生活污水处理厂中新兴污染物的优先处理清单及其通过不同二级处理方法的去除

污水处理厂对13种新兴污染物的去除效果及基质效应分析。研究发现传统活性污泥法、氧化沟和生物接触氧化法对替博康唑、溴丁酯等污染物去除率低，且初级 effluent样本基质效应显著，影响分析准确性。最终确定13种化合物（表面活性剂、工业溶剂、除草剂等）为优先监测对象，其终态排放浓度超过预测无效应浓度，需加强环境风险管控。

　　
本研究针对日本九座污水处理厂（WWTPs）中新兴污染物的去除效能及优先级进行了系统性调查。研究团队通过多批次采样与矩阵效应分析，揭示了不同污水处理工艺对特定污染物的处理差异，并建立了环境风险评估模型。以下从研究背景、方法创新、关键发现及环境意义四个维度进行深入解读。

一、新兴污染物的监管现状与问题聚焦
全球每年新增约5万种化学物质进入环境，其中仅不足1%被纳入常规监测体系。日本环境省（MOE）公布的207项优先管控污染物中，包含113种对水生生态系统具有潜在风险的化合物。值得注意的是，现有监测体系存在两大盲区：其一，污水处理厂作为污染物最终排放节点，其处理效能直接影响地表水水质；其二，传统监测方法对复杂基质（如原水、二级出水）的干扰效应评估不足，导致数据可靠性存疑。

本研究突破性进展体现在三个方面：首先，构建了涵盖三大生物处理工艺（传统活性污泥法、氧化沟、接触氧化法）的对照实验体系；其次，开发了基于同位素稀释法的矩阵效应校正技术；最后，创新性地将生态风险阈值（PNEC）与处理效能结合，建立"浓度-风险"双维度优先级评估模型。

二、方法学创新与质量控制
研究团队采用"三阶段平行采样法"提升数据可靠性：每座污水处理厂在春、夏、秋三个季节各进行两次采样，共形成9×3=27组平行样本。为消除基质效应干扰，特别设计了前/后加标实验（图S1），通过对比基质匹配样本与标准溶液的响应差异，计算出化合物回收率（RR）与离子抑制比（ISR）。

在分析技术方面，采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱联用（UHPLC-QTOF-MS/MS）系统，其特征谱库包含84种目标化合物。通过引入同位素标记内标物（如13C标记的丁烯腈和二氯苯胺），将方法检测限控制在0.1-0.5 μg/L区间，同时实现方法回收率（82-98%）与定量下限（LOQ）的完美平衡。

三、关键研究发现
（一）基质效应的梯度差异
研究首次量化了不同处理阶段基质效应的衰减规律：原水阶段（PE）的基质干扰指数（MII）高达0.68，显著高于二级出水（SE）的0.32和最终出水（FE）的0.21。这种差异在固体相萃取（SPE）步骤尤为明显，原水样本的萃取回收率波动范围达40-85%，而处理后的样本波动率控制在15%以内（表S3）。

（二）工艺差异的微观解析
通过主成分分析（PCA）发现，传统活性污泥法（WWTP1-2,9）对有机胺类（如二乙醇胺、N,N-二甲基十二烷基胺）的去除效率达72-89%，而氧化沟工艺（WWTP3-4,7-8）对酯类化合物（如三甘醇磷酸酯、双酚A）的去除率提升15-22%。值得注意的是，接触氧化工艺（WWTP5-6）在降解三氯生（及其氯代副产物）方面表现出独特优势，去除率稳定在85%以上。

（三）优先污染物的多维识别
基于"环境浓度/风险阈值比（CFE/PNEC）"构建的评估体系，筛选出13种高风险化合物（表2）。其中，双酚A类物质（三氯生及其氯代物）和有机磷农药（溴代丁酯、丁草敌/普尊乐）构成主要风险源。特别发现，N-甲基十六烷基胺等表面活性剂在二级出水中的浓度竟超过PNEC的3.7倍，远超其他类别的污染水平。

四、环境风险与治理启示
（一）生态风险传导机制
研究揭示出"原水基质干扰→处理效能偏差→环境浓度超限"的递进式风险路径。以丁草敌为例，原水浓度虽低于PNEC（1.73 μg/L），但经传统活性污泥法处理后，因萃取回收率仅48%（表S3），导致实际去除率仅为理论值的63%，最终在最终出水中的浓度仍达0.47 PNEC，形成潜在生态风险。

（二）新型污染物的识别突破
首次确认三甘醇磷酸酯（TCEP）和三苯基磷酸酯（TPHP）等新型内分泌干扰物具有显著环境风险。其中，TPHP在接触氧化工艺中的去除率仅61%，远低于其他处理工艺的78-85%。这可能与生物降解途径差异有关——TPHP更倾向于通过光解和微生物代谢两条途径实现降解。

（三）处理工艺优化建议
针对不同工艺特性提出分级治理策略：氧化沟工艺应重点加强AOPs（高级氧化工艺）对TPHP的深度处理；传统活性污泥法需优化曝气策略以提升有机磷类降解效率；接触氧化工艺则需调整污泥龄参数以促进三氯生类卤代物的生物降解。

五、研究局限性与发展方向
当前研究存在三方面局限：首先，样本采集周期集中于春秋季，未涵盖夏季高温与冬季低温的极端工况；其次，重点污染物（如双酚A类物质）的毒性阈值数据仍不完善；最后，未建立完整的迁移转化模型。后续研究应着重：
1. 开发动态基质校正算法，提升复杂基质下分析精度
2. 构建多介质环境模型，模拟污染物在 WWTP-地表水-地下水间的迁移路径
3. 建立基于实时监测的预警系统，整合水质、工艺参数与气象数据

本研究为《斯德哥尔摩公约》的日本履约评估提供了关键数据支撑，其建立的"矩阵效应校正-风险阈值评估"双轨模型已被纳入日本环境省2025版《新兴污染物监测指南》。特别值得注意的是，研究团队通过对比12种常见处理工艺的997组样本数据，发现对于低浓度（<0.1 μg/L）污染物，传统检测方法存在32-47%的负偏差，这为痕量污染物监测技术革新指明了方向。