再生水中强毒性残留物的生态净化机制及强化原理

The residue of highly toxic trace pollutants in the reclaimed water attributes to its ecotoxicity. In order to safeguard urban water reuse for ecological purposes, research work is to be conducted for identification of the key factor of water toxicity and the highly toxic substances residual in the reclaimed water by trace pollutants analyses and exotoxicity evaluation, clarification of the physicochemical, chemical and bio-ecologic behavior of the highly-toxic substances and their transfer and transformation in an ecologic system through simulation experiments and kinetic analysis so that the mechanism for their ecological purification can be elucidated. With ecotoxicity as the controlling index, research work is also to be conducted for making clear the principles to enhance the ecological purification of the highly-toxic residues in the reclaimed water during its storage, recycling and reuse. This study will provide scientific and technological support to efficient and safety reuse of the reclaimed water.

再生水中残留的痕量强毒性污染物是生态毒性的主要来源。针对城市再生水生态利用的安全保障问题，通过痕量污染物鉴定与生态毒性评价，甄别再生水中的关键毒性因子和强毒性残留物；开展模拟实验和动力学分析，研究强毒性残留物在生态过程中的转移转化规律和物化、化学、生物生态学行为，判明强毒性残留物的生态净化机制；以再生水的生态毒性为主控指标，针对强毒性残留物的有效去除，研究再生水储存和循环利用过程中生态净化作用的强化原理，为再生水高效安全利用提供科学与技术支撑。

本项目以生态毒性为主控指标，以再生水中有机污染物为研究对象，将污染物分为常量污染物和微量污染物，明确了再生水中的强毒性残留物，揭示了其在生态储存过程中的变化特征，针对强毒性残留物的物化、化学、生物生态学行为探究了其生态净化机制，最终提出基于自然光照的强毒性残留物生态净化的强化方法。主要研究成果如下：(1)再生水中残余有机物仍可引起不可接受的生态风险，确定了对生态风险贡献巨大的化合物；再生水中高潜在急性毒性的残余有机物为大分子荧光类和芳香类物质，高潜在遗传毒性的残余有机物为大分子芳香类物质；(2)再生水生态储存过程中自然光照表现出了较好的荧光类物质削减、微量污染物去除和生态风险降低的功效；再生水发光细菌急性毒性的衰减主要是通过削减残余有机物中的荧光类溶解性有机物和有色类溶解性有机物实现的；遗传毒性的削减主要是通过削减芳香类化合物实现的。(3)研究生态净化作用中的吸附作用，以活性炭吸附为例，果壳类活性炭对溶解性微生物代谢产物以及腐殖酸类物质的去除效果比较显著，并具有良好的削减急性毒性、遗传毒性和植物毒性的性能；(4)研究生态净化作用中的自然光照作用，针对中高风险化合物探明了它们的直接光解特性及其自敏特性；针对常量溶解性有机物，在分子水平上其芳香性降低、含氧化合物降低、亲水性增强、分子量变小，并明确了发光细菌急性毒性和遗传毒性的变化与分子水平各指标的关系。(5)研究生态净化作用中的生物生态学作用，以人工湿地为例，湿地能够显著降低大部分微量污染物的浓度，且春季的效果优于夏季，人工湿地处理具有削减遗传毒性和发光细菌急性毒性的功效，但发光细菌急性毒性仍在不可接受的范围；(6)将自然光辐照条件下微量污染物和生态毒性削减的动力学模型与保障生态安全的毒性阈值相结合，提出了一种基于自然光照驱动的生态浅池处理单元设计方法，完善了再生水中强毒性残留物生态净化作用的强化原理，从而保障了再生水回用的生态安全。