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人工湿地去除生活污水中类固醇激素人工湿地系统(CWS)是一种模拟自然湿地生态系统的污水处理系统，通常采用过滤、吸附、沉淀、离子交换、氧化还原、微生物分解等方法。与传统污水处理技术相比，人工湿地具有成本低、操作简单、维护费用低等经济环保优势。人工湿地系统已经被用于处理国内的大量废水、农业废水、垃圾渗滤液、富营养化水体、采油废水。激素已被广泛应用于人类疾病的治疗和促进牲畜的生长等方面。激素经人体或动物使用后不会完全被吸收和代谢，而是以母体或活性代谢物的形式随粪便或尿液排出，从而对人体健康和生态系统构成潜在风险。目前，传统的污水处理厂无法有效去除水中的激素，因此污水处理厂的出水成为了水环境中激素的重要来源之一。为了有效控制激素在废水处理源头的扩散，迫切需要在现有废水处理技术的基础上，优化和研发具有针对性的去除技术，有效去除激素。多数人工湿地系统只考虑化学需氧量(CoD)、生物需氧量(BOD)、氨氮(NH+4-N)、总氨(TN)等常规污染物的去除，因此，发展高效的激素去除技术，研究激素的去除机理，对于减少激素的污染具有重要意义。本文分别以牡蛎壳、沸石、麦饭石和陶粒为基质，研究12个中试水平潜流人工湿地单元对COD、TNsNH+4-N以及激素的去除效果进行研究。一、材料与方法Ll试剂、实验材料及仪器设备28种目标化合物和6种内标物质的名称、缩写、CAS号及分子式如表1所示。试剂：二氯甲烷、甲醇、乙睛、乙酸乙酯和正已烷均为色谱纯，购于德国Merk公司和德国CNW公司;甲酸购于美国Tedia公司;乙酸镀购于美国Sigma-Aldrich公司;超纯水采用MiIli-Q超纯水器（MiIliPore公司，美国）制取。表128种目标化合物及6种内标物质TableIThe28targetcompoundsand6internalstandardsubstances中文名称英文名称英文缩写CAS号1,4-雄烯二酮androsta-1.4-diene-3,17-dioneADD897-06-3雄烯二酮4-androstene-3,17-dioneAED63-05-8堆酮androsteroneADR53-41-8I7-勃地酮17-boldenone17a-B0L27833-18-717万-勃地酮17/3Boldenone176-BOL846-48-05a-二氢睾酮5-dihydrotestosterone5-DF521-18-6表雄脩酮epi-androsteroneEADR481-29-84-羟基雄烯二酮4-hydrox)-androst-4-ene-17-dione4-OHA566-48-3甲基睾酮methyltestosteroneMT58-18-4诺龙19-nortestosterone19-NT434-22-0睾丸素testosteroneT58-22-0表群勃龙17-trenbolone17-TBL80657-17-6群勃龙/追宝龙17/3-t11anlx)lone176-TBL10161-33-8司坦哩醇StanozoloiS10418-03-8雌酮estroneEl53-16-7176-雌二醇17/3-estradiolE250-28-2块雌醇17-ethynylestradiolEE257-63-6地塞米松(IiethylstilbestrolDES56-53-1氢化可的松cortisolCRL50-23-7可的松cortisoneCRN53-06-5地塞米松dexamethasoneDEX50-02-2氢化泼尼松prednisolonePREL50-24-8泼尼松prednisonePRE53-03-2块孕酮ethynyltestostemneET434-03-7甲孕酮IneclmXyPrOpeStemneMP520-85-419-块诺酮19-norethindrone19-NTD68-22-4甲基块诺酮norgestrelNGT6533-2黄体酮progesteroneP57-83-0睾丸素.Iesoftterone-16,16,17d3-d377546-39-5雌酮estrone-2,4.16,16-d,El-d453866-34-5黄体酮progesterone-d9PTg15775-74-317/3-雌二醇*17/3-estradiol-2,4,16,16-d4E2-d466789-03-5司坦嚏醇stanozolol-d3Sedj88247-87-4氢化可的松.cortisol-d2CRL-d279037-25-5实验材料：HLB固相小柱（6mL,50Omg）购于美国WaterS公司;玻璃纤维滤膜（GF/F,孔径Oo7m）购于英国Whatman公司;尼龙滤膜Q3mm0.22m）购于上海安谱公司。玻璃器皿使用前先经洗洁精洗涤，再用自来水冲洗、超纯水水冲洗，经干燥箱烘干后置于马弗炉(400。C)中焙烧4ho仪器设备：场发射扫描电子显微镜(FE-SEM,ULTRA55,GermanyZEISS)s傅里叶变换-红外光谱仪(FT-IR,TENSoRII,英国Bruker)s真空冷冻干燥机(OsterodeamHarz,德国CHRlST)、涡旋混合器(XW-80A,上海精科仪器厂)、离心机(Ananti30,美国Bechman).氮吹仪(MTN-280OD,天津奥特赛恩斯仪器有限公司)、旋转蒸发仪(ROtaV叩。rR-3,瑞典Buchi)s16孔固相萃取装置(ViSiPrePTMDL,美国Alltech),超高效液相色谱串联G6460A三重四级杆质谱(UHPLC-MSMS)Q200系列，美国Agilent)o所有标准样和相应的内标样均溶于甲醇配成100mg/L的单标储备液，所有储备液均保存于容积为125mL的窄口棕色试剂瓶中，混合标准样和混合内标样分别溶于甲醇中配成质量浓度为lmg/L的储备液，保存于容积为20mL的棕色试剂瓶中。工作液则在实验前由储备液以小于10倍梯度逐渐稀释而得。所有储备液均置于冰柜中-20。C下保存备用。1.2中式人工湿地系统的建立采用中试实验基地的12个中试人工湿地单元进行基质种类和水力负荷的优化实验。将每个水平潜流式湿地单元的长、宽、高分别设定为0.8、0.6、0.8m,基质填埋高度设定为0.65m,污水控制高度设定为0.6m。本实验不考虑植物种类对污染物去除效果的影响，在各单元内种植2行3列(共6颗)的风车草。人工湿地系统所选用的填充基质分别为：牡蛎壳、沸石、麦饭石和陶粒;每种基质的质量分别为：牡蛎壳7.5X104g;沸石5.5×105g;麦饭石4.0l05g;陶粒3.0x105g。水力负荷设定为：10、20和30Cm/d;24h不间断进水，通过流量计进行湿地系统水力负荷的控制(图1)。污水来源于约330人的小区内下水道的生活废水；污水在进入湿地系统单元之前需要进入容积约4.3m3的稳定池中进行沉淀操作。该湿地系统通过定时监测水质参数，确定其稳定运行一年后，开始进行样品的米集。图1中试人T.湿地系统的设计Figure1Thedesignofmesocosm-sealeconstructedwetlandsL3样品的采集12个中试人工湿地单元按照统一命名方式：CW-基质名首字母-HLR（水力负荷）,分别进行命名，并用WO、WLSl等进行编号。例如：湿地进水（W0）、CW-O-IO（WI和SI）等,具体信息如表2所示。采集13个采样总时间为72h的混合水样，即每个湿地单元每隔8h采集1次，连续3d共采集9次相同体积的水样并混合。各单元分别设置3个出水口（图1）。从底部出水口收集的水样用于常规污染指标和激素去除率的分析。表212个中试人工湿地系统的采样点布设Tabk2Thesamplinglocationsof12mesocosn-scaleconstructedUellanclsHLR/(cmd*1)基质种类牡蛎壳沸石麦饭石陶粒10CWICW4CW7CWlO20CW2CW5CW8CWll30CW3CW6CW9CW12常规污染指标分析所用水样装入洁净的矿泉水瓶，保存在冰柜(-20。C)中等待分析；激素去除分析所用水样装入3支IL容积的棕色瓶装，每个棕色瓶中加入50mL甲醇(抑制微生物活性)以及适量硫酸(调节水样的PH至3左右，IL水样加入约0.4mL4molL的硫酸)。在水样采集完成后进行基质样品的采集。从每根基质采样管的每个采样点取等体积的水样，将采自9个采样点的基质样本混合作为混合基质样本，保存于容积为500mL的组织培养瓶中，加入适量的叠氮化钠(NaN3)来抑制微生物的活性。所有样品均在4。C冷藏下运输和存储，并在24h内提取物质。基质样品经过冷冻干燥后提取激素，然后进行均一化过筛仔IJ径250m),最后在-20。匚黑暗环境中保存直至激素提取完毕。1.4 前处理及分析方法1.4.1 水样的提取方法使用容积为IL的棕色瓶采集水样，每个样品点取3个平行水样，分别标记-L2-3,经70m孔径的GF/F滤膜滤去颗粒物。将负载颗粒物的滤膜剪碎，装入到容积为30mL的离心管中，往离心试管中加入IOmL甲醇，涡旋30s,放入超声清洗器中超声IOmin,以3000rmin的转速下离心5min后取上层清液倒入对应的IL水样中;第二次提取滤膜的溶剂为5mL甲醇与5mL甲酸。1%,体积分数)，重复以上超声、离心和转移上清液等操作步骤。在每个水样中加入约0.5gNa4EDTA以及激素混合内标(T-d3、El-dP-d9sE2-d4sS-d4sCrI-d2)100L并将溶液混合均匀。加载水样采用HLB柱(500mg6mL),加载前用IOmL甲醇和IOmL水活化柱子;水样以5-10mLmin的速度流过HLB小柱;加载完水样，每个棕色瓶均用25mL的5%甲醇水混合溶液润洗2次;在润洗后向每个柱子中加入IOmL超纯水洗去残留的Na4EDTAo将HLB小柱抽干3060min,随后向HLB小柱中依次加入5mL甲醇、4mL乙酸乙酯和3mL二氯甲烷进行洗脱;使用氮气将洗脱液中的有机溶剂缓慢吹干，使用ImL的Merk甲醇定容，经孔径为0.22m的有机相滤膜过滤后保存于2mL进样小瓶中，置于冰箱内-20。C下保存，待测。1.4.2 基质样品的提取方法采用真空冷冻干燥机冻干后取2g基质样品于容积30mL的离心试管中，加入100L激素混合内标液，置于冷库中4。C下静置一晚。次日往离心管中加入IOmL甲醇，涡旋20s,超声15min,以3000rmin转速离心IOmin,取上清液至容积为300mL的平底烧瓶中，重复提取3次;加超纯水稀释，定容为30OmL,并加入30L4mmolH2SO4,将PH调至3oOo采用200mgHLB柱吸附，加载前用IOmL甲醇和IOmL超纯水活化,以510mLmin的流速加载稀释后的提取液。随后采用25mL甲醇水溶液(5%,体积分数)润洗平底烧瓶2次。将HLB小抽干3060min,再向HLB小柱中加入4mL乙酸乙酯(CNW),进行洗脱，共洗脱3次;使用氮气将洗脱液中的有机溶