城镇污水处理厂尾水湿地去除药品和个人护理品技术

1.光照

光照是人工湿地去除PPCPs的重要条件，特别是在阳光充足的湿地表层更容易发生光降解作用。虽然有研究发现光降解几乎对咖啡因、卡马西平和阿替洛尔等没有去除作用，但是大部分研究表明光降解在湿地PPCPs的去除中扮演着重要的角色。例如Hijosa-Valsero et al.（2011）的研究显示，允许光直接照射到表面的湿地对酮洛芬的去除效果要明显优于表面有植物覆盖的湿地，二者去除率比值为47%∶11%。Lin et al.（2005）在对水中酮洛芬的降解研究中也发现光降解占据了主导地位。同样的，Anderson et al.（2013）的研究结果也表明了光降解在湿地去除PPCPs过程中的关键作用。

化合物本身是否具有吸收光或光生成的瞬态物质的特定官能团（芳香环、杂环原子等）可能直接影响到光降解或间接光降解过程，但特定的官能团并非总能影响到PPCPs的光降解。Kim et al.（2009）尝试对该机理进行探究，他们观测发现含有相同（-CONH-，-SO2-，C-S等）基团的化合物并没有全部表现出相似的光降解率，例如含-CONH-基团的8种PPCPs中，克拉霉素和双氯芬酸的光降解能力很强，而其他6种却不容易光降解。除此之外，人工湿地的光降解作用还会受到植物覆盖、水体浊度、其他去除机理的竞争等的抑制，这些因素的综合作用限制了光降解的效能，可用来解释在人工湿地去除PPCPs的研究中未发现代谢中产物的现象。

2.植物

人工湿地中植物的存在能否提高药品去除率的结论并不是很确定，例如Hijosa-Valsero et al.（2011）研究发现，无植物种植的表面流人工湿地对克拉霉素和甲氧苄氨嘧啶的去除效果要优于有植物种植的湿地，而水平潜流人工湿地种植香蒲后对甲氧苄氨嘧啶和红霉素的去除效果要优于种植前，二者比值为92%∶62%。但大多数研究确实发现，有植物种植的湿地对PPCPs的去除效果更好，例如Matamoros et al.（2007）也发现种植芦苇的湿地对萘普生和布洛芬的去除比无植物种植湿地的效果更好。

水生植物能够利用茎叶蒸腾、根系吸附等作用去除污染物。研究表明，无论是夏季还是冬季，药品化合物的蒸腾作用与去除率的斯皮尔曼系数都很高（冬季为0.964，夏季为0.893），这就表明植物的蒸腾作用与去除率有直接的关系。此外，PPCPs的去除还受到植物种类影响，例如Zarate（2012）调查了植物组织内三氯生的累积效果，发现梭鱼草和禾叶慈姑在根系和嫩枝处累积量的不同。一般认为具有发达的地上或地下组织的植物对去除PPCPs的作用效果更好，现阶段以对香蒲和芦苇的研究为主，例如Dordio et et al.（2013）在2个相同的水平潜流人工湿地分别种植了芦苇和香蒲，用以研究对阿替洛尔的去除效果，结果表明，种植香蒲湿地对阿替洛尔的去除效果要优于芦苇，这可能与香蒲发达的地上部分具有较高的蒸腾速率有关。但Ranieri et al.（2011）却发现种植芦苇的水平潜流人工湿地对乙酰氨基酚的去除效果优于种植香蒲的，这可能是因为芦苇的根系体积大，其较大的比表面积更有利于生物膜的形成和生物降解的发生。

3.基质(www.xing528.com)

基质本身可以吸附PPCPs，同时为植物吸附和微生物降解PPCPs提供良好的附着场合。基质一般由砾石、陶粒、土壤、细砂、粗砂、沸石等介质的一种或几种所构成。Dordio et al.（2007）研究了不同基质种类对降固醇酸的去除作用，结果显示，陶粒对降固醇酸的吸附率能达到80%，而多孔珍珠岩的吸附率不到5%，沙子甚至没有任何作用，可见基质的种类可直接影响到基质的吸附能力。现阶段人工湿地去除PPCPs的基质研究以砾石为主，Matamoros et al.（2007）发现砾石对布洛芬、萘普生、双氯芬酸和水杨酸等都有较好的去除效果，且对疏水性化合物卡马西平的去除率能达到26%，而之前污水处理厂报道出的最高去除率仅为8%。

基质的pH可能直接影响吸附效果，Hussain et al.（2012）研究发现土壤对3种抗生素（莫能菌素、盐霉素、甲基盐霉素）的吸附能力与pH呈负相关的对应关系，印证了先前Sassman et al.（2007）的调查结果。PPCPs本身的物化性质也可能直接影响到基质的吸附作用，Dordio et al.（2009）发现降固醇酸、布洛芬等酸类PPCPs在碱性基质（陶粒、一些类型的黏土）中得到了有效的去除，这可能是静电与酸类化合物相互作用造成的。但研究也发现碱性陶粒同样对碱性的阿替洛尔有很好的吸附效果，并推测可能是离子交换的结果。此外，基质的渗透系数也有可能影响PPCPs的去除效果，Lertpaitoonpan et al.（2009）在对湿地中不同类型的土壤（沙土、沙壤土等）对磺胺甲嘧啶去除效果研究发现，渗透系数较高的沙土表现出较沙壤土对抗生素较高的去除率。

4.微生物

微生物降解是除光降解以外，自然环境消除PPCPs的另一种主要途径。人工湿地中的生物降解容易受到多种因素的影响，例如温度和氧含量等。Matamoros et al.（2007）研究显示，温度在45℃以上时微生物对咖啡因、萘普生、水杨酸甲酯、二氢茉莉酮酸、吐纳麝香和加乐麝香的降解有非常明显的促进作用；何起利等（2007）通过对垂直流人工湿地中试系统不同功能层面（好氧和厌氧环境）的研究发现，氧含量越高，微生物的代谢活性也越强，其生物降解效果也越明显。

人工湿地中生物降解通常发生在生物膜、基质和植物根部的接触界面上，PPCPs的种类不同，其生物降解作用程度也不同。Hijosa-Valsero et al.（2011）对湿地所接受的市政污水中9种抗生素的研究显示，甲氧苄氨嘧啶和磺胺类药物的去除途径主要为微生物降解，其余7种主要去除途径为基质吸附，这可能与化合物本身的化学结构有一定的关系。一般认为PPCPs属于异生化合物，在环境中难以生物降解可能是由于环境中的微生物体内缺少降解此类化合物的基因，但是在对同种化学结构的酸类化合物——双氯芬酸的研究中却存在着相对立的研究结果，一种认为高的氧化还原电位能提高双氯芬酸的降解效果，另一种认为低的氧化还原电位有助于促进酸类化合物双氯芬酸的生物降解。