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水中新型污染物及去除研究进展


第 34 卷第 5 期 2014 年 5 月

工业水处理

Industrial Water Treatment

Vol.34 No.5 May,2014

水中新型污染物及去除研究进展
韦晓竹 ,顾 平 ,张光辉
( 天津大学环境科学与工程学院 ,天津 300072)

/>[ 摘要 ] 新型污染物是指水环境中浓度低 , 潜在影响大且现有水质指标并不能很好反映其实际污染状况的一大 类物质 。 由于新型污染物种类较多 , 水处理设施对其去除效果具有不确定性 , 导致其对水生态系统及人体健康产生 潜在影响 。 综述了这类污染物在给水 、 污水处理及回用领域的存在现状和处理工艺 。 [ 关键词 ] 水环境 ; 新型污染物 ; 污染源 ; 去除工艺 [ 中图分类号 ] X703 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1005-829X (2014 )05-0008-05

Research progress in the new model of pollutants in water and their removing methods
Wei Xiaozhu ,Gu Ping ,Zhang Guanghui (School of Environmental Science and Engineering ,Tianjin University ,Tianjin 300072,China ) Abstract : The new type of pollutants refers to a large class of low-concentration substances that emerge in aquatic environment and have great potential impact. The present water quality indexes cannot well reflect their actual polluting state. Since the types of these pollutants are numerous ,the removing efficiencies of these pollutants by water treatment facilities are uncertain ,resulting in potential effects on aquatic ecosystems and human health. The current situation and treatment processes of this kind of pollutants in the fields of water supply ,wastewater treatment and reuse are summarized. Key words : aquatic environment ;emerging pollutants ;pollution source ;removing process
随着经济发展和社会进步 , 种类繁多的药物及 个人护理品 (PPCPs )、 内分泌干扰物 (EDCs )、 消毒副 产物 (DBPs )、 环境激素 、 农药等被排入水环境 , 这类 物质通常易于生物富集 , 在低浓度下影响水生生物 的健康 , 进而影响到人类健康 〔1-4]。 且这类物质大多
[ 基金项目 ] 国家自然科学基金资助项目 (50908158 ); 教育部博士点基金资助项目 (2009003210040 )

没有具体的相关环境管理政策法规或排放标准控 制 ,通常被称为新型污染物 〔5-9]。 现有的 BOD5、COD 、

TOC、NH3-N 等水质指标并不能很好地评价水体中
的新型污染物 。

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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[ 收稿日期 ] 2014-03-06 ( 修改稿 )

8

工业水处理 2014-05 ,34(5)

韦晓竹 , 等 : 水中新型污染物及去除研究进展

1

水环境中新型污染物的来源及污染现状
新型污染物主要通过以下几种途径污染饮用水

0.02~26 μg/L,5 种物质的去除率达 95% 以上 ,17 种 物 质 的 去 除 率 达 到 50%~90% ,14 种 药 物 及 个 人 护
理品的去除率小于 20% , 出水质量浓度为 0.012~5.6

水源 :(1)工业污染源 。 工业企业产生的含新型污染 物的污水排入水体 , 进而影响饮用水水质 。 (2)给水 系统污染源 。 例如双酚 A (BPA )、 烷基酚 、 邻苯二甲 酸酯类 (PAEs )、 多环芳烃类 (PHAs ) 等内分泌干扰物 会从塑料配水管道溶入水体 〔1〕。 氯消毒会增加多环 芳烃从煤焦油沥青涂层的配水管道浸出的可能性 , 从而污染饮用水水源 〔10〕。 (3) 污水处理系统排水污 染 。 由于污水处理厂的常规处理工艺对内分泌干扰 物通常不能达到良好的去除 , 导致痕量的内分泌干 扰物排入地表水体 , 进而污染到饮用水水源 〔1〕。 (4) 医院污水 。 医院污水常含有各种药物 、 放射性核素 、 溶剂及消毒剂等 , 造成水源污染 〔7〕。 (5) 垃圾填埋场 渗滤液 。由于个人护理产品 、 含有添加剂的日常用品 废弃物等的填埋处理 , 造成了垃圾填埋场渗滤液中 含有各种类型的新型污染物 , 如果处理不当可能造 成水源污染 〔11〕。 各类水域中新型污染物的种类及出现的概率引 起了研究者的广泛兴趣 。 N. Martí 等 〔12〕考察了西班 牙巴伦西亚自治区沿海水域及沿海区域的 28 个污 水处理厂出水中环境优先污染物的分布情况 : 在沿 海水域中 ,有 13 种分属于四大类 ( 挥发性有机物 、有 机氯农药 、 邻苯二甲酸酯类 、 三丁基锡类 ) 污染物出 现的概率大于 20% 。 R. Rodil 等 〔8〕考察了 53 种分别 属于药物 、 有机磷阻燃剂 / 增塑剂 、 三氯生 、 苯氧基型 除草剂 、 杀虫剂的新型污染物在西班牙西北部加利 西亚地区废水、地表水及饮用水中的污染情况:

μg/L。 X. J. Kong 等 〔14〕研究了哈尔滨某市政污水处理
厂对邻苯二甲酸酯类及农药类新型污染物的去除效 果 , 进水中污染物的质量浓度为 0.074~7.152 μg/L , 出水中物质的质量浓度为 0.021~2.953 μg/L ,最大去 除率为 98.9% , 最小去除率为 22.7% , 显示了污水处 理 厂 对 上 述 新 型 污 染 物 有 一 定 的 去 除 效 果 。 A.

Bernabeu 等 〔9〕报导了西班牙东部某采用活性污泥法
的污水处理厂对 11 种新型污染物的去除效果 , 进水 质 量 浓 度 为 0.03~15.79 μg/L ,2 种 物 质 的 去 除 率 达 到 98% 以上 ,1 种物质的去除率为 70% ,2 种物质的 去除率小于 30% ,6 种物质基本上没有去除效果 。 由此可见 , 常规污水处理设施对各类新型污染 物的去除效果具有很大的不确定性 。

2.2

处理工艺研究 鉴于常规污水处理设施的处理效果具有不确定

性 , 研究者应用各种工艺对新型污染物的去除进行 了广泛的研究 。

2.2.1

混凝沉淀法 混凝沉淀法工艺成熟且应用广泛 。但是 , 研究者

普遍认为混凝沉淀法并不能很好地去除水中的新型 污染物 〔15-18〕。

P. Westerhoff 等 〔15〕考察了硫酸铝混凝沉淀对饮 用 水 水 源 水 中 60 种 质 量 浓 度 为 30~150 ng/L 的 药
物及个人护理品和内分泌干扰物的去除效果 , 绝大 多数目标新型污染物的去除率并不受水源水中污染 物浓 度 及 组 成 的 影 响 ; 在 pH 为 6.8,Al3+ 投 加 量 为

19 种污染物存在于废水中 , 其平均质量浓度高 达 0.1 μg/L, 其中 3 种物质的质量浓度超过 1 μg/L; 经 过污水处理厂处理后 , 仍有 11 种污染物平均质量浓
度超过 0.1 μg/L 。 Y. Yoon 等 〔13〕报导了韩国首尔区域 汉江中 31 种内分泌干扰物和药物及个人护理品 ,其 质量浓度为 56~1 013 ng/L , 是汉江中最为常见的新 型污染物 。

6.3 mg/L 时 ,46 种污染物的去除率小于 20% , 只有
疏水性极大的多环芳烃和杀虫剂的去除率能分别达 到 60%~80% 和 25%~50% , 这可能是其易于吸附至 溶液中悬浮颗粒及沉淀絮体中的缘故 。 试验结果表 明 : 物质的疏水性是影响该工艺去除率的重要因素 。

2
2.1

新型污染物的去除
污水处理设施对新型污染物的去除 由于新型污染物在水环境中广泛存在 , 而且对

C. Adams 等 〔16〕应用铝盐或铁盐混凝沉淀 、 过量石灰/ 苏打粉软化去除饮用水水源中的 7 种抗生素 , 研究
表明基本上没有去除效果 。

水环境及人类健康具有潜在影响 , 常规污水处理设 施对新型污染物的去除效果引起了人们的广泛关注 。

R. Rosal 等 〔6〕 探讨了市政污水处理厂对新型污
染物的去除效果, 进水中污染物的质量浓度为

M. Bodzek 等 〔17〕 应用聚合氯化铝作为混凝剂处 理水中 6 种 甾 族 性 荷 尔 蒙 ,Al3+ 投 加 量 为 5.4 mg/L , 去除率达到 17%~40% 。 N. Vieno 等 〔18〕研究了硫酸铁 作为絮凝剂对水中 5 种药物的去除效果 , 除了双氯 芬酸 , 各 物 质 的 去 除 率 均 小 于 10% , 但 随 着 水 中 高
分子质量溶解性有机物的增加 ,双氯芬酸 、 布洛芬和

9

专论与综述 苯扎贝特的去除率分别提高到 77%、50%和 36%,表 明水中高分子质量溶解性有机物的存在会促进易电 离药物的去除 。 标化合物的吸附 。

工业水处理 2014-05 ,34(5 )

2.2.3

膜工艺 应用于水处理领域的膜主要包括微滤 (MF )、 超

2.2.2


活性炭吸附法 活性炭对水中新型污染物有良好的去除效 , 研究内 容 主 要 集 中 在 吸 附 等 温 线 及 吸 附
〔15〕

滤 (UF )、 纳 滤 (NF )、 反 渗 透 (RO ) 等 , 常 用 于 新 型 污 染物处理的膜主要为 UF 、NF 及 RO 。

〔15-16, 19〕

H. Ozaki 等 〔25〕探讨了低压聚酰胺反渗透膜工艺
对药物及个人护理品和内分泌干扰物的去除效果 。 研究结果表明 : 不离解溶质的截留主要依靠吸附及 尺寸截留作用 , 溶液 pH 对其不产生影响 ; 离解溶质 的截留主要靠静电排斥作用 , 不同 pH 时 , 溶质的离 解度成为聚酰胺 RO 膜对其去除的主要影响因素 。

动力学 、 背景有机物的影响等 。

P. Westerhoff 等

研 究 了 粉 末 活 性 炭 (PAC ) 对

60 种质量浓度为 18~191 ng/L 的药物及个人护理品 和 内 分 泌 干 扰 物 的 去 除 效 果 ,PAC 投 加 量 为 5 mg/L , 吸 附 时 间 为 4 h, 出 水 质 量 浓 度 可 低 至 小 于 1 ng/L , 最高为 50 ng/L ; 除了 4 种物质的去除率小于 30% 以外 , 其余物质的去除率可达 47%~98% , 且 去 除效果不受污染物初始浓度的影响 。 C. Adams 等 〔16〕
探讨了 PAC 对饮用水水源中质量浓度均为 50 μg/L 的 7 种抗生素的去除效果 , 在吸附时间为 4 h ,PAC 投 加 量 分 别 为 10 、20、50 mg/L 时 , 去 除 率 分 别 为

Y. Yoon 等 〔26〕 应用 NF 和 UF 工艺去除 52 种质量浓 度 为 2~250 ng/L 的 药 物 及 个 人 护 理 品 和 内 分 泌 干
扰物 , 表明疏水性吸附及尺寸截留是其去除上述物 质的主要机制 , 且尺寸截留起主导作用 ; 同时 , 研究 结果表明 : 水样的性质 ( 如 pH 、DOC 、 离子强度 ), 待 处理物性质 ( 极性和疏水性 ) 和膜的性质 ( 膜孔径 、 疏 水性等 ) 同样是该工艺不可忽略的影响因素 。 J. L.

49%~73% 、65%~100% 、 大于 90% 。 A. Jusoh 等 〔19〕 的
研究结果表明 : 颗粒活性炭对马拉硫磷具有良好的 处理效果 ,吸附容量可达 909.1 mg/g 。

Acero 等 〔27〕应用 UF 和 NF 膜处理水中 11 种新型污 染物 ,NF 对污染物的截留率大于 70% , 尺寸截留及
静电排斥起主要作用 ; 超滤对污染物的截留主要依 赖吸附作用 , 截留率小于 50% 。P. Xu 等 〔28〕研究了 NF 和 RO 膜对药物的去除效果 , 二级出水有机物的存 在 有 助 于 NF 及 反 渗 透 膜 对 水 中 易 电 离 药 物 的 截 留 ,这可能是由于其减少了膜表面负电荷的缘故 ; 水 中各易电离药物的质量浓度为 300 ng/L 时 , 各种膜 对其的截留率达到 89% 以上 。 综上所述 ,膜技术对新型污染物具有良好的去除 效果。 但是,浓水的处置是该工艺必须面临的问题 。

Langmuir 及 Freundlich 是两种成熟且应用广泛
的描述活性炭对新型污染 物 去 除 的 模 型 。 Y. Yoon 等 〔20〕探讨了 PAC 对 3 种雌激素的去除效果 , 研究结 果表明 : 在饮用水水源水中其质量浓度为 500 ng/L 或 以 上 时 , 去 除 率 可 达 99% , 其 吸 附 动 力 学 符 合

Freundlich 模型 。 Qian Sui 等 探讨了中孔炭对双酚 A 的吸附性能及吸附动力学 , 其吸附符合拟二级动 力学 , 吸附容量在温度为 10~40 ℃ 时随着温度的升 高而降低 ; 当 pH 在 3~9 时 , 吸附容量没有明显变
〔21〕

化 ,而 pH 在 9~13 时 , 吸附容量急剧下降 。

2.2.4

高级氧化工艺 (1 )臭氧氧化 。 N. Nakada 等 〔29〕应用砂滤及臭氧

S. A. Snyder 等 的研究结果表明 : 水中的天然 有机物 (NOM ) 会显著降低 GAC 对目标微量有机物 的吸附容量 , 这是由于 NOM 与目标微量有机物竞 争活性炭的吸附点位以及 NOM 堵塞活性炭微孔造 成的 。 E. Dickenson 等 〔23〕的试验也印证了上述结论 ,
〔22〕

氧化组合工艺处理城市污水处理厂二级出水中的

24 种药物活性化合物 (PhACs), 绝大多数物质的去 除 率 大 于 80% , 臭 氧 氧 化 起 主 导 作 用 , 含 C=C 双
键的物质易于氧化 ,含氨基结构的化合物难于氧化 。

在相同的条件下 , 二级出水有机物的存在会显著降 低 PAC 对 5 种药物的吸附效果 。

Z. Yu 等 〔24〕 的研究 结 果 表 明 :NOM 吸 附 层 能 显
著降低活性炭对亲水性或离解溶质 ( 如萘普生 )的吸 附 。 且活性炭孔径分布范围越大 , 越易对 NOM 进行 吸附 , 从而降低 GAC 对新型污染物的吸附容量 , 因 此 , 与目标化合物更接近的孔径尺寸所占的比重越 大 , 且大孔径所占的比重越小 , 越有利于 GAC 对目

M. M. Huber 等 〔30〕的研究结果表明 : 市政污水处理厂 出水中 0.5~5 μg/L 抗生素和雌激素等类别的药物 , 经过大于等于 2 mg/L 的臭氧氧 化 后 , 去 除 率 可 达 90%~99% ,悬浮固体对处理效果影响较小 。 (2)氯氧化 。 C. Adams 等 〔16〕的研究结果表明 :氯 氧化水中质量浓 度 均 为 50 μg/L 的 7 种 抗 生 素 , 当 水中游离氯质量浓度为 1 mg/L , 各物质的去除率达 到 50% 时所需的时间为 2.8~4.3 min , 各物质的去除

10

工业水处理 2014-05,34 (5) 率为 90% 时所需的时 间 为 8.0~40.5 min 。 Q. H. Wu 等
〔31〕

韦晓竹 , 等 : 水中新型污染物及去除研究进展 是其机制为使污染物从水相转移至活性炭中 , 废活 性炭的再生或处置是其面临的问题 。 高级氧化工艺 对新型污染物的去除效果明显 , 但更适合应用于给 水处理及污水的深度处理 , 因为过高的有机物含量 会导致氧化剂消耗量的增加 , 提高了处理成本 。 同
〔16〕

的研究表明 : 游离氯可以有效地去除水中的三

氯生 、 雌三醇和雌素酮 , 但并不能有效地去除布洛 芬 、 碘普罗胺和氯贝酸 , 且 pH 显著影响其对这几种 药物的去除效果 。 (3 )光催化 。 C. Adams 等 研究了紫外线 (UV ) 降解水中质量浓 度 均 为 50 μg/L 的 7 种 抗 生 素 , 当

时 , 氯或臭氧氧化可能导致某些新型污染物转化为 其 他 毒 性 更 大 的 消 毒 副 产 物 。 膜 工 艺 (UF 、NF 及

UV 剂量为饮用水常用消毒剂量的 100 倍时 , 其去
除率达到 50%~80% , 表明 UV 并不适合用于去除上 述新型污染物 。 A. Bernabeu 等 应用 TiO2 光催化工
〔9〕

RO) 能对新型污染物起到良好的截留效果 , 极大地
减少了出水中新型污染物的浓度 , 具有良好的应用 前景 。 综合考虑 , 活性炭吸附及膜工艺是应用前景最 好的新型污染物去除方法 。
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〔30,33〕

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2.2.5

其他工艺

J. Reungoat 等 〔34〕应用中试规模的生物活性炭滤
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—— —— —— —— —— — [ 作者简介 ] 韦 晓 竹 ( 1983 — ), 硕 士 。 E - mail : wzx@tju.edu.cn 。 通讯 联系人 : 张学辉 。 E-mail :zgh@tju.edu.cn 。 [ 收稿日期 ] 2013-02-14 ( 修改稿 )

cals and an endocrine disrupting compound by granular activated carbon. 2. model prediction [ J ] . Environmental Science & Tech nology ,2009 ,43 (5 ):1474-1479.
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