活性炭强化序批式活性污泥工艺降低硫酸盐浆厂废水慢性毒性及雌激素活性的研究

为解决硫酸盐浆厂废水经生物处理后仍残留慢性毒性和雌激素活性的问题，研究人员通过在序批式活性污泥反应器（SBR）中添加粉末活性炭（PAC），显著降低了废水对藻类（Raphidocelis subcapitata）、斑马鱼（Danio rerio）和微甲壳动物（Ceriodaphnia dubia）的慢性毒性，并完全消除雌激素效应（YES检测）。该技术为工业废水深度处理提供了低成本、高效的新方案。

　　

硫酸盐浆厂作为高耗水行业，其废水含有大量难降解有机物，即使经过生物处理，仍存在慢性毒性和雌激素活性等环境风险。研究表明，传统生物处理对斑马鱼幼虫的慢性毒性抑制率仅降低至17.4%，且残留雌激素活性达7.7-10 ng E₂
-eq.L^?1
。这些污染物可能通过食物链累积，威胁水生生态系统健康。尽管高级氧化等技术被提出，但高昂成本和副产物毒性制约了应用。

针对这一难题，来自联邦大学维索萨分校等机构的研究团队创新性地将粉末活性炭（PAC）整合至序批式活性污泥反应器（SBR）中，系统评估了PAC对硬木硫酸盐浆厂废水的净化效果。研究发现，初始投加2 g.L^?1
PAC即可完全消除废水对藻类（IC_25%
降至0%）和斑马鱼的慢性毒性，并将微甲壳动物繁殖抑制降低85%。通过酵母雌激素筛查（YES）证实，PAC能100%去除雌激素效应。该成果发表于《Chemosphere》，为工业废水处理提供了"原位强化"的新思路。

关键技术包括：1）序批式活性污泥（SBR）反应器构建；2）粉末活性炭（PAC）剂量梯度实验（2/4 g.L^?1
）；3）多物种慢性毒性测试（藻类生长抑制、鱼类发育异常、甲壳类繁殖障碍）；4）酵母雌激素筛查（YES）体外检测；5）基于巴西硬木浆厂实际废水的实验设计。

慢性藻类毒性
通过72小时藻类生长抑制实验发现，传统SBR处理仅将IC_25%
从23.1%降至17.4%，而添加2 g.L^?1
PAC后毒性完全消失。这表明PAC能高效吸附抑制藻类生长的脂溶性毒素。

鱼类发育毒性
斑马鱼胚胎暴露实验显示，PAC-SBR处理组幼体畸形率归零，而传统SBR组仍存在脊柱弯曲等异常。证实PAC可去除影响脊椎动物发育的极性化合物。

甲壳类繁殖抑制
7天繁殖测试中，PAC将Ceriodaphnia dubia的幼体产量抑制率从68%降至12%，但4 g.L^?1
剂量未展现额外优势，暗示存在阈值效应。

雌激素活性消除
YES检测表明，PAC通过物理吸附有效清除类雌激素物质，处理出水雌激素当量降至检测限以下（<0.1 ng E₂
-eq.L^?1
），解决了硬木浆厂特有的雌激素风险。

该研究证实PAC-SBR联用技术具有三大优势：1）无需新建处理设施，直接改造现有活性污泥系统；2）同步去除COD、色度和生物毒性；3）PAC可回收利用。值得注意的是，研究首次揭示2 g.L^?1
PAC即达最优效果，过高剂量反而增加运行成本。这一发现为行业提供了明确的工程参数，对推动绿色制浆工业发展具有重要实践价值。未来研究可进一步解析PAC吸附的特定毒性物质分子特征，以优化碳再生周期。