藥物與個人護理用品在給水系統中的存在及去除

朱瑩 李靜靜

摘 要：隨著社會的發展進步和人們生活質量的提高，人們對水處理的要求不斷增高，被廣泛使用的藥物與個人護理用品（Pharmaceutical and Personal Care Products，簡稱PPCPs）對水環境的影響愈發受到重視。隨著檢測技術的不斷發展，抗生素、地表水、地下水、飲用水等環境介質中不斷地被檢出，這類物質可能對生物體產生潛在的、累積性的不良影響。文章從現有的研究成果出發，介紹通過改進現有的給水處理工藝，實現對PPCPs安全、高效、經濟、穩定去除的可能的思路和方法，并提出未來的研究方向和研究重點，以期為PPCPs問題的研究者今后的工作提供參考。

關鍵詞：PPCPs；高級氧化；膜法水處理；生物法處理；綜合處理

引言

隨著經濟社會的發展、人們生活水平和醫療水平的提高，藥物與個人護理用品（PPCPs）在現代生活中被廣泛使用。PPCPs在環境中的存在于20世紀80年代首次被發現。之后，PPCPs在河流湖泊及地下水中存在的情況也開始受到關注和研究。結果表明，未附加深度處理方法的常規水處理工藝對相當一部分物質沒有明顯去除效果。尋找合適的工藝以去除水體中成為目前水處理中一個新的熱點問題。

1 PPCPs降解轉化技術存在的問題

目前已有的PPCPs降解轉化技術包括高級氧化、生物轉化降解、膜法水處理及其組合工藝等方法，這些方法有各自的優點、適用性及不足之處，這是這些技術中的某一項不能夠單獨地應用于給水處理中去除PPCPs的主要原因。

1.1 高級氧化工藝

高級氧化工藝通過產生強氧化性的·OH從而快速高效地去除水中有機污染物，包括種類相當廣泛的PPCPs。有研究表明，水廠深度處理中，反滲透工藝處理后的濃縮液含有至少27種PPCPs類物質，其中18種物質的濃度在0.1-7.9μg/L，通過在N2O環境下使用穩態γ射線產生·OH，可以降低其濃度，且去除效果隨照射的強度增大而提高，其中四種物質在氧化后無檢出。因此，高級氧化是降解PPCPs的一種可行方法。

常見的高級氧化技術有臭氧、光催化氧化、芬頓法和光芬頓氧化法等。高級氧化的優點是對一些難降解的物質，如泛影酸鹽有良好的去除效果。

高級氧化對PPCPs的去除研究，存在的主要問題是對其氧化反應中產生的中間產物和副產物研究較少。而有限的研究結果表明，高級氧化降解PPCPs很可能會產生毒性更強的中間產物。通過研究指出，尋找到既經濟成本低，又能夠有效地完全礦化PPCPs的氧化工藝是非常困難的，并且在氧化過程中不可避免地會產生副產物。因此，就目前的技術水平而言，使用高級氧化的安全性、經濟性值得進一步分析和探討。

1.2 生物轉化降解

生物法處理對生活污水中常見的有機物具有良好的降解作用，能夠廉價高效地去除水的有機物。研究表明，生物法處理對PPCPs中的撲熱息痛、萘普生、布洛芬等常見的14種物質有較好的去除效果。但是也有研究表明，生物法處理的效果并不穩定，如抗生素的去除效果變化很大，抗生素、磺胺甲嘧啶、抗癲癇藥卡馬西平的去除率低于30%。因此，有必要進一步研究生物法處理的工藝方法，或將其與其他工藝聯用以提高處理效果。

1.3 膜法水處理

膜法水處理可分為微濾、超濾、納濾及反滲透。膜法水處理效率高，操作簡單，且在處理過程中無需投加任何藥劑且不會產生中間產物和副產物，在水處理中得到廣泛應用。研究表明，反滲透對大部分PPCPs有較好的去除效果。通過反滲透工藝，大部分污水廠二級出水中檢測出的PPCPs濃度下降了一個數量級。PPCPs整體去除率達到了97%，PPCPs濃度均低于0.1μg/L。維羅妮卡等對西班牙西北部地區某使用RO工藝的水廠出水檢測后發現，RO膜對一些PPCPs類物質有較好的截留作用，并且膜的抗污染性能也不錯，不過對一些分子量較小、極性強、疏水性的PPCPs類物質去除效果一般。分子量的大小和膜的材料對去除效果影響較為明顯。醋酸纖維素濾膜對某些PPCPs也有很好的去除效果。膜法水處理存在的問題是，為了獲得更好的處理效果，一般需要使用孔徑更小的膜，這就提高了處理成本，降低了處理量。另外，膜法水處理中截留水（濃水）的處理也是一個值得關注的問題。

2 綜合處理

如上所述，單種處理方法往往只對某些物質有較好的處理效果，且可靠性、穩定性難以令人滿意。因此，如何結合我國給水處理的實際情況與水質特點，改造、優化現有的處理工藝以滿足日益提高的處理要求，達到安全、高效、經濟地去除原水中的PPCPs是值得研究的。

很多學者詳細研究了55種藥物、激素和代謝物在給水處理流程中的存在和去除情況。結果表明，其中35種物質在水源中存在，且最高一種的濃度達到了1200ng/L。但是，經過預加氯、混凝、沉淀、砂濾、臭氧氧化、活性炭過濾、后加氯這一系列處理后，出水中只有5種物質被檢出，且這5種物質的去除率也超過了95%，而對所有藥物的去除率則達到了99.7%。其中，加氯、臭氧氧化及活性炭吸附是主要去除這些物質的工藝流程。由此可見，常見的工藝流程組合對大多數的PPCPs類物質還是有相當的去除效果的。并且這些工藝由于應用廣泛，技術成熟，建設和運行的成本較低、可靠性較高，適于大規模推廣。

在選擇給水處理工藝時，還應該結合我國的給水處理發展實際情況。李圭白提出了我國應該進一步開發第三代城市飲用水凈化工藝，即采用以超濾為核心，將超濾與活性炭聯合應用。將其與活性炭聯用，可以去除分子量較小的有機物。隨著技術的發展，膜的性能不斷提高，價格卻不斷降低，已經具有工程應用的可行性。

以超濾膜為核心的第三代給水處理工藝對PPCPs類物質的去除效果目前研究還很少，只有少量超濾膜與其他工藝聯用去除PPCPs效果的研究成果。周雪飛等總結歸納了膜法水處理和活性炭去除PPCPs的研究成果，闡述了該工藝對PPCPs去除的可行性。通過對醋酸纖維膜與經過表面改性的醋酸纖維膜的研究了，對卡馬西平、布洛芬及磺胺甲嘧啶三種PPCPs類物質的去除效果，結果表明，醋酸纖維膜對這三種物質的去除效果都比較好。

3 結束語

PPCPs目前尚未成為常規給水水質監測的指標，由于檢測方法的限制，對于PPCPs研究的起步時間也較晚，對PPCPs的去除機理、方法，特別是去除過程中可能產生的中間產物、副產物研究得更少。在今后的研究中，應該著重從以下幾個方面入手：（1）進一步加強對PPCPs氧化降解的中間產物及副產物產生及其生物毒性的研究；（2）開發不產生副產物的綠色物理分離技術去除水體中的PPCPs類物質；（3）除了研究某一種特定工藝對PPCPs的去除效果之外，還應著眼與整個給水處理流程對目標物質的去除效果。重點研究如何在現有的給水處理工藝基礎上，通過優化處理工藝流程或者改變運行參數，實現整個給水處理系統對PPCPs高效、低成本地去除。

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作者簡介：朱瑩（1985，10-），女，河南新鄉人，助教，碩士；研究方向：環境污染治理。