基于微藻的工艺与活性污泥结合膜过滤（AS-MBR）在去除新兴污染物及废水再利用方面的性能比较

《Journal of Hazardous Materials》：Performance comparison of microalgae-based and activated sludge with membrane filtration (AS-MBR) for emerging contaminant removal and wastewater reuse

本研究对比了微藻处理系统（实验室和户外）与活性污泥膜生物反应器（AS-MBR）在去除新兴污染物（CECs）及常规水质参数方面的效率。结果显示，微藻系统通过生物吸附和光降解实现高效去除（>80%），AS-MBR因高生物量和曝气效率在有机物去除上更优，但两者均达到欧洲再生水标准，病原体去除率均超过99%。研究表明，微藻系统作为可持续技术具有替代AS-MBR的潜力。

　　本文主要探讨了基于微藻的废水处理系统与传统活性污泥-膜生物反应器（AS-MBR）在去除新兴污染物方面的性能对比。研究中评估了三种不同的系统：户外微藻池、实验室规模的模拟开放环境系统以及实际规模的AS-MBR设施。结果显示，所有系统在去除疏水性、可生物降解或挥发性化合物方面均表现出较高的去除效率（>80%），尽管它们在处理方式上存在差异。微藻系统中，生物吸附和光降解是主要的去除途径，而户外微藻池则在去除对紫外线敏感的化合物方面表现出更高的效率。在AS-MBR系统中，生物吸附和挥发性是主要因素，使得出水中的污染物浓度极低。此外，所有系统产生的最终出水均符合欧洲关于再生水的生物污染标准和新兴污染物去除的限制要求。

随着城市废水处理技术的发展，新兴污染物（CECs）的出现和排放已成为全球关注的焦点。这些污染物可能对人类健康和生态环境产生潜在威胁，包括影响水生生物的健康和导致种群减少。此外，某些新兴污染物在排放到环境中后，可能通过食物链再次进入人体，从而对健康构成风险。因此，开发有效的处理技术对于减少这些污染物的环境影响至关重要。

在欧洲，欧洲委员会发布了关于新兴污染物的优先事项和检测方法的指南，并制定了新的《关于城市废水处理的指令（UE）2024/30119》，强调了对微污染物的去除，特别是药物类污染物。该指令建议某些城市污水处理厂（WWTPs）应实施额外的处理系统以提高污染物去除效率，并鼓励通过创新技术克服传统方法的局限性。目前，传统的城市污水处理厂主要关注有机物、氮和磷的去除，以防止水体富营养化，但大多数设施缺乏专门针对CECs的处理流程。因此，需要探索新的处理方法，如物理化学处理、吸附、微/超滤、反渗透、高级氧化工艺（AOPs）和凝聚等，这些方法在去除CECs方面表现出较高的效率，但可能涉及较高的安装和运营成本。

膜生物反应器（MBR）因其相对容易实施且兼容水再利用系统，被认为是传统处理系统的一种有效替代方案。MBR通过膜分离技术实现高效的固液分离，从而提高污泥龄和固体浓度，增强污染物去除能力。然而，与传统活性污泥系统相比，MBR的高曝气率和高污泥浓度可能使其在去除某些有机物和营养物质方面更具优势。此外，微藻系统因其利用太阳能和适应不同类型的废水的能力，被认为是环境友好型技术。微藻通过光合作用吸收二氧化碳并释放氧气，同时无需显著的能源消耗，从而有助于减少温室气体和应对气候变化。

研究中采用的微藻系统包括一个户外系统和一个实验室规模的模拟系统。户外系统位于西班牙北部的Garray污水处理厂，而实验室系统则设在Valladolid大学的化学工程系。这两个系统在操作条件和去除效率方面进行了比较。实验室系统通过LED模拟自然光照条件，而户外系统则利用自然光照。研究还考虑了温度、溶解氧和pH值等参数对污染物去除的影响。

在分析方法上，研究使用了液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）技术，以确定39种目标药物的去除效率。通过使用标准样品和内标物，确保了分析的准确性和可靠性。研究还关注了水再利用的条件，包括对大肠杆菌和粪链球菌的去除，以确保出水符合欧洲的再利用标准。

研究结果表明，微藻系统在去除营养物质和部分药物方面表现出优异的性能，而AS-MBR系统在去除有机物方面更为高效。此外，户外微藻系统由于暴露在自然紫外线辐射下，对光敏药物的去除效率更高。这表明，微藻系统在去除疏水性和光降解性污染物方面具有显著优势，而AS-MBR系统则通过高浓度的生物固体和高曝气率实现更高效的污染物去除。

总体而言，研究结果表明，基于微藻的废水处理系统和AS-MBR系统在去除新兴污染物方面均表现出良好的性能，符合欧洲关于再生水的排放标准。这些技术为城市废水处理提供了可持续和环保的解决方案，特别是在应对新兴污染物的挑战方面。研究还指出，随着欧洲新指令的实施，这些技术有望在未来城市废水处理中发挥重要作用，为实现更高效的污染物去除和水再利用提供支持。