药物与个人护理用品在给水系统中的存在及去除

朱莹 李静静

摘 要：随着社会的发展进步和人们生活质量的提高，人们对水处理的要求不断增高，被广泛使用的药物与个人护理用品（Pharmaceutical and Personal Care Products，简称PPCPs）对水环境的影响愈发受到重视。随着检测技术的不断发展，抗生素、地表水、地下水、饮用水等环境介质中不断地被检出，这类物质可能对生物体产生潜在的、累积性的不良影响。文章从现有的研究成果出发，介绍通过改进现有的给水处理工艺，实现对PPCPs安全、高效、经济、稳定去除的可能的思路和方法，并提出未来的研究方向和研究重点，以期为PPCPs问题的研究者今后的工作提供参考。

关键词：PPCPs；高级氧化；膜法水处理；生物法处理；综合处理

引言

随着经济社会的发展、人们生活水平和医疗水平的提高，药物与个人护理用品（PPCPs）在現代生活中被广泛使用。PPCPs在环境中的存在于20世纪80年代首次被发现。之后，PPCPs在河流湖泊及地下水中存在的情况也开始受到关注和研究。结果表明，未附加深度处理方法的常规水处理工艺对相当一部分物质没有明显去除效果。寻找合适的工艺以去除水体中成为目前水处理中一个新的热点问题。

1 PPCPs降解转化技术存在的问题

目前已有的PPCPs降解转化技术包括高级氧化、生物转化降解、膜法水处理及其组合工艺等方法，这些方法有各自的优点、适用性及不足之处，这是这些技术中的某一项不能够单独地应用于给水处理中去除PPCPs的主要原因。

1.1 高级氧化工艺

高级氧化工艺通过产生强氧化性的·OH从而快速高效地去除水中有机污染物，包括种类相当广泛的PPCPs。有研究表明，水厂深度处理中，反渗透工艺处理后的浓缩液含有至少27种PPCPs类物质，其中18种物质的浓度在0.1-7.9μg/L，通过在N2O环境下使用稳态γ射线产生·OH，可以降低其浓度，且去除效果随照射的强度增大而提高，其中四种物质在氧化后无检出。因此，高级氧化是降解PPCPs的一种可行方法。

常见的高级氧化技术有臭氧、光催化氧化、芬顿法和光芬顿氧化法等。高级氧化的优点是对一些难降解的物质，如泛影酸盐有良好的去除效果。

高级氧化对PPCPs的去除研究，存在的主要问题是对其氧化反应中产生的中间产物和副产物研究较少。而有限的研究结果表明，高级氧化降解PPCPs很可能会产生毒性更强的中间产物。通过研究指出，寻找到既经济成本低，又能够有效地完全矿化PPCPs的氧化工艺是非常困难的，并且在氧化过程中不可避免地会产生副产物。因此，就目前的技术水平而言，使用高级氧化的安全性、经济性值得进一步分析和探讨。

1.2 生物转化降解

生物法处理对生活污水中常见的有机物具有良好的降解作用，能够廉价高效地去除水的有机物。研究表明，生物法处理对PPCPs中的扑热息痛、萘普生、布洛芬等常见的14种物质有较好的去除效果。但是也有研究表明，生物法处理的效果并不稳定，如抗生素的去除效果变化很大，抗生素、磺胺甲嘧啶、抗癫痫药卡马西平的去除率低于30%。因此，有必要进一步研究生物法处理的工艺方法，或将其与其他工艺联用以提高处理效果。

1.3 膜法水处理

膜法水处理可分为微滤、超滤、纳滤及反渗透。膜法水处理效率高，操作简单，且在处理过程中无需投加任何药剂且不会产生中间产物和副产物，在水处理中得到广泛应用。研究表明，反渗透对大部分PPCPs有较好的去除效果。通过反渗透工艺，大部分污水厂二级出水中检测出的PPCPs浓度下降了一个数量级。PPCPs整体去除率达到了97%，PPCPs浓度均低于0.1μg/L。维罗妮卡等对西班牙西北部地区某使用RO工艺的水厂出水检测后发现，RO膜对一些PPCPs类物质有较好的截留作用，并且膜的抗污染性能也不错，不过对一些分子量较小、极性强、疏水性的PPCPs类物质去除效果一般。分子量的大小和膜的材料对去除效果影响较为明显。醋酸纤维素滤膜对某些PPCPs也有很好的去除效果。膜法水处理存在的问题是，为了获得更好的处理效果，一般需要使用孔径更小的膜，这就提高了处理成本，降低了处理量。另外，膜法水处理中截留水（浓水）的处理也是一个值得关注的问题。

2 综合处理

如上所述，单种处理方法往往只对某些物质有较好的处理效果，且可靠性、稳定性难以令人满意。因此，如何结合我国给水处理的实际情况与水质特点，改造、优化现有的处理工艺以满足日益提高的处理要求，达到安全、高效、经济地去除原水中的PPCPs是值得研究的。

很多学者详细研究了55种药物、激素和代谢物在给水处理流程中的存在和去除情况。结果表明，其中35种物质在水源中存在，且最高一种的浓度达到了1200ng/L。但是，经过预加氯、混凝、沉淀、砂滤、臭氧氧化、活性炭过滤、后加氯这一系列处理后，出水中只有5种物质被检出，且这5种物质的去除率也超过了95%，而对所有药物的去除率则达到了99.7%。其中，加氯、臭氧氧化及活性炭吸附是主要去除这些物质的工艺流程。由此可见，常见的工艺流程组合对大多数的PPCPs类物质还是有相当的去除效果的。并且这些工艺由于应用广泛，技术成熟，建设和运行的成本较低、可靠性较高，适于大规模推广。

在选择给水处理工艺时，还应该结合我国的给水处理发展实际情况。李圭白提出了我国应该进一步开发第三代城市饮用水净化工艺，即采用以超滤为核心，将超滤与活性炭联合应用。将其与活性炭联用，可以去除分子量较小的有机物。随着技术的发展，膜的性能不断提高，价格却不断降低，已经具有工程应用的可行性。

以超滤膜为核心的第三代给水处理工艺对PPCPs类物质的去除效果目前研究还很少，只有少量超滤膜与其他工艺联用去除PPCPs效果的研究成果。周雪飞等总结归纳了膜法水处理和活性炭去除PPCPs的研究成果，阐述了该工艺对PPCPs去除的可行性。通过对醋酸纤维膜与经过表面改性的醋酸纤维膜的研究了，对卡马西平、布洛芬及磺胺甲嘧啶三种PPCPs类物质的去除效果，结果表明，醋酸纤维膜对这三种物质的去除效果都比较好。

3 结束语

PPCPs目前尚未成为常规给水水质监测的指标，由于检测方法的限制，对于PPCPs研究的起步时间也较晚，对PPCPs的去除机理、方法，特别是去除过程中可能产生的中间产物、副产物研究得更少。在今后的研究中，应该着重从以下几个方面入手：（1）进一步加强对PPCPs氧化降解的中间产物及副产物产生及其生物毒性的研究；（2）开发不产生副产物的绿色物理分离技术去除水体中的PPCPs类物质；（3）除了研究某一种特定工艺对PPCPs的去除效果之外，还应着眼与整个给水处理流程对目标物质的去除效果。重点研究如何在现有的给水处理工艺基础上，通过优化处理工艺流程或者改变运行参数，实现整个给水处理系统对PPCPs高效、低成本地去除。

参考文献

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作者简介：朱莹（1985，10-），女，河南新乡人，助教，硕士；研究方向：环境污染治理。