再生水中低剂量残留有害物的生物毒性鉴别和控制原理

Due to the character of complexity and high toxicity, the residual trace pollutants receive widespread attention and become the target compounds of the ecotoxicity tests for reclaimed water. In order to control the reclaimed water quality safety, this program takes the residual trace pollutants derived from domestic wastewater as research object and studies its ecotoxicity identification and effective control principle. For typical domestic wastewater, based on investigating the residual and distribution characteristics of trace pollutants in reclaimed water, the pollutants will be classified according to their chemical properties. Then, the enrichment characteristics of typical trace pollutants will be revealed and the corresponding methods will be established. On the basis of non-specific and specific toxicity response of different categories of trace pollutants, the testing system will be built for detecting the ecotoxicity of trace pollutants in reclaimed water. To study the removal and toxicity reduction of trace pollutants using advanced treatment process, the optimized strategy will be proposed for ensuring the safety of reclaimed water. The results of this program will provide a theoretical and technical support for wastewater reclamation and safe utilization.

低剂量残留有害物以其复杂性和高毒性广受关注，是再生水生物毒性检测的主要目标污染物。以再生水水质安全控制为目的，本项目以城市污水来源有害物为对象，研究其低剂量残留物的生物毒性有效鉴别和高效控制原理与方法。针对代表性城市污水，判明主要有害物在再生水中的残留状况和分布特征，完成基于化学特性的低剂量残留有害物分类；选择典型低剂量残留有害物，研究其富集特性，建立其富集方法；根据不同类别低剂量残留有害物的非特异性和特异性毒性响应，构建适合于再生水中低剂量有害物毒性鉴定的生物毒性测试方法体系；结合污水处理与再生工艺，研究再生水中低剂量残留有害物的有效削减和生物毒性控制原理，提出再生水安全保障的最佳技术路线。研究成果将为污水再生与安全利用提供理论和技术支持。

本项目以典型的A2O-MBR污水再生与生态回用系统为研究对象，利用GC-MS和LC-MS/MS建立了低剂量有害化合物的定量检测方法，揭示了再生水制水、储存及回用中低剂量有机物的分布状况及削减特性，构建了基于生物毒性的水质安全评价体系并应用于再生水回用系统的评价中，结合生态风险商和人体健康风险商的概念分别确定了风险控制因子，并进一步分析了深度处理技术对生物毒性的选择性削减。主要研究成果如下：（1）污水生物处理可高效去除农药和酚类，而PPCPs主要在景观湖内削减；（2）农药和酚类化合物主要通过微生物降解和挥发作用在污水处理过程中去除； PPCPs在景观湖内主要通过吸附作用、微生物降解作用以及生态介导作用（包括自然光解、水生动植物的代谢等）得以削减；（3）多重生物毒性的水质安全评价研究发现，污水再生系统可明显降低四种生物毒性，尤其是发光细菌急性毒性。再生水储存于景观湖之后四种生物毒性进一步降低，尤其是遗传毒性；（4）再生水中痕量有机物引起的人体健康风险在可接受的范围，但其引起的生态风险较高；再生水回用过程中引入开放式的生态系统，可有效控制关键风险因子，保障再生水回用的人体健康和生态安全；（5）对于非特异性的发光细菌急性毒性，很难通过混凝和超滤处理得以控制，UV/TiO2催化氧化和纳滤处理对其控制能力较弱，然而O3氧化可以将其高效去除；对于光合抑制效应和遗传毒性，UV/TiO2催化氧化和O3氧化具有优异的控制能力。以上研究成果为准确评价再生水的安全性提供可靠的方法并为再生水的生态安全性控制提供科学依据。