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编者按：药物和个人护理品（PPCPs）是一种可通过水环境迁移与生物积累等方式进入环境，对人类健康及其它生物生长造成潜在危害的新兴有机污染物。因为PPCPs难以生物降解的特性，所以大部分PPCPs会随着污水处理厂出水和剩余污泥排出间接或直接进入环境，进而污染地表地下水。本研究借助固-液分配系数（Kd值），建立了一种简便、快速预测PPCPs的计算方法，对PPCPs进行量化表征。通过Kd值并结合北京地区污水处理厂真实情况，分别计算出剩余污泥中33种常见PPCPs含量。根据计算结果，有少数PPCPs向污泥中绝对转移量高达全部33种PPCPs向污泥中总转移量的88%。为此，实施污泥焚烧将会是最有效防止PPCPs再次进入环境的处置方法。（本文发表于《中国给水排水》2019年8月）。

撰文 | 宋艺璇

责编 | 郝晓地

文章亮点

1、借助固-液分配系数（Kd值），建立了一种简便、快速预测PPCPs计算方法，对PPCPs进行量化表征。

2、基于少数PPCPs向污泥中绝对转移量高达全部33种PPCPs向污泥中总转移量88%之现状，找到最有效防止PPCPs再次进入环境的处置方法乃污泥焚烧。

PPCPs的危害

污水中PPCPs的来源有很多，由于PPCPs化学结构稳定、难以生物降解的特性，并且污水处理厂主要通过污泥吸附方式去除一定量PPCPs，所以大部分PPCPs将随出水（直接）进入环境，或被吸附于活性污泥表面（间接进入环境）。当PPCPs进入环境后，仍难以生物降解，在环境中残留，通过饮用水与食物链方式重新摄入人体。

环境中的PPCPs会让细菌病毒培养出抗性基因，从而获得耐药性，增加农林业和畜牧业经济成本；并进一步培养出大量具有多种抗药性的“超级细菌”，这些“超级细菌”可能会诞生无药可医的绝症，此外，PPCPs还会抑制藻类及动植物生长。可见，对环境和人类危害巨大。

量化评价方法

2.1 Kd计算公式

由于PPCPs在污泥吸附过程中会达到动态平衡，因此，其在固、液两相间的分布可以用固-液分配系数Kd值描述；其定义为混合液达到吸附平衡时，溶质（PPCPs）在固（污泥）、液（污水）两相中的浓度比值，可反映PPCPs在固、液两相中的迁移能力及分离效能。对于一种PPCPs而言，当达到吸附动态平衡时，PPCPs吸附于固相（污泥）中的浓度可由下式计算：

式中：

CS——吸附平衡时，固相（污泥）中PPCPs浓度，μg/kgDS

CL——吸附平衡时，液相（水）中PPCPs浓度，μg/L

Kd——固-液分配系数，L/kg

剩余污泥中PPCPs占污水处理厂排放PPCPs总量的比例，即，活性污泥对PPCPs的吸附率（ŋ）可由下式计算：

式中：

Y——污泥产率（处理每单位污水排出的剩余污泥量），kgDS/L

剩余污泥中PPCPs年吸附转移量计算如下：

式中：

Mp——剩余污泥中PPCPs年吸附转移量，kg/a

Ms——剩余污泥年生成量，tDS/a

2.2 收集Kd值

表1列出了50种常见的PPCPs的Kd值（均来源于实际污水处理厂的检测数据）。其中，对PPCPs进行了归纳分类，包括了抗生素、激素、降血脂药、抗抑郁药、抗阻胺剂等18类PPCPs。根据表1可知，同种PPCPs在不同类型污泥中存在Kd值差异，可能是不同类型污泥生物相与物理化学性质不尽相同的结果。

污泥中PPCPs量化评价

本研究以高人口密度与医药、化妆品消费的北京为例量化评价污泥中PPCPs含量、去除率。

3.1 出水中PPCPs

统计得出北京的污水处理厂出水中33种常见PPCPs浓度，结果如表2所示。

由表2知：

（1）北京污水处理厂出水各类PPCPs浓度在低于低于仪器检出限值到1 647.00 ng/L之间；

（2）超过1/3的PPCPs浓度平均值超过100 ng/L（14种）；

（3）平均值超过300 ng/L的PPCPs（6种）：氧氟沙星（662.50 ng/L）、避蚊胺（469.94 ng/L）、红霉素（447.67 ng/L）、双氯芬酸（324.80 ng/L）、甲氧芐啶（317.48 ng/L）、卡马西平（304.34 ng/L）

3.2 剩余污泥中PPCPs

为增加数据样本量及可靠性，采用活性污泥与剩余污泥平均Kd作为计算值，记为Kdavg。利用表1和表2数据，计算剩余污泥中各种PPCPs含量值。

利用表1和表2数据，计算剩余污泥中各种PPCPs含量值。

由图1可知：

（1）有9种PPCPs浓度超过100 g/kg（剩余污泥中）；

（2）三氯卡班浓度达到了5 709.18 g/kg；

（3）计算值与实际污水厂检测值相近，可知基于Kd的量化评价方法可靠

根据《城镇排水统计年鉴2014》，可知北京年污水处理量为1.29×109 m3，剩余污泥年产量为2.34×105 tDS；平均污泥产率为1.81×10-4 kgDS/L。将这三类数据与图1中的含量代入式（2）、（3），得到PPCPs吸附率与年转移量。

由图2可知：

（1）除吸附率达81.6%（环丙沙星）外，其中有25种PPCPs吸附率均低于20%，仅3种高于60%；

（2）与二级出水相比，剩余污泥中PPCPs含量并不高；

（3）从绝对量角度看，剩余污泥中的PPCPs含量并不少；

（4）三氯卡班（1 337.79 kg/a）、诺氟沙星（175.90 kg/a）、环丙沙星（112.44 kg/a）、氧氟沙星（81.03 kg/a）、甲氧芐啶（66.21 kg/a），占33种PPCPs年转移总量（2 023.37 kg/a）的87.6%；

（5）可知少数PPCPs向污泥中绝对转移量高达全部33种PPCPs向污泥中总转移量的88%。

污泥焚烧处理PPCPs

基于以上计算结果，可知从绝对量角度看，有少数PPCPs如三氯卡班等少数PPCPs的绝对转移量很高，对于含有这类PPCPs的剩余污泥的处置不可如常采用填埋、农业/绿地回田的方法，这会导致污泥中的大量PPCPs释放到环境中，从而对人类生活健康产生危害，进而对地下地表水进行污染。目前，使PPCPs不再进入环境的有效办法就是进行污泥焚烧处理，可将PPCPs彻底稳定。

结论

1.药品和个人护理品（PPCPs）对生物及环境安全极具威胁；

2.通过固-液分配系数（Kd）汇集、归纳，提出一种简单预测剩余污泥中PPCPs含量的计算方法，并据此可以计算PPCPs吸附率和年转移量；

3.以北京污水处理厂为例，分别计算出剩余污泥中33种常见PPCPs含量。虽然大多数PPCPs在剩余污泥中的吸附率（≤20%）不是很高，但少数PPCPs绝对转移量不可小觑（高达33种PPCPs总转移量的88%）；

4.为杜绝转移至剩余污泥中的PPCPs再次进入环境，最为妥善的处置办法是实施污泥焚烧。

原文信息：郝晓地,杨文宇,曹达啟.剩余污泥中PPCPs量化评价方法研究[J].中国给水排水,2019,35(16):9-15.DOI:10.19853/j.zgjsps.1000-4602.2019.16.002.

原文链接：https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=3uoqIhG8C44YLTlOAiTRKibYlV5Vjs7iLik5jEcCI09uHa3oBxtWoJoMxRcWRAxOMIfnbYPs6KeMYdTAhYRn7iE4oy1K4VRb&uniplatform=NZKPT

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