
　　 本文獲得的主要研究結(jié)果如下：<

4、br>　　 (1)優(yōu)化了針對(duì)給水系統(tǒng)中微量卡馬西平和雙酚A的檢測(cè)方法
　　 高效液相色譜儀測(cè)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(dòng)相-甲醇：水(60:40，V/V)，流速為1mL/min，柱溫為25℃，檢測(cè)波長(zhǎng)為284nm，進(jìn)樣量為20μL，檢出限為0.5ug/L，出峰時(shí)間為4.6min左右；雙酚A的高效液相色譜條件為：流動(dòng)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(cè)波長(zhǎng)為276nm，進(jìn)樣量：20μL，檢測(cè)限為0.5ug/L，出峰時(shí)間為5min左右?？R西平和雙酚A的回收率均良好。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RED值均小于1，檢測(cè)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(diào)控方法
　　 通過(guò)氣質(zhì)聯(lián)機(jī)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(chǎn)物。并由ZE

6、TA電位儀分析了解到這兩種物質(zhì)的混凝機(jī)理均為吸附電中和。高錳酸鉀預(yù)氧化水中的卡馬西平和雙酚A的充分氧化時(shí)間分別為50min和30min，處理實(shí)際水源水試驗(yàn)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(jiàn)混凝劑中，通過(guò)試驗(yàn)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(shí)際水源水修正試驗(yàn)中，PAC對(duì)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(qiáng)化混凝工藝對(duì)實(shí)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(duì)于水中CODMn、UV254以及濁度等常規(guī)指標(biāo)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(qiáng)化混凝工藝中的混凝體以及懸浮物而設(shè)置，石英砂層高度為800mm時(shí)，卡馬西平和雙酚A的去除率基本達(dá)到最大值。濾速?zèng)Q定了水樣在砂濾柱中的停留時(shí)間，所以濾速對(duì)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(guò)

8、小將不適宜在實(shí)際工程中操作。所以綜合考慮后，試驗(yàn)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(zhuǎn)化規(guī)律及最佳調(diào)控方法
　　 臭氧活性炭工藝屬于深度凈水工藝。通過(guò)氣質(zhì)聯(lián)機(jī)法(GC/MS)了解了卡馬西平和雙酚A在臭氧氧化后的副產(chǎn)物。在

9、臭氧氧化卡馬西平階段產(chǎn)生一種為二本乙腈的微量副產(chǎn)物，雙酚A無(wú)副產(chǎn)物。對(duì)以實(shí)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(shí)候，兩種物質(zhì)的去除率可以達(dá)到最大值。綜合考慮到試驗(yàn)進(jìn)度和去除效果等因素后，控制水樣在臭氧柱中的停留時(shí)間為20min。在最佳操作條件下，臭氧對(duì)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(jī)物指標(biāo)也有較高的去除效果，去除率分別可達(dá)67.3

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

11、為90min，果殼活性炭投加量為6g/L，pH為中性時(shí)，其吸附去除率為76.08％，吸附量為9.75mg/g。從果殼活性炭對(duì)卡馬西平和雙酚A的吸附等溫線來(lái)看，其等溫線類(lèi)型屬于I型，Langmuir等溫方程適宜描述兩種物質(zhì)在果殼活性炭表面上的吸附行為，說(shuō)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(duì)實(shí)際水源水中卡馬西平和雙酚A以及其他水質(zhì)指標(biāo)也有較好的去除效果，在碳層高度為800mm，濾速為5.86m/h時(shí)，

12、卡馬西平和雙酚的最大去除率可達(dá)85％和80％，CODMn、UV254和濁度的去除率分別可達(dá)68.6％、71.6％和87.4％。同時(shí)臭氧化卡馬西平階段出現(xiàn)的微量副產(chǎn)物二本乙腈在經(jīng)活性炭吸附已經(jīng)檢測(cè)不出，這說(shuō)明二本乙腈已經(jīng)基本被活性炭完全吸附或者濃度已經(jīng)低于檢測(cè)限0.05ng/L，也就是說(shuō)臭氧活性炭工藝去除卡馬西平和雙酚A不會(huì)產(chǎn)生二次污染，出水中沒(méi)有對(duì)人體有害的副產(chǎn)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(lèi)

13、物質(zhì)的主導(dǎo)工藝運(yùn)用到實(shí)際工程中去。
　　 (4)通過(guò)聯(lián)用裝置證明了強(qiáng)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(yàn)確定的最佳調(diào)控參數(shù)，以松江自來(lái)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(qiáng)化混凝-砂濾-臭氧-活性炭各套工藝裝置進(jìn)行連續(xù)流試驗(yàn)，在整套裝置運(yùn)行穩(wěn)定后，15天內(nèi)卡馬西平和雙酚A的平均去除率可達(dá)92.82％和89.4％，且CODMn、UV254和