工业废水处理厂中新兴有机污染物的赋存特征、去除效能及生态风险评估

本研究针对工业废水处理厂(WWTP)中68种新兴有机污染物(EOCs)的去除机制及生态风险展开系统研究。通过分析8类EOCs(PhMs、ATBs、PEST、PAEs、OPEs、PFAS、UVFS、BPs)在生物处理和深度处理工艺中的迁移转化规律，揭示了PhMs(96.7%)和ATBs(92.6%)的高效去除特性，发现PFAS(-68.5%)存在显著累积效应。研究创新性采用质量平衡模型解析了OPEs(主要生物降解)和ATBs(主要污泥吸附)的不同去除路径，并通过风险商值(RQ)评估指出PFOS(RQ=7.1)、IMI(2.81)和CLO(1.73)具有高风险等级，为工业废水处理工艺优化提供了重要理论依据。

　　

随着工业化进程加速，各类新兴有机污染物(Emerging Organic Contaminants, EOCs)通过工业废水进入水环境，其持久性和生物累积性对生态系统构成严重威胁。这类物质包括药品和个人护理品(Pharmaceuticals and Personal Care Products, PPCPs)、全氟烷基物质(Per- and Polyfluoroalkyl Substances, PFAS)等，常规污水处理工艺对其去除效果有限。更棘手的是，工业废水成分复杂，不同类别EOCs的迁移转化规律存在显著差异，有些甚至在处理过程中出现"负去除"现象。如何精准解析EOCs在污水处理系统中的归趋行为，并评估其环境风险，成为当前环境科学领域亟待解决的关键问题。

针对这一科学问题，来自中国的研究团队在《Water Resources and Industry》发表了创新性研究成果。该研究以江苏泰州某工业废水处理厂为研究对象，系统监测了包含常规生物处理(厌氧-缺氧-氧化沟)和深度处理(纤维过滤+氯化消毒)全流程中8大类68种EOCs的浓度变化。通过超高效液相色谱-三重四极杆质谱(UPLC-MS/MS)进行精准定量，结合质量平衡模型和风险商值(Risk Quotient, RQ)评估体系，首次全面揭示了工业废水特征污染物在复杂处理系统中的迁移转化规律与生态风险特征。

研究首先通过全流程采样分析，绘制了EOCs的浓度分布图谱。数据显示，进水中最主要的污染物是邻苯二甲酸酯(Phthalate Esters, PAEs)达2626.6 ng/L，其次为药品(Pharmaceuticals, PhMs)1239.1 ng/L和有机磷酸酯(Organophosphate Esters, OPEs)949 ng/L。值得注意的是，抗生素(Antibiotics, ATBs)和农药(Pesticides, PEST)虽然总浓度较低，但检出种类最多。经过处理后，PAEs仍以2042.2 ng/L位居出水污染物首位，而全氟化合物(Perfluoroalkyl Chemicals, PFAS)浓度不降反增(-68.5%)，凸显传统工艺对这类物质的去除局限性。

在去除效能研究方面，团队发现了显著的类别差异。生物处理单元对PhMs和ATBs展现出卓越去除能力(分别达84.8%和79.2%)，深度处理进一步贡献了78.6%和64.7%的去除率。其中对乙酰氨基酚(PAT)、诺氟沙星(NOR)等17种物质在出水中未检出。但某些物质如抗生素磺胺甲恶唑(SMX)出现-146.7%的"负去除"，可能与处理过程中前体物转化有关。相比之下，PFAS在整个处理流程中持续累积，尤其是全氟己酸(PFHxA)浓度激增94%，这被归因于氯消毒过程中前体物的转化以及污泥中物质的释放。

研究创新性地通过质量平衡模型，定量解析了不同EOCs的去除路径。结果显示，OPEs、PhMs和紫外线过滤剂(UV Filters, UVFS)主要依靠生物降解(占比分别达85.3%、82.1%和76.8%)，而ATBs则主要通过污泥吸附去除(61.4%)。特别有趣的是，双酚A(Bisphenol A, BPA)在生物处理阶段出现-60%的"负去除"，推测是处理过程中微塑料等聚合物降解产生BPA所致，但深度处理阶段通过87.1%的高效去除使总去除率回升至79.3%。

通过建立固体-液体分配系数(Partition Coefficient, K_d)与辛醇-水分配系数(Octanol-Water Partition Coefficient, K_ow)的关联模型，研究者揭示了污染物在泥-水系统中的分配规律。数据分析表明，ATBs和PAEs的LogK_d与LogK_ow呈显著负相关(r=-0.852和-0.969)，而农药和PFAS则呈正相关(r=0.795和0.830)。这种差异反映了不同类别污染物独特的吸附机制——疏水相互作用主导了农药和PFAS的吸附行为，而ATBs和PAEs可能涉及氢键等复杂作用机制。

生态风险评估结果尤为引人关注。基于预测无效应浓度(Predicted No-Effect Concentration, PNEC)计算的风险商值显示，49种化合物风险可忽略(RQ<0.01)，但全氟辛烷磺酸(Perfluorooctanesulfonate, PFOS)风险商值高达7.1，新烟碱类杀虫剂吡虫啉(Imidacloprid, IMI)和噻虫胺(Clothianidin, CLO)分别达2.81和1.73，均属高风险等级。这些物质即使低浓度排放也可能通过生物累积对水生生态系统造成长期危害。

该研究通过多维度分析，首次系统阐明了工业废水处理厂中EOCs的归趋行为与风险特征。其创新价值主要体现在三方面：一是揭示了生物处理与深度处理对不同类别EOCs的协同去除机制；二是建立了基于LogK_ow-LogK_d关系的污染物分配预测模型；三是识别出PFOS等高风险物质，为工业废水处理工艺优化和风险管控提供了重要科学依据。研究结果对完善工业废水处理标准、开发新型深度处理技术具有重要指导意义，也为全球范围内EOCs的环境管理提供了有价值的案例参考。