水处理高级氧化对生物毒性的影响与毒性控制研究

Advanced oxidation processes (AOPs) are widely used in wastewater deep treatment. But the unselected oOH reations and the side-reactions may produce toxicant and ecological risk. Therefore, biotoxicity tests are useful evaluatiing the safety of treated wastewater. However, the research on toxicity evaluation of AOPs is very limited at present, and the reasons and mechnisms of the toxicity changes has not been studied thoroughly. The purpos of this project is to investigate the effect of AOPs treatment (for example, Fenton, electro-Fenton and ozonation) on the biotoxicity of wastewater (secondary effluent). The the key toxicants and toxic components are meant to be indentified using ultrafiltration separation, resin adsorption chromatography, solid phase extraction, etc, and to reveal the relationship between pollutants and biotoxicity. On this basis, some basic information for optimizing AOPs and the removal of bioxicity are to be provided in this project.

高级氧化是常用的废水深度处理技术，但自由基非选择性的反应特性及相关副反应的发生可能带来出水的生态风险，故生物毒性评价是常规水质指标的有益补充。已有研究仅对高级氧化前后废水的生物毒性大小进行了简单测定，未系统研究高级氧化过程生物毒性变化的原因和机理，且某些研究发现高级氧化后废水生物毒性存在增加的现象，这更应该引起人们的注意。本研究选择Fenton、电-Fenton和臭氧氧化三种不同高级氧化技术对生活污水和典型工业废水进行深度处理，研究高级氧化条件和水质条件对生物毒性变化的影响。采用超滤膜分离、树脂吸附层析、固相萃取等方法，分离废水的主要物质组分，研究其在高级氧化过程中的变化，找出影响生物毒性变化的关键物质或物质组分，解析污染物与生物毒性变化的对应关系。在此基础上，提出同时约束生物毒性和常规指标的高级氧化优化方案，并研究生物毒性的去除方法。

随着工业废水排放标准及回用水水质要求的提高，高级氧化常用于生物工艺出水的深度处理，以进一步去除污染物，同时，现有的水质评价标准侧重于常规水质指标，却忽视了废水的生物毒性指标，以及排水可能导致的生态风险。本研究考察了水处理高级氧化对废水生物毒性的影响及毒性变化的原因和机理，选择Fenton和臭氧两种高级氧化技术分别对焦化废水和生活污水生物处理工艺出水进行深度处理，测试排水的生物毒性并分析典型毒性物质。研究发现，焦化废水处理A1/A2/MBR工艺出水经Fenton氧化后，可达到《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB 16171-2012）水污染物排放控制要求，但急性毒性不降反升，达到5.0±0.2 TU，相对生物出水升高了11%，对于重要的内分泌干扰效应之一的抗雄激素活性可基本完全去除。对于生活污水，臭氧氧化可以降低生活污水的急性毒性及雌激素活性，但二者并不能完全去除。无论是焦化废水还是生活污水，研究发现水中的氯离子含量对高级氧化出水的急性毒性影响较大。研究重点对引起急性毒性的物质特征进行了分析，发现生活污水中亲水性物质和焦化废水中的疏水性物质是急性毒性变化的关键组分。毒性化合物甄别结果显示，萘、酚类和喹啉类物质是焦化废水中的典型有毒物质，而生活污水中脂肪酸类物质、硅氧烷类物质是引起生物毒性的主要物质，高级氧化出水的急性毒性增加与含氯化合物的副产物关系密切。针对毒性物质组分，采用活性炭吸附可以非选择性的去除毒性有机物，同时提高出水水质；研究还通过富集、筛选高效降解菌，利用生物强化选择性去除废水中特定有机毒性物质，去除率接近100%，可有效控制排水的生物毒性。最后，研究提出了改进的等效线法对化合物的内分泌干扰联合毒性作用进行了考察，发现混合物的联合毒性作用类型不仅与的化合物的种类有关，也常与化合物混合的浓度相关。本课题研究可为废水处理工艺的选择及水质排放标准的制定提供参考。