活性污泥系统中典型内分泌干扰物的检测与迁移转化研究

论文摘要

内分泌干扰物（EDCs）在环境中的广泛存在对人类和其他生物的健康构成了潜在威胁,而污水中的内分泌干扰物在经过城市污水处理厂处理后随污水和污泥的排放是影响其最终去向的重要途径之一。本论文选取了来自工业生产过程中的内分泌干扰物壬基酚、辛基酚、4-t-辛基酚和双酚A四种疏水性较强的烷基酚类的内分泌干扰物,以及17-α-乙炔基雌二醇和雌三醇两种类固醇类内分泌干扰物进行污水处理工艺中主要内分泌干扰物的迁移转化分析。主要研究内容包括:污水和污泥中EDCs的分析方法的优化,实际污水处理厂中EDCs在不同处理单元的浓度变化分析以及通过实验室小试分析在生物处理中活性污泥对EDCs的吸附和降解特性。对EDCs分析过程优化的研究表明通过衍生化方法能够有效提高EDCs尤其是类固醇类物质的分析精度和回收率,衍生化后样品通过气相色谱-质谱联用技术进行分析,所测6种EDCs的污水加标回收率为73.3%-124%,污泥加标回收率为84.8%-122.5%,精密度在1.34%-10.5%之间,最低检出限均低于1.87ng/L。同时也证明了极性较强的Plexa小柱作为活性污泥样品的固相萃取柱更为理想。在对闵行污水处理厂各个单元污水进行分析研究过程中,发现EDCs的去除主要通过与悬浮固体吸附共沉淀去除和在生化池中生物污泥的吸附降解去除,而在生化池的缺氧段EDCs中NP和OP存在明显的水相浓度升高的现象,这主要是由于回流的生物污泥在溶解氧缺少的情况下重新释放所造成以及其前体物的降解所致,这也说明了在二次沉淀池中存在着EDCs重新释放到处理水中,引起EDCs随水排放到环境中的风险。在实验室小试条件下,通过小型生物反应装置分别进行了活性抑制状态、缺氧状态和有氧状态下活性污泥对EDCs的吸附降解分析试验。试验结果表明,活性污泥对于所测物质在近0.5小时内快速吸附的过程,水相呈相应地快速下降趋势,然后缓慢趋于平衡状态,各种EDCs的泥相-水相的分配系数logKd与辛醇-水分配系数logKow的相关性为R> 0.8813。溶解氧水平不仅对污泥的吸附特性产生明显影响,同时也对活性污泥对EDCs的降解过程有重要的作用。溶解氧的提高明显强化了活性污泥对EDCs的吸附性能,在有氧状态下,活性污泥中4-t-辛基酚、辛基酚、壬基酚、双酚A、17-α-乙炔基雌二醇、雌三醇Kd值分别为57953L/kg,87983 L/kg,378349 L/kg,2193.3 L/kg,1769.5L/kg,30.84 L/kg,在缺氧状态下,Kd值分别为1586.3L/kg,23678.5 L/kg,24831.4 L/kg,16.54 L/kg,68.73 L/kg,1.88 L/kg。同时也提高了微生物对烷基酚类EDCs去除效率,有氧状态下,6小时去除率均超过89.7%;缺氧状态下,除雌三醇外,去除率都在77.6%以下。而17-α-乙炔基雌二醇的去除则主要依靠污泥的吸附作用来去除,雌三醇的去除依靠快速转化作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究概述
• 1.1.1 内分泌干扰物的分类
• 1.1.2 内分泌干扰物特点与其作用的基本机制
• 1.1.3 内分泌干扰物的迁移转化
• 1.1.4 内分泌干扰物的危害和影响
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 具有内分泌干扰活性的化合物的全面的筛选和确认的方法研究
• 1.2.2 内分泌干扰物监测技术的研究
• 1.2.3 内分泌干扰物控制技术的研究
• 1.3 所选六种典型EDCs介绍
• 1.3.1 所选六种典型EDCs的结构与性质
• 1.3.2 所选六种典型EDCs在生活污水中的分布及转化研究现状
• 1.4 本课题的意义及研究内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 技术路线
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验试剂及仪器
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 仪器和材料
• 2.2 实验装置
• 2.3 样品的采集及处理
• 2.3.1 样品采集
• 2.3.2 分析样品的预处理
• 2.3.3 样品的富集与提纯
• 2.3.4 未衍生样品处理
• 2.3.5 样品的衍生处理
• 2.4 定性与定量分析的参数条件
• 2.4.1 未衍生样品的GC/MS分析参数
• 2.4.2 衍生样品的GC/MS分析参数
• 第三章 活性污泥中内分泌干扰物的分析方法的建立
• 3.1 直接分析法
• 3.2 衍生样品分析法
• 3.2.1 衍生剂用量的确定
• 3.2.2 衍生的温度时间条件
• 3.2.3 测定方法
• 3.2.4 标准曲线的绘制
• 3.2.5 精密度、回收率、检出限
• 3.3 污水中内分泌干扰物分析方法的建立
• 3.3.1 水样前处理方法
• 3.3.2 三种SPE柱萃取回收率比较
• 3.4 污泥中内分泌干扰物分析方法的建立
• 3.4.1 污泥样品预处理方法的建立
• 3.4.2 污泥的加标回收率
• 3.5 本章小结
• 第四章 城市污水处理系统内分泌干扰物去除效果评价
• 4.1 闵行净化水厂简介
• 4.2 测定方法
• 4.3 各工艺流程污水中EDCs的分布特征
• 4.3.1 进水中各EDCs浓度分布
• 4.3.2 初沉池水中各EDCs浓度分布
• 4.3.3 缺氧池水中各EDCs浓度分布
• 4.3.4 好氧池水中各EDCs浓度分布
• 4.3.5 二沉池出水中各EDCs浓度分布
• 4.4 各工艺流程污水中所测EDCs的去除效果
• 4.5 本章小结
• 第五章 内分泌干扰物在在生物处理过程中的迁移转化分析
• 5.1 活性抑制状态下生物污泥对EDCs的吸附行为分析
• 5.1.1 实验方法
• 5.1.2 EDCs在活性抑制污泥的水相和泥相中的浓度变化
• 5.1.3 EDCs在活性抑制污泥反应器中污泥-水相的分配系数Kd值
• 5.2 有氧状态活性污泥对EDCs去除规律的研究
• 5.2.1 实验方法
• 5.2.2 EDCs在有氧活性污泥中行为和去除分析
• 5.2.3 有氧活性污泥对所测物质的Kd值的分析
• 5.3 缺氧状态下活性污泥对EDCs去除规律的研究
• 5.3.1 实验方法
• 5.3.2 缺氧活性污泥的泥相-水相浓度分布和去除效果分析
• 5.3.3 缺氧活性污泥对所测物质的Kd值的分析
• 5.4 有氧活性污泥与缺氧活性污泥对EDCs去除效果的对比分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文