《天然和合成雌性激素的活性污泥批次实验中的去除和降解特性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天然和合成雌性激素的活性污泥批次实验中的去除和降解特性（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、天然和合成雌性激素在活性污泥序批式实验中的去除和降解特性摘要：为了研究天然的和合成的雌激素的活性污泥的去除和降解特性进行了一系列的 间歇实验，实验使用的活性污泥样品的四个实际的废水处理装置和添加雌激素的合成 废水。迅速清除和退化的17卜雌二醇（E2）和雌酮（E1）,观察由活性污泥样品的氧 化沟工艺操作在较高的固体停留时间（SRT）。另一方面，E1倾向于保持在传统的活 性污泥工艺的操作在较低的SRT在活性污泥样品的水相和污泥相。认为与好氧的条件 相比，在缺氧条件下是不利于雌激素、孕激素的有效去除。EE2的去除和降解表现出 的滞后期，在E2和E1那都没有显示，但是，EE2在24小时后实现最终拆除和
2、完全 降解。在水相中去除雌激素没有按照一阶反应，因为很大一部分的加标雌激素可以立 刻通过吸附作用从水相中去除污泥。2008年的爱思唯尔有限公司保留所有权利。关键词：污水处理，活性污泥法，雌激素，降解，固体停留时间（SRT）1介绍天然雌激素，例如17卩-雌二醇（E2）和雌酮（E1）和合成的雌激素例如17a-乙炔 基雌二醇（EE2），主要是由人类和哺乳动物通过他们的尿液排泄到废水中。污水中的 雌激素浓度，通常从几ng/L的范围到几十ng/L（Johnson和Sumpter，2001年；Khanal 等人，2006年），但即使是这些数额，也往往高到足以引起一些水生物种的内分泌干 扰效应，如鱒鱼（Th
3、orpe等人，2001年）和鲦鱼（Panter等，2000年）。雌激素的雌 激素活性在高于两个或三个数量级时会干扰内分泌的化学物质有壬基酚、双酚A（Routledge和Sumpter， 1996年；Tanaka等人，2001年）。因此，雌激素被认为是经 处理的废水（Desbrow等人，1998年；Snyder等人，2001年）和废水处理厂（污水处 理厂）的出水中的雌激素活性的主要来源，是在受纳水体（Nakada等人，2004年）。 的产生内分泌干扰作用的一个显著因素根据以往的研究显示，雌激素一般在二次处理废水过程中被有效地除去，特别是 在活性污泥处理中（Johnson和Sumpter， 200
4、1年；Khanal等人，2006年）。使用污 水处理厂中活性污泥样品的某些序批式实验已经表明，E2是容易被氧化到E1，这是 进一步退化，但EE2不会显著降低（Ternes等人，1999年；Layton等人，2000年； shi等人，2004年；Li等人，2005年）然而，在大多数之前的实验研究，雌激素的初 始浓度为1-2个数量级高于市政污水中检测到的雌激素和雌激素的浓度，活性污泥中 掺入雌激素作为唯一的能源和碳源，虽然许多有机基质与雌激素废水中共存。因此， 存在一种可能性，即在实际污水处理厂，雌激素的降解特性不同于那些在之前的实验 报告。然而，报告在实际污水处理厂的实地调查表明，雌激素、孕激素
5、在污水处理厂 的固体停留时间（SRT） （Kreuzing/Ler 等人，2004 年；Clara 等人，2005 年；Johnson 等人，2005年；Servos等，2005年；Hashimoto等人，2007）的去除效率倾向于变得 相对高的和稳定的增加，但之前的实验研究没有显示活性污泥的差异对雌激素降解特 性的影响。本研究的主要目的是探讨雌激素在不同的活性污泥中去除和降解特性方面的差 异，此外，讨论在序批式实验中不同的初始浓度对雌激素的影响和对共存的有机基质 的影响。为了这个目的，我们进行了一系列取自四个实际的污水处理厂的活性污泥样 品的序批式实验使用，其中采用传统的活性污泥法（CAS）
6、在两种污水处理厂的方法 和氧化沟（0D）的过程中的其它污水处理厂，和与雌激素类似的浓度的合成废水中尽 可能观察其实际水平。2物质和方法2.1採样用于序批式实验的活性污泥样品取自日本在关东地区的四个实际的污水处理厂。这些污水处理厂的特点在表2.1中总结。CAS在两个污水处理厂都有用，另外两个污 水处理厂是使用0D。污水处理厂1、污水处理厂3和污水处理厂4,位于枥木县属于 不同毗邻当地自治。污水处理厂2位于埼玉县，和其他污水处理厂约50公里的路程。 所有污水处理厂都是主要处理生活污水。表2.1活性污泥采样的污水处理厂的特点厂名处理工艺进水流量（m3/d）人口当量（p）停留时间（h）固体停留时间（天
7、）污水处理厂1CAS13,37958,4008.55.5污水处理厂2CAS5,79916,2008.99.2污水处理厂3OD7022,0004228污水处理厂4OD9972,9003715注：进水流量和人口当量是2002年度的年平均数据。HRT和SRT是采样当天的数据。活性污泥样品是在实验的早上，取自一个回流活性污泥通道或回流活性污泥泵的 取样阀。在取样后1或2小时内活性污泥样品需进入的实验室和用于批量实验，实验 室位于污水处理厂1的旁边。为了评价雌激素在污水处理厂的去除效率评价的水源是 进入曝气池的进水和来自最后沉淀池的出水。2.2. 拟定的序批式实验序批式实验的三个系列在表2.2所列出的条
8、件下进行。第一系列(实验1-8)是为 了研究活性污泥对E2和E1的去除和降解特性的差异的影响，并进行了使用每个取自 在有氧条件下四个污水处理厂的活性污泥样品的实验。第二个系列(9-12运行)，目的 是检验通风条件对E2和E1的去除和降解特性的影响，并分别进行了有氧条件和无氧 条件下的实验。第三系列(实验13)的目的是要检验低浓度的雌激素和共存的有机基 材的条件下EE2的去除和降解特性，实验室在有氧条件下进行的。在第二系列和第三 系列中，活化的污泥样品使用都取自污水处理厂1,这是因为取样方便和减少样品的 传输时间。表2.2序批式实验的实验条件系列实验数活性污泥样品加入的雌激素通气条件1污水处理厂
9、1 (CAS)E22E13污水处理厂2 (CAS)E24E115污水处理厂3 (OD)E2有氧6E17污水处理厂4 (OD)E28E19E2有氧10缺氧211污水处理厂1 (CAS)E1有氧12缺氧313污水处理厂1 (CAS)EE2有氧进行序批式实验所使用的反应器如图2-1所示。该反应器的体积为20 L,温度保 持在20 C。足够量的活性污泥样品中加入到反应器中，用自来水稀释悬浮固体(MLSS) 的浓度约为2000 mg/L的混合液。在每次运行开始时，加入初始的BOD约200 mg/L 的合成废水(蛋白月东6 g/ L,牛肉膏4 g/ L,尿素1 g/ L,氯化钠0.3 g/ L,磷酸二氢钾
10、 1 g/L,氯化钾0.14 g/ L,氯化钙0.14 g/ L,硫酸镁0.1 g/L；大约10000 mg/L的生化需 氧量(BOD),然后目标雌激素溶解在掺入初始浓度约1000 ng/L甲醇的储备溶液中了。 在有氧条件下的实验中，轻轻搅拌的混合液和曝气维持溶解氧(DO )的浓度为约 1.03.0 mg/L。在缺氧条件下的实验，只搅拌混合液。活性污泥样品的pH值的范围从 7.1至7.4，它表明：pH在所有实验中的变化不大。混合液在之前除尽雌激素，并在5mim、30 min、1 h、2 h和4 h后除尽雌激素。此外，仅在第三系列序批式实验中，样 品在8 h和24 h后除尽雌激素。在水相和固相对
11、雌激素的浓度分别进行了分析，测定 在水相中的有机碳总量（TOC）和检测在序批式实验的有机底物。活性污泥不锈钢水箱（20升）空气泵/加热器水幺球形扩散器搅拌器图2-1 一批实验装置的示意图2.3. 在液相中雌激素的分析E2, E1和EE2同时使用的液相色谱质谱仪（LC/MS）进行分析。分析程序是基 于使用液相色谱的方法对串联质谱仪所描述的废水检测方法稍作修改（JSWA, 2002 年）。立即在1900xg离心混合液实验了几分钟，过滤上清液，过滤使用的是孔径约1 mm 玻璃纤维过滤器。在进水的样品或污水样品的情况下，将样品过滤，以及作为上清液 的混合液。将滤液通过萃取小柱加上C18柱（Waters
12、公司）后，加入50 ng/L的17卩- 雌二醇16,16,17-d3上（E2-d3）的作为内部标准。盒子用氮气干燥，和用20ml乙酸乙 酯/甲醇（5:1,体积/体积）洗脱雌激素。干燥的残留物溶解在1mL己烷/二氯甲烷（2:1， 体积/体积），然后清除了一个萃取小柱加硅酸镁盒（Waters公司）。洗涤后，用5 ml 己烷/二氯甲烷（1:1,体积/体积），用20 mL的丙酮/二氯甲烷（1:2，体积/体积）将雌 激素从盒内洗脱。干燥的残留物溶解在1 mL的甲醇中，然后清除了一个萃取小柱加 NH 2盒（Waters公司）。对雌激素进行从盒用10 mL甲醇洗脱。干燥的残留物溶解在 1 mL甲醇中，将上清
13、液作为样品的LC/MS测量。用Waters Alliance2690型的高性能 液相色谱仪和Micromass公司平台，LCZ质谱仪（Waters公司）进行分析。离子在SIM 模式检测的 LC/MS 分析 wasm/ Z271.4 EE2 和 m/z269.4 E2-D3 的 m/z274.4 E1、 E2M/Z269.4。E2，E1，EE2 的最低检测限度（LOD）为 0.7 ng/L。2.4. 在污泥相中的雌激素分析从污水处理厂的污泥样品雌激素的提取工艺伴随着废水检测（JSWA，2002年） 所描述的方法。50 mL混合液样品在1800xg离心15分钟，撇去上层清液。往40 mL 甲醇/1
14、M乙酸缓冲液（pH值为5）（9:1,体积/体积）中加入的沉淀物，并振摇30分 钟。在1800xg离心15分钟后，收集上清液。此外，向沉淀中加入40 mL的甲醇/1M 乙酸缓冲液（pH值为5）（9:1，体积/体积）中，振摇5分钟。于1800xg15分钟离心 后，收集上清液，并与前者的上清液混合。然后将混合物通过玻璃纤维滤纸（GF/B） 过滤。将滤液浓缩至10 mL以下，使用旋转蒸发器和超纯水的加入，直到总体积为约 200 mL。通过超声处理，固相萃取和LC/MS分析匀浆后，对上述的水相进行相同的 步骤。3结果和讨论3.1. 污水处理厂的雌激素去除效率四个污水处理厂在这项研究中分别使用的活性污泥样
15、品的雌激素浓度和去除效率 被总结于表3.1中。使用的LOD值（即0.5 ng/L）出水浓度低于检测限的污水样本计 算出水样品的去除效率。EE2在所有样品中未检测到。E2和E1的去除效率在污水处 理厂1使用CAS的方法明显劣于E2和E1在其他污水处理厂的去除效率。除了在污 水处理厂1，E2的出水浓度均低于检测限。E1在污水处理厂1的出水浓度高于进水浓 度，虽然其他污水处理厂的E1的出水浓度低于进水浓度。类似的出水浓度高于进水 浓度的现象还出现在生物处理过程中的E1 （Baronti等人，2000年；Servos等人，2005 年；Hashimoto等人，2007年）。总体而言，污水浓度的雌激素往往是在使用CAS的 污水处理厂中更高，而SRT在这里是较低的；在使用OD的污水处理厂则是有更高的 SRT。这种倾向是与以前的研究报告（Kreuzing/Ler等人，2004年；Clara等人，2005 年；Johnson 等人，2005 年；Servos 等人，2005 年；Hashimoto 等人，2007 年）相一 致的。表3.1污水处理厂中雌激素的浓度和去除效率厂名处理工艺进水浓度（ng/L）出水浓
