《Process Safety and Environmental Protection》：Fenton oxidation coupled with volatile solvent pretreatment for efficient removal of PAHs in coking-contaminated soil
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本研究优化了家用间歇式慢沙滤水器（ISSF），通过整合莫洛哥种子预处理和滤层上的聚氨酯海绵（PS），评估了四种配置的水质、毒性和操作性能。结果表明，预处理结合PS延长了滤器运行周期，但脱盐水（DW）存在急性毒性风险，需定期维护。该技术为缺水社区提供经济可行的水处理方案。
Mirella Klausen da Silveira | Beatriz Silvestre Puchalski | Alana Rafaela Batista Leite | William Gerson Matias | Bruno Segalla Pizzolatti
饮用水实验室（LAPOA）。圣卡塔琳娜联邦大学（UFSC）卫生与环境工程系，Florianópolis校区，圣卡塔琳娜州，88040-900，巴西
摘要
在许多偏远社区，缺乏饮用水是一个严重的问题，这些地方的水资源管理和卫生条件都非常困难。诸如间歇式慢速砂滤器（ISSFs）之类的替代技术有望改善水质。本研究通过结合使用Moringa oleifera种子进行预处理，并在滤床上添加聚氨酯海绵（PS），优化了ISSFs在家庭使用中的效果。评估了四种ISSF配置在水质、毒性和操作方面的表现。在345天的实验期间，每个ISSF每天可产生约1.3升的过滤水。只有总溶解固体和pH值达到了最低的饮用标准，而溶解氧和浊度的降低表明水质已达到生物稳定状态。混凝与ISSF结合使用后，能够100%去除大肠杆菌（p ≤ 0.05）。Lactuca sativa未显示出毒性（发芽指数：87.11–113.33%，p ≤ 0.05）。然而，在含有PS的样本中，Daphnia magna表现出显著的急性毒性（p ≤ 0.05），死亡率为90–95%；而在含有过滤水的样本中，死亡率为40%；结合预处理的过滤器则减轻了这种毒性。长期暴露于含有过滤水的环境中，Daphnia magna的死亡率达到了100%，而含有PS的过滤器虽然保持了90%的存活率，但抑制了生物体的生长（p ≤ 0.05）。添加PS延长了过滤器的使用寿命，而单独增加刮擦频率在一段时间后无法有效清除过滤器堵塞。我们的研究结果为这项技术提供了更广泛的应用可能性，尤其是对于那些缺乏适当水处理和供应的社区，同时毒性测试也为所提出的配置提供了额外信息。
引言
对饮用水需求的增加加剧了获取这一资源的不平等和不安全性问题。尽管2015年至2022年间全球范围内安全管理的饮用水覆盖率显著提高（从59%升至73%（联合国儿童基金会，2023年），但仍需开发替代技术和处理方法，以满足人类消费的水质和数量标准（巴西，2021年；世界卫生组织，2017年），尤其是在安全和公平获取水资源方面仍面临挑战的社区。
间歇式慢速砂滤器（ISSFs）在家庭中的使用是一种分散式处理技术的例子，该技术源自传统慢速砂滤技术的改进（Manz等人，1993年）。研究人员强调了其规模扩大、处理效率提高、维护和操作简便等优点（Chen等人，2021年；Freitas等人，2022年；Napotnik等人，2021年；Trikannad等人，2023年）。然而，由于对原水（RW）质量要求较高以及需要定期维护（因为过滤器容易堵塞），这些技术可能会让潜在用户望而却步，尤其是当系统设计用于服务少量人群时（Andreoli和Sabogal-Paz，2020年；Freitas等人，2023年；Maciel和Sabogal-Paz，2020年）。
为了解决这些问题，一些研究人员描述了结合预处理的间歇式慢速砂滤技术，包括混凝（通过化学预处理）以及在滤床上放置材料（物理预处理）（Curry等人，2020年；Souza Freitas和Sabogal-Paz，2020年）。
20世纪70年代，Samiia Jahn发现了Moringa oleifera种子中存在阳离子蛋白（Shah等人，2024a）。自此以后，这些种子成为最受研究的天然混凝剂之一，主要是因为它们含有分子量在6.5至30 kDa之间的阳离子蛋白，且等电点较高（10至11）（Andrade等人，2021年；El Gaayda等人，2022年；Kisakye等人，2023年；Madrona等人，2012年；Muthuraman和Sasikala等人，2014年；Ntibrey等人，2020年）。这些特性使得使用种子粉成为一种有前景且成本较低的植物基替代品，可以替代传统的化学混凝剂（如铝盐和铁盐）（Yamaguchi等人，2021年）。
尽管使用天然混凝剂有助于改善原水质量，但ISSF仍需要定期维护，这限制了该技术的应用。在滤床上放置材料是另一种预处理方法（Freitas等人，2023年；Maciel和Sabogal-Paz，2020年）。这层额外的材料在过滤介质中起到了第一道屏障的作用，优化了清洁效果，并减少了传统刮擦的需求。
在此背景下，我们通过将Moringa oleifera和聚氨酯海绵（PS）的预处理技术与间歇式慢速砂滤技术结合，研究了改进后的家庭用水过滤效果。比较了四种配置，并评估了其物理、化学、生物和毒理学参数。值得注意的是，我们尝试将ISSF技术应用于质量低于推荐标准的原水。此外，我们还提供了一份实用手册，以指导如何实际应用这种过滤技术。
研究区域
本研究在巴西圣卡塔琳娜州的Florianópolis市进行，研究地点为圣卡塔琳娜联邦大学（UFSC），坐标为27°35'59.2"S 48°31'09.7"W。原水每天从UFSC校区内的一个湖泊中采集，该湖泊面积为77平方米，深度为1.5米（图1）。
根据巴西国家环境委员会（CONAMA）第357/2005号决议，该湖泊的水质可归类为第四类，适用于限制性最低的水体用途。
水质参数
表1列出了水质参数的值，并将其与国家标准（巴西，2021年）和世界卫生组织（WHO，2017年）的标准进行了比较，同时还包括了这些法规未涵盖的其他参数。图4展示了监测期间原水、过滤水和过滤后样品的参数值。
根据Kruskal–Wallis检验，所有参数（温度除外）在不同配置之间存在显著差异，表明...
结论
单独使用慢速砂滤或结合预处理的方法未能始终满足巴西和世界卫生组织的物理化学标准，但使用混凝剂预处理的配置能够可靠地去除大肠杆菌，这与Moringa oleifera的已知抗菌特性及慢速砂滤器对病原体的有效去除能力相符。
随着时间的推移，通过监测溶解氧和浊度的降低，表明过滤器已达到成熟状态，表明水质趋于稳定。
未引用的参考文献
(APHA, 2012; Mioduski, 2014)
CRediT作者贡献声明
Mirella Klausen da Silveira：撰写 – 审稿与编辑；撰写 – 初稿；软件使用；资源管理；方法论设计；调查实施；数据分析；概念化。
Beatriz Silvestre Puchalski：撰写 – 审稿与编辑；撰写 – 初稿；软件使用；数据分析。
Alana Rafaela Batista Leite：撰写 – 审稿与编辑；资源管理；方法论设计；调查实施。
William Gerson Matias：撰写 – 审稿与编辑；数据可视化。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了高等教育人员协调办公室（CAPES）的支持，通过向Mirella Klausen da Silveira和Beatriz Silvestre Puchalski提供的资助。Alana Rafaela Batista Leite感谢巴西国家科学技术发展委员会（CNPq）（项目编号16815/2022-0）的支持。William Gerson Matias感谢CNPq提供的研究生产力资助（项目编号302876/2019-7）。
