摘要：介绍了环境中药物和个人护理用品(P P C P s)的存在及行为，在综合国外相关研究成果的基础上，对城市污水处理过程中生物处理、污泥消化、臭氧、高级氧化、膜过滤等处理P P C P s的效果进行介绍和分析，在此基础上提出了提高去除效果的途径．

关键词：药物和个人护理用品；去除效果；生物处理；污泥消化；高级氧化

    随着全球人口的急剧增长，水资源日益成为影响人类发展的重要制约因素，污、废水的回用逐渐受到重视，这要求城市污水中的微污染物也能得到处理_1 J．药物和个人护理用品(p h a r m a c e u t i c a l s a n dp e r s o n a l c a r e p r o d u c t s，P P C P s)就是一种重要的微污

染物l 2 j，在日常生活中使用非常普遍，虽然该类污染物在环境中的浓度很低，但其每年的排放量相当可观．然而直到2 0世纪9 0年代末，P P C P s污染才被人们正式提出，美国和欧洲才开始对此类污染进行调查．

    目前在地表水、地下水、饮用水和污水厂出水中发现5 0多种P P C P s物质，其中包括处方药和非处方药、香料、化妆品、遮光剂、染发剂、发胶、香皂、洗发水等．这些物质大多超过了现有的水质标准，现有水处理技术对相当一部分物质并没有明显的去除效果．据检测，污水处理厂出水中药物的水平范围介纳克每升水平和微克每升水平之间E 3 J．近年研究表明，一些药物和个人护理用品即使微量存在仍具有相当程度的生物活性，给环境造成不可预测的影响，并可能通过饮用水和食物等途径对人体健康产生潜在危害．有资料显示，环境中激素类物质会造成动物性别错乱_4 J．

    我国有关P P C P s在环境中的迁移转化规律、生态健康风险以及P P C P s污染控制技术等方面的文献很少，欧美等国家在该领域的研究较多_5_5．本文结合相关领域研究成果，就城市污水处理过程中各工艺处理P P C P s的效果进行介绍和分析，在此基础上提出了提高去除效果的方法．

1各单元处理技术

1．1生物处理

    研究者对一些P P C P s物质的生物处理效果进行了研究，结果发现在以去除营养物为主要目的的城市污水处理系统中，大多数P P C P s都能被部分去除，这主要是剩余活性污泥的生物转化和吸附作用．然而这里需要泥龄≥1 0 d(主要起硝化作用)，因此在以去除化学需氧量(c h e mi c a l o x y g e n d e ma n d，C 0 D)为主要目的的系统中，P P C P s的生物转化还是非常有限的．研究显示，好氧生物处理是去除该类物质的一个重要途径，其去除率为3 5％～7 5％．而在污水的初级处理中，只有麝香类及1 7 t 3一雌二醇可分别去除3 0％～5 0％与2 0％．实验表明，混凝一絮凝或气浮等方法能较好地去除麝香类物质，它们在生物处理中的总去除率可达到7 0％～9 0％，这可能是由于麝香类物质如加乐麝香(Ⅷ_I C B)和吐纳麝香(A H T N)的强吸附性使其可通过污泥吸附得到去P P C P s往往也有很好的去除效果_1，8 J，而且污泥龄很有可能是影响P P C P s去除效果的重要参数，有资料显示，除氮工艺的污泥龄(0 x>1 0 d，1 0 o C)对微污染物的去除同样适合_8_8．在较高泥龄下，对某些抗生素(甲氧苄啶、红霉素和甲红霉素等)和壬基酚及其衍生物均有明显的去除效果【9-1 0 j，出水中通常每升仅存数十至上百纳克级．

    很多研究显示，不同生物反应器对大部分微污染物的生物转化及吸附没有明显的区别．图1比较了传统工艺和生物滤池对不同P P C P s(包括1 7 l 3一雌二醇、雌素酮、1 7 a一乙炔雌二醇、磺胺吡啶、二水合阿奇霉素、克拉霉素、脱水红霉素、罗红霉素、三甲氧苄二氨嘧啶、磺胺甲嗯唑、N 4一A c e t y l一磺胺甲啄唑、氨甲酰氮草、A H T N、Ⅷ_I C B、双氯芬酸、异丁苯丙酸、萘普生、碘普罗胺，图2同)的降解效果，为了具有直接的可比性，将两个设备设置在相同的污水生物处理系统中，各处理一半的进水量，结果表明两者对不同P P C P s的降解率的接近度达9 5％．已有研究表明，膜生物反应器的去除效果比传统处理设备略好，但对于大多数化合物来说，如果膜生物反应器的泥龄与活性污泥系统相同，两个反应器的处理效果只存在略微差异．膜生物反应器只有在较高的泥龄下操作时，对少量化合物才有较大程度的降解(图2)．对超滤膜，由于分子直径比孔径小1 0 0倍，因此膜过滤相对传统生物反应器没有更明显的去除效果…1．当然也可以采用密集膜，然而这必然消耗更多的能量．尽管如此，膜生物反应器还是有优势的，它可显著降低出水固体悬浮物含量，并且它对P P C P s的去除效果是固体停留时间的函数，这对污水回用很有吸引力L l l J．

1．2污泥消化

    C a r b a l l a．M等人采用两个1 0 L的厌氧反应器，分别在中温(3 7℃)和高温(5 5℃)下实验，反应器启动与传统的厌氧反应器的启动相同．运行三个月后，消化池开始以含有P P C P s的污泥进料，在不同泥龄(中温消化池分别为3 0，2 0，1 0 d；高温消化池分别为2 0，1 0，6 d)进行试验，试验过程中分别采用碱处理(p H=1 2，2 4 h)、热处理(1 3 0℃，1 h)和臭氧处理(每克固体悬浮物通人2 0 n a g o 3)等预处理方法_1 2 1．

    实验表明，在中温消化池中除了异丁苯丙酸、二丙醇胺己酞氨酸和天然的雌激素以外，污泥龄()对P P C P s去除没有任何影响，大部分物质在较短的下也能获得较高的去除效果．同样，温度对P P C P s的去除也没有影响．相比于消化池的操作条，安定、双氯芬酸和雌激素的去除与污泥适应性有关．除了臭氧预处理对氨甲酰氮草的去除率在2 0％-6 0％左右，预处理的使用对P P C P s去除效果仅有微小的影响．如碱处理对罗红霉素的去除有负面影响，热处理正面影响了异丁苯丙酸的消除，臭氧对麝香类的去除有正面影响．萘普生，二丙醇胺己酞氨酸，磺胺甲嘿唑的去除则没有受到预处理影响．表1列出了厌氧消化对P P C P s的去除情况(其中，氨甲酰氮草只能以臭氧消除)．一般说来没有观测到污泥龄、温度和前处理类型(除了氨甲酰氮草的臭氧前处理)对去除效果产生重要影响．

1．3砂滤

    砂滤常用于处理生活用水的单元操作，现在废水深度处理中的应用也越发普遍．随着双介质、多介质及单介质深床过滤器技术的不断发展，液体中的悬浮物可深入到滤床内部，大大提高了滤床的纳污能力3 1．现在一般认为，与连续运行且没有氧气输人的单层砂滤相比，间断运行且在滤床絮凝区保持好氧曝气的双层砂滤具有更好的降解效率．砂滤过程对高泥龄下生物处理去除率较高的化合物也有较好的去除效果．研究认为，对于壬基酚，由于生长在过滤介质上生物膜的活性使其发生了生物转化而达到了去除的效果．固定床反应器滤层生物活性在很大程度上决定于氧化还原条件，它在较短的接触时间(h=(1 5±2)r ai n)里就能达到生物转化的目的．

1．4臭氧氧化

    臭氧作为氧化剂用于饮用水和污水处理厂出水的消毒和氧化处理，以控制臭味和色度、脱色、去除污染物等l 1．有研究显示，对于生物处理后的废水，在溶解有机碳(d i s s o l v e d o r g a n i c c a r b o n，D O C)质量浓度<8 m g·L_。、臭氧量为2-5 n a g·L或者D O C质量浓度为2 3 m g·L_。、臭氧量5～1 0 n a g·L-1时，P P C P s去除率可以达到9 0％-9 9％【I 5．由于处理后废水的化学需氧量(通常为每升1 5～5 0 m g C OD)大大高于去除P P C P s需要的氧化剂当量，因此后续臭氧处理会使出水的有机负荷部分氧化，产生有机氧化产物．目前报道的氧化产物有乙醛、酮、酮醛、羧酸、酮酸、氢氧酸、乙醇和酯．作为非选择性的氧化剂·O H会产生更多样性的氧化产物．通过增加臭氧量达到完全矿化，不但经济上不可

行，而且会导致不需要的无机副产物产生，如溴酸士}’[1 7]』ⅡL·

1．5高级氧化工艺

    以形成高活性·0 H为目的的工艺通常被称为高级氧化工艺(a d v a n c e d o x i d a t i o n p r o c e s s，A O P)．产生·O H的方法通常有0 3偈0 2，U V 0 2或F e 2／H 2 o 2等．由于·O H选择性极低，因此在高级工艺中，大部分氧化剂等同物被非目标化合物去除掉，这

严重降低了去除效率．研究显示【1 9 J，副产物(S 0溴酸盐)的产生与·O H形成有关．由于大多数P P C P s是直接与臭氧反应的，因此，估计通过·O H增加的氧化反应同样会提高副产物的形成，结果降低了整体解毒作用．

    饮用水处理中广泛使用的0 3／I-I g C h是在现有臭氧装置中添加过氧化氢，并进行简单的改进而实现的．废水中存在的有机物质(如天然有机物质中的酚类物质)会在可比较水平下催化臭氧生成的·O H，甚至没有H 2 O 2添加，也会在A O P过程中发生自身的臭氧化作用．在臭氧化过程中添加H 2 O 2的额外收获非常有限，可能不会超出它的成本，这是因为它的非选择的反应性．·O H中间反应的增加相比于直接与臭氧的反应暗示了一些特异性的损失，导致产生了较宽光谱范围(不需要的，如有机物)的副产品．U V[2的去除效果与0 3／H i C h具有相似性．F和H 2也能产生·O H，称为芬顿试剂(F e n t o n试剂)，但是这在城市污水处理中实际的应用性不大．

1．6膜过滤和活性炭

    膜过滤工艺是通过分子截留作用将微污染物截留而去除，主要有纳滤(u l t r a-f i l t r a t i o n，U F)和反渗透(r e v e r s e o s m o s i s，R O)．膜过滤工艺对B O D的去除率较高，通常达到9 8％以上，但由于成本高，膜过滤用于处理废水的应用非常少．目前应用较多的是海水脱盐，但能量需求较高．膜过滤需要更进一步的技术改进使之成为与臭氧处理相比在成本上具有竞争力的替代方法，较高的能量需求和浓缩溶液的处理是主要考虑因素．对城市废水，通常由盐度引起的反渗透压力很小，因此膜传输压力在5～2 0×1 0 P a就可以了．尽管如此，因为截留物中包含了所有的污染物，占了处理废水的1 0％～2 5％的体积，其处理

会占用很大的成本．

    大多数的P P C P s在生物处理中能得到部分降解，因此将截留物回流至生物处理单元的方法已引起人们的关注．但是这样却会导致大量二价离子的累积，如钙和硫酸盐，引起沉淀产物，干扰过滤．活性炭用于饮用水处理去除P P C P s的可行性显示，它也能去除处理后废水中大量的D O C E 2 0 J．同时，处理所吸附的P P C P s目前并不存在问题，因为再生和处理都在≥6 5 0℃条件下操作，另外有机负荷被完全氧化，由于没有副产物的产生，活性炭过滤优于臭氧处理和高级氧化工艺．

2提高去除效果的方法

    就生物处理而言，将污泥泥龄从4 d增至1 0 d时，可以极大的提高去除效果．当污泥龄大大超出硝化所需要的时间时，可去除生物转化化合物的种类有增加，然而根据目前的知识，去除能力的增加仅限于少量化合物．

    对于给定的反应器负荷，雨水、管道泄漏渗滤液等对废水的稀释会减少水力停留时间和微污染物的降解．然而，仍然缺少稀释后的废水对微污染物转化速率影响的直接实验证据．对于一些化合物，排放之前的砂滤和出水的土壤处理可对水体中P P C P s进行更进一步的生物降解，这一过程主要归因于所附着的高等微生物．

3结论

    在去除营养物为主要目的的城市污水生物处理系统中大多数P P C P s都能被部分去除，然而在以去除C O D为主要目的的系统中，P P C P s的生物转化还是非常有限的，大大增加污泥龄也并不能有效提高P P C P s的去除成本效益．原污泥的厌氧硝化对奈普生、磺胺类、罗红霉素及天然雌激素降解作用明显，对一些P P c P s可部分去除．x、温度和前处理类型(除了氨甲酰氮草的臭氧前处理)对去除效果没有重要影响．

    在可接受的成本下，城市生活污水经活性污泥处理后采用部分臭氧处理可以极大减少受纳水体的P P C P s负荷，但是产生的氧化产物的毒性危害必须通过实验证实．高级氧化过程，由于在处理中会产生高活性的·O H，易于形成多样性的氧化产物，与臭氧化过程形成的副产物相比更具有毒性，因此高级氧化过程不适用．活性炭过滤总成本的估算提出了通

过吸附达到去除效果，理论上可能代表了一种替代方法，有着对环境不释放氧化副产物这一优点．膜过滤需要更进一步的技术改进使之成为与臭氧处理相比在成本上具有竞争力的替代方法．另外，污水处理厂要提高P P C P s的去除，更需要通过来源控制方法或增加管道的维护共同执行．集中式城市污水处理系统对于减少人造P P C P s对水体环境(天然饮用水来源)负荷存在很大的潜力．