来源:Frontiers of Environmental Science & Engineering 发布时间:2022/12/26 10:33:32
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FESE|前沿研究:深度处理工艺可有效去除污水中的新污染物吗?

论文标题:Effectiveness of tertiary treatment processes in removing different classes of emerging contaminants from domestic wastewater(深度处理工艺可有效去除污水中的新污染物吗?)

期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者:Olga S. Arvaniti, Marilena E. Dasenaki, Alexandros G. Asimakopoulos, Niki C. Maragou, Vasilios G. Samaras, Korina Antoniou, Georgia Gatidou, Daniel Mamais, Constantinos Noutsopoulos, Zacharias Frontistis, Nikolaos S. Thomaidis, Athanasios S. Stasinakis

发表时间:15 Nov 2022

DOI:10.1007/s11783-022-1583-y

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提 要

新污染物因其化学和毒理特性以及在环境中相对高浓度赋存而引起高度关注。常规污水处理工艺不能有效去除新污染物,容易造成潜在的生态威胁,因此迫切需要开发有效、低成本且不产生副产物的深度处理工艺。本研究采用希腊雅典污水处理厂二级出水,考察了常用的膜处理、UV和粉末活性炭吸附工艺对38种不同种类的新污染物的去除效果,为深度处理工艺的选择提供了前期筛选依据。

图1 摘要图

研 究 概 览

本研究采集雅典污水处理厂二沉池出水作为原水,通过微滤去除总悬浮固体后,采用膜处理(微滤、超滤和纳滤)、UV(70 mJ/cm2)和粉末活性炭吸附三类处理工艺开展深度处理,考察不同深度处理工艺对38种新污染物(包括药物、内分泌干扰物、苯并三唑、苯并噻唑、全氟化合物等)的去除效果。

研究发现,膜工艺对新污染物的去除效果不一(图2)。微滤对新污染物去除效果有限,38种目标物中仅有一种去除率较高,这也说明本研究采用微滤作为其他工艺的预处理工艺是合适的。此外,微滤+超滤工艺可以去除药物和内分泌干扰物,但效果不明显,而微滤+纳滤工艺对药物和全氟化合物的去除效果有所提高。纳滤膜的孔径比微滤膜小30倍是导致两种膜对药物的不同去除效果的主要原因。

图2 膜处理工艺对新污染物的去除效果(a)微滤+超滤,(b)微滤+纳滤(图中MF为微滤,UF为超滤,NF为纳滤)

微滤+UV工艺对新污染物未见显著去除率(图3)。具体表现为,38种新污染物中仅有5种显示低到中等程度(30%~50%)的去除。原因可能包括:(1)污染物不吸收紫外线区域的强烈辐射;(2)处理工艺未进行优化,辐射强度和相应的等效停留时间相对较短;(3)二沉池出水中的其他成分与目标新污染物竞争吸收光子。

图3 微滤+UV工艺对新污染物的去除效果(图中MF为微滤)

微滤+粉末活性炭工艺可显著提高目标新污染物的去除率(图4)。其中,9种目标物的去除率高于70%,22种目标物去除率在30% ~69%之间,7种目标物的去除率较低(≦29%);药物类污染物的整体去除率最高(>70%)。

图4 微滤+粉末活性炭工艺对新污染物的去除效果

(图中MF为微滤,PAC为粉末活性炭)

本研究为目前最具工业应用前景的深度处理工艺提供了前期筛选依据,未来的研究可指向建设基于粉末活性炭吸附结合不同处理技术的处理单元,研究内容可包括:(1)综合评价同时去除有机物质、致病性微生物、新污染物、微塑料的工艺效率;(2)对经济、能源和环境成本的全面评估。

编 者 按

该研究评估了常见的深度处理工艺(MF+NF、MF+UF、MF+UV、MF+PAC)对38种不同类别有机新污染物的去除效果,为上述具有工业化应用前景的深度处理工艺去除新污染物提供了依据。该研究同时指出,对于特定的工艺,除操作条件的改变可能影响新污染物的去除效果外,工艺本身的缺陷(例如PAC吸附剂再生导致的成本问题、UV辐射导致潜在副产物的形成)所引起的环境问题同样值得注意。

文稿 | 陈丽平、俞霞,华东理工大学

编者 | 隋 倩,华东理工大学,FESE青年编委

审校 | 张 姣

本文内容来自FESE期刊2022年第16卷第11期发表的Research article文章 “Effectiveness of tertiary treatment processes in removing different classes of emerging contaminants from domestic wastewater”。通讯作者为希腊University of the Aegean的Athanasios S. Stasinakis教授。

引用格式:Olga S. Arvaniti, Marilena E. Dasenaki, Alexandros G. Asimakopoulos, Niki C. Maragou, Vasilios G. Samaras, Korina Antoniou, Georgia Gatidou, Daniel Mamais, Constantinos Noutsopoulos, Zacharias Frontistis, Nikolaos S. Thomaidis, Athanasios S. Stasinakis. Effectiveness of tertiary treatment processes in removing different classes of emerging contaminants from domestic wastewater. Front. Environ. Sci. Eng., 2022, 16(11): 148

本文来自Special issue—Emerging Contaminants: Science and Policy,客座编辑为Bin Wang, Qian Sui, Haoran Wei, Damià Barceló 和 Gang Yu。

摘要

In this work, 38 different organic emerging contaminants (ECs), belonging to various chemical classes such as pharmaceuticals (PhCs), endocrine-disrupting chemicals (EDCs), benzotriazoles (BTRs), benzothiazoles (BTHs), and perfluorinated compounds (PFCs), were initially identified and quantified in the biologically treated wastewater collected from Athens’ (Greece) Sewage Treatment Plant (STP). Processes already used in existing STPs such as microfiltration (MF), nanofiltration (NF), ultrafiltration (UF), UV radiation, and powdered activated carbon (PAC) were assessed for ECs’ removal, under the conditions that represent their actual application for disinfection or advanced wastewater treatment. The results indicated that MF removed only one out of the 38 ECs and hence it was selected as pretreatment step for the other processes. UV radiation in the studied conditions showed low to moderate removal for 5 out of the 38 ECs. NF showed better results than UF due to the smaller pore sizes of the filtration system. However, this enhancement was observed mainly for 8 compounds originating from the classes of PhCs and PFCs, while the removal of EDCs was not statistically significant. Among the various studied technologies, PAC stands out due to its capability to sufficiently remove most ECs. In particular, removal rates higher than 70% were observed for 9 compounds, 22 were partially removed, while 7 demonstrated low removal rates. Based on our screening experiments, future research should focus on scaling-up PAC in actual conditions, combining PAC with other processes, and conduct a complete economic and environmental assessment of the treatment.

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声明:本文为FESE期刊编辑部与青年编委会、作者等共同制作,内容仅供参考。欢迎转发和阅读原文,并就文章提出广泛讨论。如转载,请保持内容完整、标注信息来源。

期刊简介

Frontiers of Environmental Science & Engineering 是由高等教育出版社、中国工程院和清华大学共同主办的环境领域综合学术期刊,聚焦环境领域前沿问题与研究成果,重点关注开创性、跨学科的研究,致力于打造具有国际影响力的高水平学术交流平台,是中国工程院院刊系列期刊、中国科技期刊卓越行动计划重点期刊

共同主编:曲久辉院士,John Crittenden院士

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