不同植物垂直流人工湿地对水中PPCPs物质的去除效果研究

摘要

医药品和个人护理品(pharmaceutical and personal care products)，简称PPCPs，在水环境中被频繁检出，尽管浓度非常低，但它们对水生环境仍可能造成长期的不良影响，生态毒性影响很难预测，对动物和人类健康都有着潜在威胁。人工湿地对有机污染物有很强的去除效率，尤其是对于PPCPs，选择用人工湿地处理含PPCPs的污水具有经济效益且处理效果好。　　本文在PPCPs中选择我国市场上最常使用的消炎药布洛芬和抗生素罗红霉素为目标物质，设计并搭建模拟垂直流人工湿地装置，其中填充砾石填料，选用美人蕉、花叶芦竹、伞草三种植物种植其中，另外设置无植物组做对比。实验建立固相萃取-高效液相色谱检测法，并对色谱柱、流动相条件进行筛选，以期得到相对最好的检测效果。　　本研究在重庆市某药厂和某医院进行取样，在药厂未经过任何处理的废水中测得布洛芬的浓度为567μg/L，罗红霉素的浓度为2.27μg/L（药厂在此期间主要生产布洛芬）;医院未经过处理的废水中测得的布洛芬、罗红霉素的浓度分别为12.03μg/L、2.73μg/L。实验设置药物进水浓度参考在实际水环境中测得的药物浓度，最后选取中间浓度，定为100μg/L。实验在装置中通入人工配制的污水，研究不同植物人工湿地对目标物质的降解效果，并研究不同季节、不同进水方式、不同的水力停留时间条件下对罗红霉素和布洛芬的去除效果的影响，最后对这些影响因素的相关实验数据进行单因素和双因素方差分析。　　研究表明，四组人工湿地对罗红霉素的去除效果依次是:花叶芦竹＞美人蕉＞伞草＞无植物，花叶芦竹对罗红霉素的去除效果最好，可达到94.06％;四组人工湿地中植物对布洛芬的去除效果依次是:美人蕉＞花叶芦竹＞伞草＞无植物，美人蕉对布洛芬的去除效果最好，可达到69.74％;三组有植物的人工湿地的去除效率显著高于无植物组，证明植物的存在有利于罗红霉素和布洛芬的去除;且经过方差分析得出，植物类型对人工湿地去除罗红霉素有显著影响，对布洛芬无显著影响。在冬季四组人工湿地罗红霉素的平均去除效率在77.85％～81.06％之间，布洛芬的平均去除效率在39.14％～61.09％之间，均低于夏季的去除效率，证明在夏季人工湿地对罗红霉素和布洛芬的去除效果更好。罗红霉素和布洛芬在快速进水(5000ml/min)的方式下比缓慢进水(13ml/min)的方式下去除效果要更好。通过对比水力停留时间为1d，2d，4d时两种药物的去除效果发现，罗红霉素两天已被快速去除掉大部分，2d是罗红霉素相对合适的水力停留时间;适当增加水力停留时间可以使布洛芬更加充分的被人工湿地中生物降解，4d是实验中布洛芬的最佳水力停留时间。通过方差分析可知，在三组有植物的人工湿地中，季节、水力停留时间和进水方式对布洛芬和罗红霉素的去除率均有显著影响（除美人蕉组在季节影响下没有显著差异）;在去除罗红霉素和布洛芬时，植物类型与季节均存在交互作用;在去除罗红霉素相关实验中，植物类型与进水方式存在交互作用。　　由于实验条件和时间的限制，本文没有对植物和内部微生物群落等对PPCPs的具体去除比例进行研究，今后还需继续探索，让人工湿地去除PPCPs的机理更加具体和清晰。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1国内外去除PPCPs研究现状

1．1．2 PPCPs的污染现状及危害

1．1．3水环境中PPCPs的去除方法

1．2人工湿地处理PPCPs的机理

1．2．1填料的吸附作用

1．2．2植物的吸收作用

1．2．3微生物的分解作用

1．2．4水解和光降解

1．3不同种类PPCPs的去除效率

1．3．1抗生素类药物

1．3．2消炎止痛类药物

1．3．3抗癫痫类药物

1．3．4刺激类药物

1．3．5香料

1．4影响人工湿地去除PPCPs的因素

1．4．1植物种类的影响

1．4．2填料种类的影响

1．4．3湿地类型的影响

1．4．4温度的影响

1．4．5 pH的影响

1．4．6氧化还原电位的影响

1．4．7水力停留时间的影响

1．4．8进水方式的影响

1．5研究目的及意义

1．5．1研究目的

1．5．2研究意义

1．6研究主要内容和技术路线

1．6．1研究的主要内容

1．6．2技术路线

1．6．3主要创新点

第2章试验装置与试验方案

2．1试验设备及材料

2．1．1试验设备

2．1．2试验试剂与材料

2．2试验方案

2．2．1 PPCPs物质的选择

2．2．2人工湿地模拟装置的设计

2．2．3模拟生活污水的配制

2．2．4填料的选择

2．2．5人工湿地中植物的选择

2．2．6采样方法

2．2．7流动相的选择

2．2．8色谱柱的选择

2．2．9固相萃取的步骤

2．2．10统计方法

2．3本章小结

第3章布洛芬和罗红霉素在实际水环境中的存在

3．1药厂中的布洛芬和罗红霉素

3．1．1药厂水样处理

3．1．2药厂水样检测

3．1．3罗红霉素检测结果分析

3．1．4布洛芬检测结果分析

3．2医院中的布洛芬和罗红霉素

3．2．1医院水样处理

3．2．2医院水样检测

3．2．3罗红霉素检测结果分析

3．2．4布洛芬检测结果分析

3．3实验用水中药物浓度的确定

3．4本章小结

第4章罗红霉素的去除效果与分析

4．1罗红霉素回收率的测定

4．2植物对罗红霉素去除效果的影响

4．3季节对罗红霉素去除效果的影响

4．4进水方式对罗红霉素去除效果的影响

4．5水力停留时间对罗红霉素去除效果的影响

4．6方差分析结果

4．6．1单因素方差分析

4．6．2双因素方差分析

4．7本章小结

第5章布洛芬的去除效果与分析

5．1布洛芬回收率的测定

5．2植物对布洛芬去除效果的影响

5．3季节对布洛芬去除效果的影响

5．4进水方式对布洛芬去除效果的影响

5．5水力停留时间对布洛芬去除效果的影响

5．6方差分析结果

5．6．1单因素方差分析

5．6．2双因素方差分析

5．7本章小结

第6章结论与展望

6．1结论

6．2展望

参考文献

致谢

附录