曝气生物滤池好氧硝化强化去除典型碘化造影剂的研究

摘要

药品和个人护理用品(Pharmaceutical and Personal Care Products，PPCPs)是近年来在水源水和饮用水中发现的新兴痕量污染物质，这些物质大多具有较强的生物反应活性和富集放大效应，可以通过饮用水及食物链等多种途径危害人体健康。碘化造影剂(Iodinated ContrastMedia，ICM)作为一种常见的PPCPs物质在不同环境介质中被频繁检出，其迁移分布特征和污染危害影响已引起相关研究人员的广泛关注。
　　 本研究选取其中常见的碘普罗胺(Iopromide，IOP)和碘美普尔(Iomeprol，IOM)作为研究对象，研究水源水的生物预处理好氧硝化对ICM降解的促进作用。得到如下结论:
　　 (1)取上海市松江区污水处理厂二沉池回流污泥对硝化细菌进行富集培养，培养条件:室温，pH:6.5～8.5，DO大于2 mg·L-1，外加适量有机物碳源和载体。当进水氨氮浓度提高至300 mg·L-1，碳氮比为1.7时，硝化细菌经过4周左右的富集培养，驯化污泥中亚硝酸菌和硝酸菌的浓度分别达到了3.5×107 MPN·ml-1和2.5×108MPN· ml-1，是未经富集污泥细菌数量的117倍和42倍。驯化污泥培养到30天时，氨氮去除率为96.7％。硝化细菌的硝化强度可达67.90mg(NH4+-N)· L-1·h-1，硝化速率达到9.504 mg(NH4+-N)·[g(MLSS)·h]-1。
　　 (2)富集培养的硝化细菌能有效促进典型ICM的降解，其最佳反应条件为:温度30℃，pH8.0～8.5之间，IOP初始投加浓度10 mg·L-1。本研究通过考察外加碳源对硝化细菌降解碘普罗胺的影响，发现了其共代谢机制。当在培养基中加入葡萄糖、可溶性淀粉和麦芽糖时，碘普罗胺的降解率得到显著提高，尤其在加入500 mg·L-1葡萄糖作为外加碳源时，硝化细菌对碘普罗胺的3天降解率可达60.3％。在最佳环境条件下，硝化细菌对碘普罗胺的5天降解率可达84.1％，同时对另一典型的ICM类物质——碘美普尔，也具有一定降解效果。
　　 (3)将富集得到的硝化细菌接种到填料为火山岩的曝气生物滤池中，挂膜启动，建立以曝气生物滤池硝化作用强化去除微污染水源水中典型ICM的方法与技术。研究表明，经过12天的挂膜运行，接种硝化细菌的曝气生物滤池内生物量丰富，氨氮去除效率高达到95.2％。在确定的最佳工艺条件下:气水比为4∶1，水力负荷为0.4m3·(m2·h)-1，其对应的水力停留时间（HRT）为3h，进水流量为3.0 L·h-1，投加富集硝化细菌的反应器对IOP和IOM的去除效率分别达到94.9％和83.4％;而在硝化反应受到抑制的情况下，对IOP和IOM的去除率均不超过15％。因此试验结果可以说明，硝化反应的进行有利于ICM的降解去除。接种富集硝化细菌的反应器对IOP和IOM8天的平均降解率分别为84.5％和68.7％，比未富集硝化细菌的曝气生物滤池的去除率分别高31.2％和21.7％。表明向BAF反应器内接种富集硝化细菌强化去除典型ICM的效果明显，其方法是有效可行的。
　　 (4)对不同高度滤料层污染物分布取样分析得到，滤料对有机物的去除主要发生在进水之后的60 cm范围内，占整个反应器TOC去除比例的95.7％;滤料层对氨氮的去除较快，在40 cm处，氨氮的去除率达到68.4％，占反应器去除总量的82.5％;反应器对IOP和IOM的去除开始较缓慢，在滤料层40 cm处降解去除开始加快，40～60 cm范围内是主要的去除区域。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 药品及个人护理用品(PPCPs)概述

1．1．2 碘化造影剂(ICM)简介

1．1．3 水环境中ICM的来源及污染现状

1．1．4 ICM的危害及对生态环境的影响

1．2 国内外研究现状和发展趋势

1．2．1 国内外研究现状

1．2．2 发展趋势

1．3 课题研究目的与意义

1．4 课题研究内容、技术路线及创新点

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

1．4．3 课题创新点

2 典型ICM在微污染水源水中的检测方法

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 试验试剂和仪器

2．2．2 标准溶液的配制

2．2．3 水样的固相萃取富集处理

2．2．4 HPLC分析条件

2．2．5 标准曲线的制作

2．2．6 方法回收率及精密度试验

2．2．7 加标回收率与准确度试验

2．2．8 实际水样的检测

2．3 结果与讨论

2．3．1 HPLC分析条件的确定

2．3．2 标准曲线的绘制

2．3．3 方法回收率及精密度

2．3．4 加标回收率与准确度

2．3．5 实际水样的检测

2．4 本章小结

3 硝化细菌的富集培养及其降解特性研究

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 试验材料

3．2．2 试验设想

3．2．3 培养条件与装置图

3．2．4 培养方法

3．2．5 测定方法

3．2．6 硝化细菌对典型ICM降解特性研究方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 培养过程中监测指标的变化情况

3．3．2 驯化污泥对水体氨氮去除效果的研究

3．3．3 驯化污泥的硝化强度和硝化速率

3．3．4 硝化细菌的计数(MPN计数法)

3．3．5 硝化细菌对典型ICM降解特性的研究

3．4 本章小结

4 曝气生物滤池的挂膜启动及其工艺运行参数的优化研究

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 试验用水

4．2．2 试验装置及填料

4．2．3 试验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 曝气生物滤池启动期间生物相分析

4．3．2 滤料挂膜前后的表面电镜观察

4．3．3 挂膜期间曝气生物滤池运行处理效果

4．3．4 稳定运行期滤池工艺运行参数的优化研究

4．3．5 最佳工艺条件下曝气生物滤池的处理效果

4．4 本章小结

5 曝气生物滤池硝化强化去除典型ICM的研究

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 试验配水

5．2．2 试验装置

5．2．3 试验方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 进水原水TOC与CODMn的相关性研究

5．3．2 曝气生物滤池滤料静态吸附试验

5．3．3 稳定运行期BAF对典型ICM的去除研究

5．3．4 滤料沿程高度处理效果的研究

5．3．5 好氧硝化对BAF去除典型ICM的影响

5．4 本章小结

6 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢