城市污水处理厂中痕量抗生素的归趋及其减排技术研究

发布时间：2020-05-21 12:44

【摘要】：痕量抗生素在环境中的出现日益引起人们的关注。城市污水处理厂被认为是环境中痕量抗生素的主要来源之一。本研究考察了抗生素在污水处理过程中的归趋,探索了能够有效去除污水中痕量抗生素的技术与其原理,力求实现抗生素从污水处理厂的减量排放,对促进生态环境健康发展具有一定意义。本研究首先选取了6种使用频率较高的抗生素作为目标物,构建了以固相萃取前处理技术和高效液相色谱-串联质谱检测技术为技术支撑的痕量抗生素检测方法。然后,在大连市6所污水处理厂中采样分析。结果表明,6种抗生素在污水处理厂进水和出水中的浓度分别在20-711ng·L-1和29-728ng·L-1范围内。在污水处理过程中,头孢氨苄与头孢拉定两种β-内酰胺类抗生素在生物处理阶段被有效去除(平均去除率分别为100%和72%)；诺氟沙星和氧氟沙星两种氟喹诺酮类抗生素主要通过初级污泥与二级污泥吸附被部分去除(平均去除率分别为70%和40%)；而罗红霉素和阿奇霉素两种大环内酯类抗生素在污水中呈现负去除现象。此外,在所考察的黄海近海海域中检测到6种目标抗生素的浓度在2-396ng·L-1范围内。鉴于部分痕量抗生素在污水处理厂中不能被有效去除,随后本研究开展了基于膜技术和高级氧化技术去除污水中痕量抗生素的研究。在采用纳滤联合臭氧-紫外氧化技术处理污水厂二级出水中痕量抗生素的研究中发现,NFX纳滤膜对二级出水中检出频率较高的4种痕量抗生素具有良好的截留效果(截留率达到98%以上)。同时,臭氧-紫外氧化技术对纳滤浓缩液的处理效果良好,浓缩液中抗生素的去除率达到94%以上,溶解有机碳的去除率达到40%,浓缩液可生化性提高了4.6倍,急性毒性降低了58%。在采用正渗透膜截留污水中痕量抗生素的研究中发现,在正渗透膜分离器内原料液一侧膜面上方添加不锈钢筛网能够提高正渗透膜对抗生素的截留率。不同操作条件下截留率提高在2.3-8.5%范围。分析其机理为,筛网促使膜分离器内流体产生湍流,从而扰动膜面的边界层,促使其中的抗生素向主体溶液扩散,降低了边界层中抗生素的浓度,减小了膜两侧抗生素的浓度差,减弱了抗生素向汲取液一侧扩散的浓差驱动力,从而提高了膜截留率。此外,本研究构建了电化学正渗透一体化反应器。该反应器截留抗生素效能较正渗透膜过滤器最大提高45%,降解浓缩液中抗生素效率较传统电解池最大提高30%,体现出正渗透与电化学氧化在本反应器中的协同效应。城市污水处理厂二级出水(目标抗生素含量在134-1311ng·L-1范围)经该一体化反应器处理后,出水和浓缩液中抗生素的浓度均低于检测限。总而言之,电化学正渗透一体化反应器同步完成原水中抗生素的截留和浓缩液中抗生素的降解,解决了正渗透浓缩液需后续处理的难题。
【图文】：

示意图,自然环境,抗生素,途径

水环境图1.1抗生素进入自然环境的途径示意图Fig. 1.1 The pathways of antibiotics entering into the natural environment-9-

示意图,污水处理过程,原理,示意图

FO膜技术是近年来兴起的一种新兴膜技术。与R0和NF膜技术不同，F0膜膜技术的驱动力不是水力压力，而是膜两侧的渗透压差。图1.2所示为F0处理污水过程的原理示意图。FO膜左侧是待处理的污水，，通常被称为原料液；右侧为溶质浓度高于左侧污水浓度的溶液，被称为汲取液。通常可用海水、盐溶液、肥料液等作为汲取液。由于原料液一侧的渗透压远低于汲取液一侧的渗透压，吸附于膜面的水分子会在渗透压差驱动力的作用下从原料液一侧扩向汲取液一侧扩散，从而实现污染物与水的分离。之后，被稀释的汲取液通过分离提纯便可得到洁净的出水。F0FORWARD OSMOSISmxinsli JSpSSSm"图1.2正渗透污水处理过程原理示意图Fig. 1.2 The schematic diagram of FO process for wastewater treatment为了达到通过渗透压差来实现分离的目的，理想的FO膜需要满足如下要求1)膜结构致密，从而能够实现选择渗透；2)膜厚度小，以减小膜内部的浓差极化，确保
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703

【共引文献】