阿莫西林对AAO城市污水处理工艺运行的影响及其生物降解行为研究

【摘要】：哈尔滨某污水厂接纳大量的制药厂排放废水，该污水厂进水中制药废水比例较高，多达10%，将有大量的药物进入污水厂，高浓度药物将对生活污水处理系统造成影响，此外，药物穿透生活污水厂进入环境水体也将引发一些列的环境问题。本课题选择我国使用量及生产量最大的抗生素药物阿莫西林为目标物，研究其对AAO工艺的影响及其在污水处理工艺中的降解行为。 本课题采用小试AAO为反应装置，利用污水厂模拟软件GPS-X进行优化启动，主要研究了阿莫西林对生活污水厂脱氮除磷的影响，考察了AAO系统对阿莫西林的降解去除情况，建立阿莫西林在AAO工艺中的吸附、生物降解动力学模型，推测阿莫西林的生物降解产物，探究强化典型污染物生物降解的工艺措施。 结果表明，利用GPS-X模拟软件能使AAO反应器在短期内达到优化启动的目的，阿莫西林对AAO脱氮除磷的影响与浓度有关，其中1~3mg/L的阿莫西林抑制活性污泥活性及亚硝酸细菌活性从而影响COD与氨氮的去除，3~5mg/L的阿莫西林将对AAO去除COD、氨氮、总氮、总磷的去除能力造成全面影响。AAO工艺对阿莫西林具有一定的降解去除能力，其降解去除区域主要集中在厌氧、缺氧区域，其中厌氧区的去除量占总去除量的50%以上。阿莫西林在AAO系统中通过水解、吸附、生物代谢降解方式进行去除，阿莫西林在活性污泥中的吸附过程能较好地吻合Langmuir、Freundlich等温吸附模型，建立阿莫西林在AAO中的生物降解动力学模型，该模型与AAO工艺实际降解阿莫西林情况相吻合，能较好地预测阿莫西林在AAO工艺中的降解情况。利用LC-MS检测手段分析阿莫西林在活性污泥中的降解产物，推测认为阿莫西林首先在降解酶作用下β内酰胺环开环断裂，接着进行脱羧作用，进一步降解后转化为一种醛类物质，随后降解为未知物。此外，发现缩短AAO工艺系统的SRT为5d能够提高工艺对阿莫西林和磷的去除能力，但同时将削弱AAO工艺脱氮效果，采用AAO-BAF组合工艺能有效解决这一问题，延长BAF的HRT至4h既能强化废水阿莫西林的去除，也能达到高效脱氮除磷的效果，典型污染物指标能达到《城镇污水综合排放标准》一级A标准。 综上所述，大量阿莫西林抗生素的使用给污水处理带来了一定的挑战，而AAO-BAF组合工艺为强化典型污染物及抗生素的去除提供一定的参考价值，具有一定的工程实际意义。 【关键词】：阿莫西林 AAO工艺 生活污水 曝气生物滤池 降解模型
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 研究背景10-13
• 1.1.1 抗生素药物进入水环境的途径10-11
• 1.1.2 抗生素药物在水环境中的存在11-12
• 1.1.3 抗生素药物残留的环境风险12-13
• 1.1.4 水中抗生素的分析检测13
• 1.2 污水厂处理抗生素废水研究现状13-16
• 1.2.1 传统生物处理工艺处理水中抗生素13-14
• 1.2.2 组合工艺处理水中抗生素14-15
• 1.2.3 其他强化去除工艺15-16
• 1.3 主要存在的问题16-17
• 1.4 本课题的来源、目的与意义及研究内容、技术路线17-21
• 1.4.1 课题来源18
• 1.4.2 研究目的与意义18
• 1.4.3 研究内容18-19
• 1.4.4 技术路线图19-21
• 第2章 试验材料与方法21-31
• 2.1 试验材料21-24
• 2.1.1 反应装置21-22
• 2.1.2 试验仪器22-23
• 2.1.3 试验用水23-24
• 2.1.4 试验药剂及器具24
• 2.2 测试方法24-30
• 2.2.1 常规检测指标及分析方法24-25
• 2.2.2 活性污泥活性与硝化活性25
• 2.2.3 反硝化脱氮速率和厌氧释磷速率25
• 2.2.4 高效液相色谱法检测阿莫西林含量25-28
• 2.2.5 固相萃取法的建立及优化28-30
• 2.3 反应器运行30-31
• 2.3.1 AAO 反应器的运行30
• 2.3.2 BAF 反应器的运行30-31
• 第3章 阿莫西林对 AAO 工艺的影响31-44
• 3.1 结合 GPS-X 软件优化 AAO 运行参数31-33
• 3.1.1 GPS-X 软件的模拟方法31-32
• 3.1.2 GPS-X 软件模拟结果32
• 3.1.3 GPS-X 软件模拟的可靠性32-33
• 3.2 对 AAO 工艺去除常规污染物的影响33-42
• 3.2.1 对 COD 去除的影响34-37
• 3.2.2 对氨氮去除的影响37-38
• 3.2.3 对 TN 去除的影响38-41
• 3.2.4 对 TP 去除的影响41-42
• 3.3 本章小结42-44
• 第4章 阿莫西林在 AAO 工艺中的降解研究44-66
• 4.1 阿莫西林在 AAO 中的降解去除44-48
• 4.1.1 AAO 对阿莫西林的去除效果分析44-45
• 4.1.2 不同运行区域对阿莫西林的降解45-48
• 4.2 阿莫西林在 AAO 中降解模型的建立48-59
• 4.2.1 阿莫西林在水中的稳定性48-50
• 4.2.2 阿莫西林在活性污泥中的吸附50-53
• 4.2.3 阿莫西林在 AAO 中的生物代谢模型53-59
• 4.3 活性污泥降解阿莫西林过程及产物探究59-65
• 4.3.1 阿莫西林可能的降解途径59-60
• 4.3.2 阿莫西林降解产物的检测与分析60-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 阿莫西林的强化去除工艺研究66-74
• 5.1 强化 AAO 工艺对阿莫西林的去除66-69
• 5.1.1 AAO 强化去除的途径与方法66-67
• 5.1.2 阿莫西林的强化去除情况67-69
• 5.2 BAF 工艺生物强化阿莫西林的去除69-73
• 5.2.1 BAF 的启动70-71
• 5.2.2 不同 HRT 条件下 BAF 对阿莫西林的强化去除71-73
• 5.3 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-86
• 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果86-88
• 致谢88

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