臭氧与粉末活性炭联用去除市政污水处理厂有机微污染物的优化策略：单反应器与双反应器系统比较

为解决市政污水处理厂(MWWTPs)中有机微污染物(μP)去除效率不足的问题，研究人员系统评估了15种臭氧(O3 )与粉末活性炭(PAC)组合工艺。研究发现，先臭氧后PAC的序贯处理（最佳剂量0.54 mg O3 /mg DOC）可提升难降解污染物（如阿特拉津）去除率5-10%，缩短80%去除目标时间50%，并通过改变出水有机物(EfOM)特性减少竞争吸附。该研究为MWWTPs升级改造提供了技术优化方案，同时实现高效μP去除与副产物控制。

　　

随着药品和个人护理品(PPCPs)在环境中的广泛检出，市政污水处理厂(MWWTPs)排放的有机微污染物(μP)已成为威胁水生生态和饮用水安全的重要源头。尽管欧盟最新《城市污水处理指令》(UWWTD)要求2045年前对服务人口超15万的MWWTPs实施四级处理，但现有生物处理工艺对(bio-)recalcitrant μP（如阿特拉津）去除效率有限。臭氧(O₃
)和活性炭(AC)技术虽能有效降解μP，但单独应用时面临溴酸盐生成、吸附竞争或运行成本高等问题。如何优化这两种技术的组合策略，成为实现经济高效μP去除的关键挑战。

广州市精英计划支持的研究团队联合比利时Aquafin公司，在《Water Research》发表的研究中，首次系统比较了15种O₃
与PAC组合工艺对真实二级出水的处理效果。研究采用两批次比利时Harelbeke MWWTP出水样本（服务人口116,110 IE），通过紫外-可见光谱(UV-Vis)和激发发射矩阵荧光(EEM)监测技术，结合PARAFAC建模分析EfOM组分变化。关键实验包括：1）不同序贯处理（O₃
→PAC、PAC→O₃
、同步投加）对比；2）基于DOC的剂量优化（0.54 mg O₃
/mg DOC与1.2 mg PAC/mg DOC）；3）竞争吸附机制解析。

Removal efficiency of organic micropollutants
研究显示，O₃
优先处理可使最难降解的μP（如阿特拉津）去除率提升5-10%，达到80%去除目标所需时间缩短至PAC优先方案的1/2。EEM-PARAFAC分析表明，预臭氧通过降低EfOM的疏水性、分子量和芳香性（如类腐殖酸组分减少32%），显著缓解了PAC吸附位点的竞争。

Nutrient removal and by-product formation
同步投加策略在COD去除率提升15%的同时，将溴酸盐浓度控制在1 μg/L以下（低于荷兰最严标准）。PAC后置工艺还能额外去除8%的总磷(TP)，但污泥产量增加5-7%。

Surrogate monitoring models
建立的DAS（差分吸收光谱）模型显示，254 nm处UV吸光度(UV₂₅₄
)与μP去除率呈强相关性（R²

0.92），为实时剂量调控提供了可靠指标。

该研究证实，O₃
→PAC→PAC抛光的三步策略兼具技术经济性：预臭氧改变EfOM特性使后续PAC吸附容量提升40%，而中等PAC剂量（1.2 mg/mg DOC）既避免催化臭氧分解的干扰，又通过二次吸附确保最终出水达标。这一发现为MWWTPs升级提供了可模块化集成的解决方案——尤其适合现有设施空间受限的改造场景。研究创新的光谱监测方法，更实现了从传统μP定向检测向基于EfOM特性变化的全局工艺调控范式转变，对推动水处理智慧化具有里程碑意义。