发布日期：2018-11-09 11:01 来源：活性炭网 作者：活性炭网 浏览数：
在与沃尔特湖相邻的Kete-Krachi区需要简单，便宜和高性能的医院污水处理系统，这使得这项研究成为必要。 本研究的重点是使用填充颗粒（GAC）和光滑活性炭（SAC）评估和处理Kete-Krac
医院污水被描述为来自医院或医疗中心的废水，这些废水被丢弃并且不打算进一步使用[1]。它可能含有有机和无机物质，包括病原微生物和重金属。在高浓度下，污水可能会对居民的健康造成危害，因为这些污水在未经预处理的情况下被排放到附近的水体或大气中[2]。因此，流出物可能含有病原体，人体组织和流体，药物基因毒性物质，化学物质，重金属，和无线电活性废料，可能对威胁公众健康和福利[ 3，4]。一些重金属污染物，如钆，铜，铂，以及铁已在浓度分别达到≤300微克/升，2.84毫克/升，≤300微克/升和3.38毫克/升被发现[ 5，6 ]。药物残留物如镇痛药，抗菌药，抗感染药，细胞抑制剂和造影剂（> 40％）以及抗癫痫药，消炎药，精神抑制药和β-受体阻滞剂（≤20％）也被发现于医院出水[6]。
根据Halling-Sorensen等人的说法。（1998年），由于其毒性，遗传毒性和致癌作用，环境中某些医院污水的存在对环境健康造成严重影响[7]。例如，据报道，大约10％，15％，15-35％，而在美国医院废弃物，最发达的国家，印度和巴基斯坦的20％，可能能够分别造成伤害的[ 2，8，9]。关于这些污染物对其他物种的毒性影响的知识仍然很少。然而，实验室的研究已经报道，氟西汀，roxithromycine，普萘洛尔，甲醛和在流出物可能导致增加的扰动和急性毒性对水生物质如其它医药化合物的混合物鲫鱼，和尖齿胡鲇（非洲鲶鱼）[ 10，11，12 ]。
In addition to the health threat hospital effluents may induce to the public, their nutrient concentrations may also contribute to eutrophication when allowed to freely enter water bodies [3]. They may also be accumulated in the food chain and can defect the natural environment biological balance and species receiving it [2, 13].
在一些国家，医院污水对公众和环境的潜在健康影响一直是一个主要问题。鉴于此，在一些国家，如希腊，丹麦，印度等多家医院都用于管理和治疗医院污水[建立系统14，15，16 ]。此外，已对医院流出物的表征和治疗进行了若干研究，以大规模降低相关风险。一些治疗的方法，技术，技术，和采用的材料分别为反渗透（RO），纳滤（NF），臭氧，紫外线（UV），离子交换，活性碳，和凝结-絮凝和浮选[ 17，18，19，20 ]。然而，大多数这些治疗方法昂贵且难以操作，尤其是小型社区以及发展中国家农村建立的和资源较少的医院，这些医院希望在出院前治疗他们的医院流出物。
尽管大多数这些处理方法的制造和操作成本很高，但已经提到使用活性炭是一种较便宜的方法，因为活性炭可以很容易地从低成本的原料如锯屑，玫瑰种子制备。 ，茱萸种子，竹，葫芦，和椰子壳即使在商业上制备的[ 21，22，23 ]。此外，根据Makeswari和Santhi（2013）的观点，活性炭对治疗医院污水同样有效[22]。其他研究还报道，活性炭可有效消除微污染物，如碘化X射线造影剂（消除61％），药物（86％消除）和工业化学品（96％消除）在医院出水[20]。这些意味着活性炭可用于治疗医院污水，特别是在加纳等许多发展中国家的资源较少的医院，可能无法负担其他治疗方法，尽管污水对居民构成威胁。一个典型的例子是加纳的Kete-Krachi地区医院。
Kete-Krachi是加纳的一个小社区，毗邻伏尔塔湖，作为水生栖息地和饮用水源[24]。虽然它是一个小社区，但它的医院平均为100,000-200,000人服务[25]。但是，他们的医院污水未经处理，也没有加入任何污水系统。这意味着作为水生栖息地的沃尔特湖（Lake Volta）是饮用水和捕鱼的主要来源，容易受到污水的严重污染，从而使居民和其他生物不安全。因此，有必要在排放前处理污水，以减少对湖泊和环境的潜在污染。
因此，本研究的重点是评估Kete-Krachi地区医院污水的流出物并用活性炭处理，以减少其对Volta湖和周围地区的潜在污染。首先表征流出物，然后用粒状和粉末状活性炭处理。在处理之前和之后确定物理化学和生物学参数，将提出并讨论。还将考虑由颗粒和平滑活性炭处理引起的效果。
Kete-Krachi是加纳Volta地区Krachi西区的首府。它位于邻近沃尔特湖，具有超过12,000人的人口，在GPS坐标7°48'5.2020“N和0°3'4.7700”W [ 24，26 ]。该医院是一家提供一般服务的政府基层医院。它提供24小时的活动。作为加纳的一家地区医院，它的平均人口为100,000-200,000人。此外，它还提供治疗护理，预防性护理，治疗技术，如手术，实验室和诊断技术。目前，它有一个翻新的产妇区，一个50床容量的儿童病房，技能获取实验室和基本药物生产厂几乎完成[ 25，27，28 ]。
样本是从Kete-Krachi地区医院各部门的所有污水都会遇到的地方收集的。在研究期间采用了复合采样方法。采样以一周的间隔进行三周。在每周，样品在星期一和星期五进行，因此每天在格林尼治标准时间6:00和18:00进行。通过将1L聚乙烯瓶浸入散装流动的医院流出物中以避免捕获空气来收集样品。所有未原位分析的样品在4℃和pH≤2下储存。
取样后，立即使用便携式pH计（Suntex Model SP 701组合电极型号PHM-110-010Y，USA）测量pH。还使用浊度计（Partech Model-DRT 100B，Britain）和场电导率仪（Orion型号120，电导池式探针型PCM / 141，Cell constant = 0.9，USA）测量浊度和电导率。根据Popa等人采用的标准方法进行pH测量。（2012）[29]而浊度分析是使用USEPA采用的比浊法进行的[30]。
碘量法（Winkler）用于分析溶解氧和生化需氧量，如PN-EN 25813：1997 [31]所述。使用250-300ml DO小瓶，每个DO使用300ml样品体积，并进行BOD分析。BOD结果以BOD 5表示。
如ASTM（1995）所述，采用密闭回流比色法测量样品的COD值[32]。将15-25ml培养管用于COD。将5ml样品在150℃下在烘箱中消化2小时（fisher science model 738f，30-250℃）。通过滴定确定COD值。
采用美国标准方法[33]测定样品的磷酸盐和硝酸盐浓度。测定磷酸盐浓度的方法实际上涉及由正磷酸盐 - 硫酸 - 钒酸铵 - 七钼酸铵溶液形成橙黄色钼 - 钒酸磷酸络合物。使用分光光度计（ULTROSPEC model II，Biochrom，UK）在410nm的波长下测量样品中磷酸盐的吸光度值。
此外，样品的硝酸盐浓度是基于由硝酸盐 - 间苯二酚 - 氯化物络合物形成的红紫色靛酚染料来确定的。使用分光光度计（ULTROSPEC model II，Biochrom，UK）在500nm的波长下测量样品中硝酸盐的吸光度值。
大肠杆菌（大肠杆菌）计数使用标准方法测量[34]。将样品以1:10,1：100和1：1000的比例稀释到充分标记的灭菌容器中。样品孵育在37℃下进行24小时。
样品制备，湿法消化系统（HNO 3 -H 2 SO 4的混合物）和分析基于ASTM标准（D1971-11）进行，洪尼格和Kersabiec（1996）[ 35，36 ]。使用空气 - 乙炔火焰和Unicam 969 AAS（Thermo Elemental UK）通过火焰原子吸收光谱法（FAAS）测量样品的铅含量。
每周收集的样品分别用填充的颗粒和光滑的活性炭（Brita活性炭，Brita GH，德国）处理。图1（a）和（b）是在实验室中用粒状和光滑的活性炭进行样品处理的相应模型。GAC和SAC分别包装成两个单独的列。活性炭床的高度（h），直径（D）和体积分别为0.5μm，0.05μm和9.82×10 -4 m 3。此外，GAC和SAC处理样品的停留时间分别为3分钟和5分钟。使用等式4计算GAC和SAC处理样品的体积流速。（2）。用GAC处理的第一周，第二周和第三周样品标记为GACW1，GACW2和GACW3，而SAC的样品分别标记为SACW1，SACW2和SACW3。
（a）用粒状活性炭处理样品的草图; （b）用光滑活性炭处理样品的草图。
碳床的高度遵循[37]的关系
在相同条件下重复该研究的重复性测量两次并报告平均值。所有图表和统计计算均使用Microsoft excel 2010进行。
这项研究的意义在于帮助降低Kete-Krachi地区医院污水排放前的污染物浓度，从而减少对Volta湖及周边地区的污染。这将有助于减少对水生生物的干扰，并保护使用沃尔特湖作为饮用水源的居民免受相关水传播疾病的影响。
表1显示了在第一周，第二周和第三周收集的来自加纳Kete-Krachi地区医院的医院流出物的生理化学和生物学特征的结果（分别为RSW1，RSW2和RSW3）。用粒状活性炭处理样品并研究它们的物理化学性质。
GAC处理前后样品的物理化学和生物学特性。
| pH值 | Cond（μS/ cm） | Turb（NTU） | DO（mg / L） | BOD5（mg / L） | COD（mg / L） | P-PO4（mg / L） | N-NO3（mg / L） | 铅（mg / L） | TC（Cfu / 100 ml） | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 原始医院污水 | ||||||||||
| RSW1 | 6.70 | 1064 | 52.6 | 3.20 | 60.6 | 715 | 1.77 | 0.082 | <0.005 | 42×10 6 |
| RSW2 | 8.09 | 1757 | 338 | 1.40 | 75.0 | 670 | 2.19 | 0.353 | <0.005 | 230×10 6 |
| RSW3 | 8.17 | 1717 | 284 | 2.20 | 61.0 | 602 | 2.76 | 0.005 | <0.005 | 138×10 6 |
| 用颗粒状活性炭处理的医院污水 | ||||||||||
| GACW1 | 7.15 | 1060 | 50.5 | 4 | 58.5 | 695 | 1.50 | 0.080 | <0.005 | 36×10 6 |
| GACW2 | 8.50 | 1740 | 325 | 3.5 | 73.0 | 645 | 2.15 | 0.345 | <0.005 | 215×10 6 |
| GACW3 | 7.90 | 1710 | 255 | 4 | 60.5 | 600 | 2.65 | 0.010 | <0.005 | 127×10 6 |
处理前后铅含量明显偏低（<0.005 mg / L）。所有样品的pH均在标准允许限值6.5-9范围内[38]。然而，观察到所研究的医院流出物的物理化学和生物学特征在所有治疗周中通常几乎没有改善。因此，从表1中，TC仅在6.8-14.3％的范围内改善。而且，在图2（a）中，GAC相对于BOD 5，COD，P-PO 4，N-NO 3，浊度和电导率的最高性能为15.25％。同样，在图2中（b）和（c）分别为3.85％和10.21％。此外，对于所有GAC治疗周，DO值仅改善了约1.9倍。基本上，RSW2和RSW3中较低的DO值（<3 g / L）反映了对水生生物和环境产生不利影响的缺氧活动[39]。
粒状活性炭对第一周样品（a），第二周样品（b）和第三周样品（c）的影响。
这意味着污水的低氧性质可能会污染湖泊，造成严重的细菌，病毒和有机污染物负荷，从而对水生生物如鱼类，甲壳类动物和软体动物产生不利影响。医院污水特征的趋势与Ekhaise和Omavwaya（2008）一致，他们报告了大学医院污水中COD，CT等的高值[40]。
GAC的不良性能可能是由于吸附能力差，表面积较小（块状）以及相邻颗粒之间的较大空间，这可能阻碍了污水从废水中的吸附。这意味着单独的颗粒状活性炭可能不能有效和有效地治疗医院流出物。
在用SAC处理后还测量了废水的特征。与GAC不同，SAC在治疗期间表现更好。如表2所示，第一次（SACW1），第二次（SACW2）和第三周（SACW3）处理的总大肠菌去除率分别为71.43％，92.61％和89.13％。这些导致平均大肠菌群去除率为84.39％。污水中的大量大肠菌群负荷反映了污染程度，尤其是粪便污染[41]。因此，大肠菌群计数的明显减少意味着SAC对于大肠菌去除非常有效和高效。实际上，SAC可以主要帮助降低污水渗漏期间对Volta湖的粪便和非粪便污染的风险。如果社区和居民从湖饮用，也可以与水有关的疾病，如伤寒，霍乱，痢疾和肠胃炎，而根据世界卫生组织，杀害成千上万的人每年[保存42，43 ]。因此，SAC可用于从流出物中显着去除病原微生物。
用SAC处理前后样品的物理化学和生物学特性。
| pH值 | Cond（μS/ cm） | Turb（NTU） | DO（mg / L） | BOD5（mg / L） | COD（mg / L） | P-PO4（mg / L） | N-NO3（mg / L） | 铅（mg / L） | TC（Cfu / 100 ml） | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 原始医院污水 | ||||||||||
| RSW1 | 6.70 | 1064 | 256 | 3.20 | 60.6 | 715 | 1.77 | 0.082 | <0.005 | 42×10 6 |
| RSW2 | 8.09 | 1757 | 338 | 1.40 | 75.0 | 670 | 2.19 | 0.353 | <0.005 | 230×10 6 |
| RSW3 | 8.17 | 1717 | 284 | 2.20 | 61.0 | 602 | 2.76 | 0.005 | <0.005 | 138×10 6 |
| 医院污水用光滑的活性炭处理 | ||||||||||
| SACW1 | 6.90 | 597 | 130 | 9.5 | 27.2 | 275 | 1.55 | <0.001 | <0.005 | 12×10 6 |
| SACW2 | 7.18 | 1040 | 185 | 8.5 | 25.6 | 245 | 2.06 | 0.096 | <0.005 | 17×10 6 |
| SACW3 | 7.42 | 1442 | 120 | 5.5 | 28.0 | 230 | 2.16 | <0.001 | <0.005 | 15×10 6 |
此外，在第一周，第二周和第三周处理期间，N-NO 3去除率分别为98.78％，72.80％和81.00％，平均去除率为84.19％。在废水中存在其他营养素的情况下增加氮浓度会引起富营养化[3]。因此，大量去除N-NO 3表明处理医院废水将大大减少N-NO 3引发的富营养化过程，导致藻类繁殖。这将有助于维持生态平衡，因为湖中的鱼类，甲壳类动物和软体动物等水生生物不会被剥夺氧气。
在第一周处理中，如图3（a）和（b）所示，BOD 5，COD，电导率和浊度特征去除率分别为55.12％，61.54％，43.89％和49.22％。DO从3.20-9.50 mg / L显着提高，约为3倍。
（a）比较RSW1和SACW1的物理化学和生物学特性; （b）RSW1和SACW1的电导率，浊度和化学需氧量的比较。
相反，在第二周和第三周治疗中参数得到改善。第二周治疗的结果如图4（a）和（b）所示。在这种情况下，BOD 5，电导率，浊度和COD分别降低了65.87％，40.81％，45.27％和63.43％。BOD 5是废水最重要的参数之一。它测量天然好氧生物系统在规定条件下分解出水所需的溶解氧量[44]。因此，BOD 5中的去除率为65.87％表明使用SAC可以有效地将依赖于BOD的废物分解稳定在约66％。这表明污水中的有机污染物含量明显减少。因此，这将显着减少Kete-Krachi社区的水传播疾病。它也将延缓周围河水体[微生物生长，氧消耗和生态的干扰的电势45，46 ]如沃尔特湖。
（a）RSW2和SACW2的物理化学和生物学特性的比较; （b）RSW2和SACW2的电导率，浊度和化学需氧量的比较。
COD也是废水的一个非常重要的特性，因此，将其降低63.43％意味着SAC可以帮助降低废水中有机和无机化合物的氧化潜力[47]至约63％。这将有效地减少污水的化学氧化降解，从而减少伏尔塔湖生态系统的干扰以及对公众健康造成的相关风险。再次，DO大幅提高1.4至8.5 mg / L（约6倍更好）。DO值> 4 mg / L表明，处理后由厌氧生物如细菌引起的厌氧活性大大降低，因为充足的氧气会减少有机物的厌氧分解[33]。。因此，经处理的污水具有足够的氧气吸收和消化其接收的有机废物[39]。
然而，SAC对于P-PO 4去除无效，因为仅从流出物中除去了5.93％。这可能是由于SAC对P-PO 4的亲和力较低。我们未来的研究将考虑研究如何有效地减少废物中的P-PO 4。
在第3周处理中，如图5（a）和（b）所示，BOD 5，COD，P-PO 4和浊度也分别降低了54.10％，61.79％，21.74％和57.75％。 。DO也从2.2提高到5.5 mg / L（约2.5倍）。
（a）RSW3和SACW3的物理化学和生物学特性的比较; （b）RSW3和SACW3的电导率，浊度和化学需氧量的比较。
相比之下，SAC在治疗周内的表现完全优于GAC。这可能是由于SAC的表面积高于GAC。SAC治疗的研究结果与医院废物的另一项研究一致，单独使用包装活性炭报告污染物排除率为61％，86％和91％（所有淘汰平均为62％）[20]。
根据观察结果和本研究结果，正在建立一种治疗Kete-Krachi地区医院的新治疗模式（图6）。该模型是图1的原型（a）和（b）包括当地可用材料的各种组合，例如可调节木板，棕榈螺母纤维和储罐。因此，由于社区没有办法提供大多数国际标准材料，如泵，阀门，储罐和填充床，该模型包括当地制造的材料，它将根据高度的差异进行操作，以便减少泵的主要用途。可调节木板将作为手动闸阀，在进入包装的棕榈坚果纤维1之前控制医院流出物的流量。
使用当地可用材料绘制治疗模型的草图。
包装的棕榈坚果纤维1将用作过滤器，其将通过尺寸排除来分离流出物的颗粒状颗粒。它也可用作吸附剂。颗粒状活性炭将被填充25％以在离开包装的棕榈坚果纤维1之后初始增强流出物的快速流动。这也基于颗粒活性炭在本研究中与平滑活化相比表现不佳的结果。碳。光滑的活性炭将被填充75％以增加与流出物的充分接触时间。包装的棕榈坚果纤维2还将用作过滤器以捕获可能在夹带中发现的任何光滑的活性炭颗粒。储存罐将暂时保持处理过的样品，以便在样品释放之前进行进一步分析。
我们未来的研究将考虑采用椰子壳，竹子和葫芦本地制备的其他特征活性炭。
本研究通过填充活性炭对加纳Kete-Krachi地区医院污水进行评估和修复。研究结果表明，光滑活性炭主要有效降低BOD 5，COD，大肠菌群，N-NO 3和浊度分别为58.36％，62.26％，84.39％，83.86％和50.74％。此外，DO平均提高了约3.8倍。
因此，这项研究的结果表明，光滑的活性炭与粒状活性炭结合使用对改善浊度和DO，以及减少Kete-Krachi区的BOD 5，COD，大肠菌群，N-NO 3非常有效。医院污水。这将有助于减少可能导致沃尔特湖和周围地区的氧气耗尽，富营养化，藻类繁殖和生态系统干扰的污染。当污水渗入湖中时，它还会降低Kete-Krachi居民对水传播疾病的敏感性。
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