再生水回用中微量有机物的削减及引起的健康风险

发布时间：2020-04-11 04:43

【摘要】：随着人口的不断增长和全球工业化程度越来越高,水资源缺口益发扩大,在此情势下,污水再生与回用也愈见广泛,然而再生水处理及回用过程更多考虑常规指标的达标与否,很难对其中的微量有机物进行界定。因此为保证再生水的安全回用,迫切需要研究再生水回用过程中微量有机物的削减变化规律,以及引起的健康风险,为污水再生与回用中微量有机物的变化规律和所致的健康风险控制提供理论依据和数据支持。本文以某生活污水再生(A~2O-MBR)与回用系统为研究对象,分别在该污水厂的进水、MBR出水及回用至景观湖水三个采样点定时取样和监测。采用GC-MS和UPLC-MS/MS检测分析了四类微量有机物,对各微量有机物的浓度和变化规律进行了详细的分析,并基于测定的微量有机物进行健康风险分析。该系统中检测到四类微量有机物,共58种,其中多环芳烃13种,农药3种,酚类16种,药品及个人护理品(PPCPs)26种。在原污水到MBR出水这一污水处理段,性质稳定较难分解的多环芳烃的去除率最低,仅为14.81%。酚类的去除率最高,达到了98.20%,原因在于在原水中浓度占比达91.49%的烷基酚在这一过程中去除率达99.80%。三种农药中,尽管另两种物质的去除率并不高,但是浓度占比最大的敌敌畏在该过程中被有效去除,总去除率也达到了81.21%。PPCPs在这一过程的去除率也不理想,仅为56.85%。在MBR出水到人工湖这一再生水回用段,多环芳烃浓度反而有明显增大,湖水中的浓度是MBR出水的1.7倍,通过计算各多环芳烃的存在比例和特征参数,确定增加的多环芳烃的污染源主要为柴油挥发。与A~2O-MBR过程相比,酚类中的氯酚在再生水回用于景观水过程中的去除率提高很多,但是烷基酚浓度增大明显,导致酚类总的去除率为负值。三种农药中,莠去津浓度略有上升,但另两种农药去除率达100%,因此农药总去除率也达67.18%。PPCPs在这一过程中的去除率最高,为85.66%,可见较长的停留时间以及较多的沉积和悬浮物对于PPCPs在这一过程的脱除大有裨益。在分析了各微量有机物在各阶段的浓度变化后,结合其危害毒性参数及暴露参数,根据风险评价“最不利原则”选择最大暴露条件,采用风险评价“四步法”对其进行健康风险评价。结果表明:明确的致癌物有8种,它们在原污水、MBR出水、人工湖中的致癌风险分别为3.69×10~(-8)、5.80×10~(-9)、4.66×10~(-9),可见在污水处理段(从原污水到MBR出水),致癌风险也有明显下降。经分析可知,敌敌畏是这一过程致癌风险去除的决定性因素。而在再生水回用段,因为致癌物数量占比很高的多环芳烃在这一过程中浓度反而有所增加,所以尽管其他几种物质致癌风险进一步降低,但总的致癌风险值下降甚微。但总体而言,8种致癌物在整个系统中的总致癌风险始终小于致癌风险阈值10~(-6),致癌风险可忽略。对其余50种微量有机物进行非致癌风险评价可知,它们在原污水、MBR出水、湖水中的非致癌风险分别为6.61×10~(-3)、5.65×10~(-4)、1.40×10~(-4)。在污水处理段,非致癌风险下降10倍之多,主要原因在于原水中非致癌风险占比达93.34%的PPCPs在这一过程浓度降低很多。在再生水回用段,在MBR出水中风险占比达95.19%的PPCPs在这一阶段的去除仍是非致癌风险降低的决定性因素。多环芳烃和农药在整个系统的非致癌风险占比均比较小。50种微量有机物在整个系统中所致非致癌风险也小于对应的风险阈值1。总而言之,在该研究系统中,检测到的58种微量有机物所致的非致癌风险和致癌风险均小于对应阈值,风险水平很低,回用较为安全。
【图文】：

回用,污水处理,循环系统,污水再生

西安建筑科技大学硕士学位论文2 材料和方法2.1 污水再生及生态回用系统概况本研究以西安思源学院污水再生与回用系统作为研究对象。污水再生与回用系统的水循环如图 2.1 所示。校园饮用和生活用水来源于市政供水，，产生的污废水经收集后输送至污水厂进行深度处理。产生的再生水一部分直接用于校园建筑的冲厕，另一部分输送至校园内的水景观。这部分再生水在校园内的人工湖内储存，然后再用于道路浇洒、园林喷灌、冲厕等。校园内产生的污废水经管道收集后再输送至污水厂进行处理。在该系统中人工湖不仅是校园内的水景观而且具有储存再生水的功能。人工湖储水能力大约为 5000 m3，水深为 0.8 ~1 m，水力停留时间大约为 5 天。该系统设计采用多级利用的方式，减少了供水量，缓解了水资源短缺的问题。

再生水,回用,污水处理,采样点

西安建筑科技大学硕士学位论文2.2 水样采集和预处理2.2.1 水样的采集样品于污水处理厂运行良好、天气晴朗时采集。采样点如图 2.2 所示。a 点所采为原污水水样，b 点所采为 MBR 出水水样，c 点所采为人工湖水样。在每个采样点采用经过铬酸浸泡清洗过的棕色玻璃瓶收集水样。整个采样过程中使用玻璃或者不锈钢制品避免使用塑料制品，以防溶出物污染样品，影响后续的仪器分析和生物毒性测定。采集的水样立即送至实验室，采用 0.7 μm 的玻璃纤维素膜过滤（150 mm; WhatmanTM）以备后续的样品预处理。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;X820.4

【参考文献】