四个澳大利亚污水处理厂（WWTPs）进水与出水中的新兴关注污染物（CECs）的出现情况及季节性变化

《Chemosphere》：Occurrence and seasonal variation of contaminants of emerging concern (CECs) in influent and effluent of four Australian wastewater treatment plants (WWTPs)

本研究分析了澳大利亚四个污水处理厂（W1-W4）2023年秋冬季19种新兴污染物的排放情况，涵盖药物、农药、阻燃剂等类别。结果显示，进水检出率均超73%，而出水检出率较低，表明处理效率有限（W2去除率达85%以上）。季节差异显著：秋季抗生素（如左氧氟沙星）和镇痛药（如对乙酰氨基酚）浓度较高，春季抗抑郁药（如文拉法辛、氟西汀）和杀虫剂（如避蚊胺）检出量上升。日间波动显示，咖啡因在周中峰值，而抗生素和抗抑郁药多在周日浓度最高。风险评估表明，文拉法辛、氟西汀等药物对鱼类慢性风险较高（RQ 0.1-1.0），但整体生态风险较低。

　　该研究聚焦于澳大利亚四个污水处理厂（WWTPs）中19种新兴污染物（CECs）在进水和出水中的存在情况、季节性变化及质量流量。通过收集7天内共352个24小时的复合样本，并采用固相萃取和液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）技术进行分析，研究人员发现这些CECs在进水中普遍存在，检测频率超过73%。相比之下，出水中的检测频率较低，表明部分污染物在处理过程中被去除。研究中发现，对乙酰氨基酚（APAP）和咖啡因（CAF）是进水中含量最高的两种污染物，其浓度范围分别为1,610–26,600 ng/L和716–9,720 ng/L，无论污水处理厂或季节如何，其浓度均较高。此外，研究还发现，不同污染物在不同季节和不同污水处理厂中表现出显著的空间和季节性变化。例如，镇痛药（如可待因）和抗生素（如氧氟沙星、磺胺甲噁唑和甲氧苄啶）在秋季含量较高，而精神类药物（如西酞普兰、去甲文拉法辛）和二乙基甲苯胺（DEET）在春季达到峰值。

在污水处理过程中，污染物的去除效率（RE）因污水处理厂的处理技术、污染物的化学性质以及水力停留时间等因素而异。部分污水处理厂实现了较高的去除效率，例如一个污水处理厂在大多数CECs的去除效率超过85%。然而，某些污染物如除草剂和精神类药物的去除效率较低，甚至在出水中检测到高于进水的浓度。这表明，部分污染物可能在处理过程中不易降解，或具有较高的环境持久性。

研究还通过风险商数（RQ）评估了这些污染物对水生生物的潜在生态风险。RQ是通过将测量的环境浓度（MEC）与预测无影响浓度（PNEC）进行比较得出的。RQ值小于0.1表示生态风险较低，而RQ值介于0.1到1之间表示中等风险，RQ值大于等于1则表明可能对生态环境造成严重影响。结果显示，尽管某些污染物如对乙酰氨基酚和磺胺甲噁唑在出水中对无脊椎动物表现出中等慢性风险，但某些精神类药物（如文拉法辛、氟西汀和西酞普兰）在90百分位浓度下对鱼类的慢性风险较高。值得注意的是，研究中没有考虑接收水体的稀释效应，而是基于峰值和典型暴露水平进行评估。

从污水处理厂的类型来看，W2的处理工艺较为先进，包括臭氧注入、生物过滤、活性污泥、臭氧和紫外线消毒等步骤，其对CECs的去除效率显著高于其他污水处理厂。相比之下，W3的去除效率较低，一些污染物如西酞普兰、氟西汀和文拉法辛的去除率甚至为负值，这可能与其处理工艺和水力停留时间有关。W1和W4的处理效率也处于中等水平，主要受到进水中污染物种类和浓度的影响。

此外，研究还发现污染物在污水处理厂出水中的季节性变化趋势。例如，某些化合物在春季的浓度显著升高，这可能与人们在温暖季节对驱蚊剂和精神类药物的使用增加有关。而在秋季，某些化合物如可待因和氧氟沙星的浓度较高，这可能与季节性的疾病高发或药物使用模式有关。这些季节性变化可能反映了人类活动、气候变化和水文条件对污染物输入的影响。

在污水处理厂的日常运行中，污染物的浓度也表现出显著的周内变化。研究发现，某些化合物如咖啡因在工作日（尤其是星期一、星期二和星期五）的浓度达到峰值，这可能与人们的日常活动和药物使用习惯有关。相比之下，其他污染物如药物（如氟西汀、文拉法辛和磺胺甲噁唑）、农药（如阿特拉津和吡虫啉）和工业化学品（如邻苯二甲酸二丁酯和三（2-羧乙基）膦）则在周日浓度最高，这可能与周末的药物使用和处置行为增加有关。

为了更好地理解这些污染物的分布模式和去除效率，研究人员还采用了主成分分析（PCA）方法。PCA结果揭示了不同污水处理厂之间以及不同季节中污染物去除效率的差异。例如，W2在去除大多数污染物方面表现出更高的效率，而W3和W4则显示出较为相似的去除模式。这些结果强调了污水处理厂处理技术的重要性，以及不同污染物的化学性质对去除效率的影响。

研究还发现，某些污染物如对乙酰氨基酚和咖啡因在污水处理厂进水中表现出较高的浓度，而在出水中则被有效去除。这可能与它们较高的生物降解性有关，而其他污染物如西酞普兰和氟西汀则在处理过程中难以被去除，可能与它们的化学稳定性或处理工艺的局限性有关。这些发现对污水处理厂的设计和运营具有重要意义，有助于优化处理工艺，提高污染物去除效率。

通过本研究，研究人员不仅揭示了澳大利亚污水处理厂中CECs的分布特征和去除效率，还评估了其对生态环境的潜在风险。研究结果表明，尽管某些污染物在出水中对水生生物的急性风险较低，但慢性风险较高，特别是对鱼类而言。此外，研究还指出，由于没有考虑接收水体的稀释效应，所评估的风险商数可能具有一定的保守性。因此，未来的生态风险评估需要更加精细化的分析，以更好地反映实际环境条件。

总体而言，本研究为理解CECs在污水处理过程中的行为提供了重要的数据支持，并揭示了这些污染物在不同季节和不同污水处理厂中的变化趋势。这些信息对于制定更有效的污水处理策略、监测计划以及生态风险评估具有重要的指导意义。此外，研究还强调了污水处理厂在处理不同类型的污染物时所面临的挑战，以及优化处理工艺以减少环境影响的必要性。这些发现不仅对澳大利亚的污水处理管理具有参考价值，也为全球范围内CECs的环境行为研究提供了新的视角。