城市污水中的微污染物及其去除方法杨飞pdf

|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|12015-11-04|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|1城市污水中的微污染物及其去除方法第十届中国城镇水务发展国际研讨会与新技术设备博览会，珠海，201.11.4-5杨飞1,JochenHenkel2,PeterCornel21.海南大学环境与植物保护学院2.InstituteIWAR,TechnischeUniversitätDarmstadt,Germany|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|22015-11-04什么是微污染物(Micropollutants)？•又称：新兴污染物(Emergingpollutants)、新型污染物(Newpollutants)－进入环境后使环境的正常组成发生变化，直接或间接有害于生物生长、发育和繁殖的物质。其作用对象是包括人在内的所有生物。•特点：分子量不大（通常1000）、浓度极低（大多为pg/Ltong/L,至多微克级别）；无处不在的全球性问题；危害有潜伏期；几乎无法预测或跟踪。•“oneofthekeyenvironmentalproblemsfacinghumanity”-Schwarzenbachetal.(2006)人类面临的一个关键环境难题|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|32015-11-04Endocrinedisruptingcompounds/chemicals(EDCs)内分泌干扰物•环境干扰素(EDs,Environmentaldisruptors)、环境荷尔蒙(激素)、荷尔蒙活性物质(HAAs,Hormone’sactiveagents)、内分泌干扰素(EDs,Endocrinedisruptors)－内分泌干扰物(EDCs).•定义：一种外源性、会使人类及生物的内分泌系统发生紊乱的外来物质。其对健康的有害影响经常会延续至后代。-(WHO/IPCS2002)•只要极少量就可对生物体造成生理上的影响。|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|42015-11-04|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|4Source/occurrenceofmicropollutants微污染物质的来源EDCs内分泌干扰物药物Pharmaceutialproducts(PPs)Industrialchemicals(includingPCPs)化工产品•PCPs–Personalcareproducts个人护理用品•PPCPs–PPs+PCPs药物和个人护理用品•EDCs-endocrinedisruptingcompounds内分泌干扰物+Heavymetals+…重金属(镉,汞,有机汞具内分泌活性)DDT双酚A(BPA)烷基酚多氯联苯PCBs化妆品……雌激素雄激素避孕药……抗生素消炎止痛药降压药……|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|52015-11-04Distributionofmicropollutants微污染物的分布我国抗生素生产量世界第一:占75%的青霉素工业盐、80%的头孢菌素类抗生素和90%的链霉素。巨大的生产消费量，导致环境中药物残留日趋严重。|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|62015-11-04Adverseeffectsofmicropollutants微污染物的有害影响污染环境后再经食物链（饮食）或接触等进入动物及人体，并影响生殖系统。其后遗症会祸延二代甚至三代。•生殖系统的各式异常：不育不孕；男性精子数量和质量下降；生育男孩的能力下降；频繁流产；生殖器官变异；男性睾丸变小；母乳减少；早熟；肛门及生殖器距离异常；先天畸形等；•后代学习能力下降与多动症；•性别比例失调，主要是雄性个体减少；•多种癌症:子宮癌,乳腺癌,睪丸癌,前列腺癌等；•……•可能给地球生态环境造成巨大威胁。|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|72015-11-04对环境和生物的危害性•野生动物的影响：美国佛罗里达Apopka湖雄鳄鱼的生殖器发育不良；靠近纸浆和造纸厂及污水处理厂附近的鱼群中雌性鱼和雄性鱼比例失衡；雌贝雄性化；雌雄同体的鲤鱼、鸟类、蛙类、海豹、海生软体动物及数十种野生动物生殖和发育异常。•人类健康的影响：加拿大安大略省近Sainia的Aamjiwnaang社区紧邻几大石化、聚合物和化工厂，1999到2003年的5年中，男婴仅占出生婴儿的34.8%。•……环境激素是精子的最大杀手|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|82015-11-04作用机制目前对微污染物在环境中的宿命及对人类和水生生物的危害机制了解非常有限。Acomparisonofthestructuresofthenaturalhormoneestradiol(left)andoneofthenonyl-phenols(right).天然雌二醇和壬基酚的结构比较模拟作用遗传钥匙？|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|92015-11-04Biomagnification生物放大作用随着食物链中营养级的上升，化学物质的浓度会被放大。浮游植物PCBs多氯联苯放大了近5万倍胡瓜鱼鲑鱼鱼鸥蛋浮游动物引自：《环境科学与工程原理》（第1版）（美）戴维斯（Davis，M.L.），（美）马斯坦（Masten，S.J.）著，王建龙译，清华大学出版社,2007年。|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|102015-11-04|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|10城市污水中微污染物去除的必要性•城市污水是一种重要的资源，其处理的好坏将直接影响到人体的健康和受纳水体的水质。大多数微污染物以原始或中间体形式排入到污水中，随污水进入污水处理厂。Thereisagrowingneedfortreatedwastewaterreuseinwater-stressedareasandsafedisposalinmostcountriesaroundtheworld.污水经处理后安全回用和排放的需要|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|112015-11-04Removalofmicropollutants污水中微污染物质的去除方法•传统的污水处理方法如混凝、沉淀、过滤等对大多数微污染物的去除率不到25%；•氯化处理的副产品17ß-雌二醇具有雌激素活性；•常规污水处理过程增加活性碳(PAC)吸附可以去除75%以上的微污染物；而粘土、膨润土作吸附剂效果不佳；•UV紫外辐射需要极高的剂量，因此不经济；•FeCl3混凝和磁性离子交换树脂法效果也不太好；•高级氧化法(AOPs)如臭氧氧化、超声氧化、光催化氧化及高级膜法处理非常有效；•另外，白腐菌、山葵过氧化物酶和漆酶等也是可能的途径；•中科院应用纳米技术去除饮用水中微污染物质取得成效(2012年8月)。|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|122015-11-04|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|12Membraneprocessformicropollutantsremoval膜过程去除法•纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)很有效；•微滤膜和超滤膜一般无效；•膜生物反应器(MBR)和活性碳联用方式成为很有吸引力的应用途径。|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|132015-11-04|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|13Activatedcarbonadsorption+MBR活性碳吸附＋膜生物反应器(MBR)法-取样点.自动采集7天的混合样CAS–传统活性污泥过程PAC–粉末状活性碳GAC–颗粒状活性碳MBR–膜生物反应器WW–污水Ra活性碳MBRGACfilterGAC滤床BatchPACadsorption活性碳吸附Pre-settling预沉淀|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|142015-11-04|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|14出水2Theschematicdiagramofthesystems系统示意图原污水PAC-MBRCAS-MBRGACcolumnPAC吸附沉淀池进水出水1出水4出水3风机风机PAC浆液罐进水池2-3μm滤网500mL地称地称剩余污泥剩余污泥计量泵反硝化池反硝化池控制面板控制面板TSDOpHWaterlevelTSDOpHWaterlevel缓冲罐缓冲罐Q+PQ+PGAC吸附柱-取样点|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|152015-11-04|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|15Overviewofthepilotsystems中试系统俯瞰图Bio-Cel®BC10-10膜单元(Microdyn-NadirGmbH)CAS-MBRPAC-MBRGAC吸附柱反硝化池剩余污泥PAC浆液罐出水缓冲罐出水缓冲罐控制面板|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|162015-11-04|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|16Characteristicsoftheactivatedcarbon活性碳性能参数活性碳类型PAC粉末状GAC颗粒状型号CarbopalAPHydraffinDG47/1-3原材料石煤粒径70%40µm(Gew.-%)1-3mm灰分(Gew.-%)约23%(实测值)10%容积密度-0.41-0.48(0.46实测值)内表面积1300m2/g(BET法)1000m2/g(BET法)碘吸附值1250mg/g1000±50mg/g糖蜜值0.9±0.2-|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|172015-11-04|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|17两个MBR的运行参数表（第一阶段）|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|182015-11-04|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|18PAC吸附试验和GAC吸附柱工作条件|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|192015-11-04|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|19Selectedmicropollutants–Pharmaceuticalproducts(PPs)药物微污染物分子式及结构进水浓度,ng/L备注Amidotrizoicacid(ATA)泛影酸C11H9I3N2O434501±771放射成像助剂Sulfamethoxazole(SMX)磺胺类药C10H11N3O3S1790±782磺胺类消炎药Paracetamol(PCM)扑热息痛C8H9NO231000±13115镇痛退热药Bezafibrate(BZF)苯扎贝特C19H20ClNO41880±327降低血脂和胆固醇药Carbamazepine(CBZ)卡马西平，痛可宁C15H12N2O1648±467镇静和抗癫痫药Diclofenac(DCF)双氯芬酸C14H11Cl2NO26680±1612非类固醇消炎镇痛药Ibuprofen(IPF)布洛芬C13H18O215200±4625非类固醇消炎镇痛药Iopromide(IPM)碘普罗胺C18H24I3N3O84875±2819放射成像助剂|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|202015-11-04|海南大学|环境和植物保护学院|杨飞博士|20微污染物分子式及结构进水浓度,ng/L备注iso-Nonylphenol(NP)壬基酚C15H24O3425±1424环境中主要来自清洁剂的降解产物4-tert-Octylphenol(OP)辛基酚C14H22O191±143橡胶,杀虫剂,涂料,护肤品等含有BisphenolA(BPA)双酚AC15H16O22228±1608用于塑料和环氧树脂中，如罐头内涂层、牙齿填充物等Estrone(E1)雌激素酮C18H22O2三种雌激素之一。仅绝经后的女性产生17a-Ethinylestradiol(EE2)乙炔基雌二醇C20H24O2雌二醇的衍生物，用于口服避孕药17b-Estradiol(E2)雌二醇C18H24O2三种雌激素之一。雄性雌性均产生Estriol(E3)雌激素