城市污水厂污泥中邻苯二甲酸酯类环境激素的研究

摘要

城市污水厂污泥是城市污水处理厂中污水处理的终端产物，是我国亟待解决的环境问题。由于城市污水厂污泥中含有大量的有机质和植物营养素，污泥的资源化利用越来越受到重视，但污泥中含有的多种环境激素限制了污泥资源化利用的可行性。环境激素具有类似雌性激素的作用，能影响生物的内分泌系统。隶属于环境激素之一的邻苯二甲酸酯主要用作塑料增塑剂，易从塑料扩散到外环境中。随着塑料工业的发展和塑料制品的广泛应用，邻苯二甲酸酯已大量进入环境，并通过各种途径进入并富集到城市污水厂污泥中，对生态环境和人类健康造成了一定影响。 由于邻苯二甲酸酯类环境激素可能产生的危害及城市污水厂污泥资源化利用的趋势，对城市污水厂污泥中的邻苯二甲酸酯类环境激素进行研究，具有非常重要的实际意义。本论文采用气相色谱—质谱联用方法分析了不同污水处理厂污泥中邻苯二甲酸酯的含量及分布模式，探讨了污水处理厂污水处理过程中邻苯二甲酸酯的去除及迁移情况，研究了城市污水厂污泥中邻苯二甲酸酯的好氧降解规律及对污泥好氧消化的影响，并建立了邻苯二甲酸酯分子结构与好氧生物降解性能之间的定量关系，以期为城市污水厂污泥的处理处置及资源化利用提供依据和基础资料。 对北京5座城市污水处理厂污泥中邻苯二甲酸酯的含量及分布模式的研究表明，污泥中的邻苯二甲酸酯总含量在20.798～58.245mg/kg干污泥之间，参照丹麦污泥农用标准，除北小河污水处理厂污泥中的邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)含量超标外，其余污水处理厂污泥及庞各庄污泥转运中心有机肥中的DEHP含量均满足标准；各污水厂污泥中邻苯二甲酸酯的分布模式相同，峰值都位于DEHP，其余化合物含量较低；影响城市污水厂污泥中邻苯二甲酸酯种类和含量不同的可能因素包括：邻苯二甲酸酯的理化性质、生物降解性能、污水与污泥处理工艺、污水中邻苯二甲酸酯的来源及含量情况等。 对高碑店污水处理厂一分厂中邻苯二甲酸酯去除及迁移情况的研究表明，污水处理过程中DEHP的总去除率为90.0％，所去除的DEHP大部分被吸附在初沉污泥和剩余污泥中，约为63.9％，曝气池的去除率约为20.7％；污水处理厂内部污水造成了相当大的DEHP负荷，约为外部进水DEHP负荷的30％；出水中的DEHP浓度满足《地表水环境质量标准》中的集中式生活饮用水地表水源标准；污泥处理过程中DEHP的总去除率为混合污泥的77.5％，所去除的DEHP大部分通过厂内下水道系统回流到污水处理流程中，约为混合污泥的71.3％。DEHP在污泥厌氧消化中的去除率较低，约为混合污泥的6.2％。 DEHP对污泥好氧消化影响的研究表明，当进泥中DEHP投加量为20mg/L时，对VSS去除率基本上没有影响，当DEHP投加量增加到100mg/L以上时，VSS去除率随投加量的增加而降低；500mg/L的DEHP投加量对邻苯二甲酸二甲酯(DMP)的好氧降解没有产生明显影响。 对城市污水厂污泥中邻苯二甲酸酯好氧生物降解动力学规律的研究表明，城市污水厂污泥中邻苯二甲酸酯类化合物好氧生物降解速率常数随烷基链含碳数的增加而降低；污泥中邻苯二甲酸酯类化合物的好氧生物降解可用一级反应动力学模型描述；邻苯二甲酸酯的好氧生物降解速率常数与烷基链含碳数、正辛醇-水分配系数之间存在良好的关联性。 对邻苯二甲酸酯理化性质、分子结构与好氧生物降解速率相关性的研究表明，随价分子连接性指数1Xv和4Xvp的增加，邻苯二甲酸酯的正辛醇-水分配系数Kow和吸附系数Koc增加，气相色谱保留时间Rt延长，水溶解度Cw下降；分子量Mw、价分子连接性指数0Xv、1Xv与生物降解速率常数和降解半衰期之间存在良好的相关性；用逐步多元回归统计分析方法所得到的邻苯二甲酸酯定量结构-生物降解性关系(QSBR)模型表明，污泥中邻苯二甲酸酯类化合物的好氧降解速率常数与分子连接性指数(0X、1X、2X、3Xp、4Xp)相关。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

第2章城市污水厂污泥中邻苯二甲酸酯的分布及影响因素

第3章城市污水处理厂中邻苯二甲酸酯的去除及迁移情况

第4章邻苯二甲酸二(2-乙基己基）酯对污泥好氧消化及邻苯二甲酸二甲酯降解情况的影响

第5章城市污水厂污泥中邻苯二甲酸酯好氧生物降解规律研究

第6章邻苯二甲酸酯分子结构与理化性质及好氧生物降解性的相关性

结论

参考文献

缩略词表

附录

攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢