在高纺织废水负荷的城市污水中开展全规模多用途臭氧处理：去除颜色物质、微污染物、病原体及抗菌素耐药性指标

《Desalination》：Full-scale multipurpose ozonation in urban wastewater with strong textile input: removal of colour, micropollutants, pathogens and antimicrobial resistance indicators

【字体：大中小】 时间：2026年07月19日 来源：Desalination 9.9

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　　•纺织品中的有效有机物质会增加臭氧需求，使氧化过程转向•OH途径。•在0.4–1.0?mg O3/mg TOC条件下，可去除50–84%的色素，同时降低毒性。•在≥0.65?mg O3/mg TOC条件下，可去除≥80%的欧盟UWWTD规定的微污染物。•那些同时依赖O3/•OH两

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纺织品中的有效有机物质会增加臭氧需求，使氧化过程转向^•OH途径。
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在0.4–1.0?mg O₃/mg TOC条件下，可去除50–84%的色素，同时降低毒性。
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在≥0.65?mg O₃/mg TOC条件下，可去除≥80%的欧盟UWWTD规定的微污染物。
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那些同时依赖O₃/^•OH两种途径的化合物，其去除效果最为显著。
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仅能降低约1 LRV的细菌数量及AMR基因含量；当臭氧浓度超过0.8?mg O₃/mg TOC时，微生物会重新生长。

引言

水资源短缺、环境和公共卫生问题，再加上日益严格的法规要求，给城市污水处理厂带来了越来越大的压力。在欧盟，修订后的《城市污水处理指令》[1]规定了部分污水处理厂必须达到的四级处理标准，要求至少去除80%的微污染物。该指令还进一步提高了对营养物质去除、能源中性、抗菌素耐药性监测以及水回用方面的要求，这就需要采用能够同时应对化学风险和微生物风险的治理策略。与此同时，欧盟“同一健康”行动计划[2]也将污水系统视为抗生素耐药性细菌及相应基因传播的重要场所。

在这样的监管背景下，臭氧处理越来越被视作提升污水处理厂处理能力的重要手段，目前已有不少欧洲污水处理厂采用臭氧处理来控制微污染物[3]、[4]。此外，臭氧还被广泛用于饮用水预氧化和消毒处理[5]，以及工业废水的脱色处理[6]、[7]。

与许多依赖羟基自由基(^•OH)生成、通常需要催化剂或更高能量输入的臭氧基高级氧化工艺不同[8]、[9]，臭氧处理既可以通过分子臭氧实现选择性氧化（直接途径），也可以通过臭氧与有机物反应产生羟基自由基（间接途径）[10]。理论上，这种双重机制使得可以同时控制水质中的颜色、微污染物以及微生物[10]。无论是分子臭氧还是^•OH，都能帮助降解微污染物、出水中的有机物质以及纺织染料[11]、[12]、[13]、[14]。不过，微生物的灭活作用主要归因于分子臭氧[13]、[15]、[16]，而^•OH的作用则尚不完全清楚[17]。关于^•OH在微生物灭活中的作用，不同研究结果存在差异：有些研究表明其在该过程中的作用较弱[13]、[15]、[18]，而另一些研究则发现其在促进病原体灭活方面作用更强或效率更高[16]、[19]、[20]，尤其是在有利于^•OH产生的条件下。

直接臭氧途径和间接臭氧途径的贡献程度取决于污水的特性，尤其是有效有机物质和碱度——这两者会影响臭氧的消耗量、自由基的生成以及清除反应[17]、[21]、[22]。因此，污水的成分会显著影响臭氧的需求量以及实际接触到的臭氧浓度，进而影响微污染物的去除效果、消毒性能，以及副产品的生成和毒性[3]、[9]、[23]、[24]。在含有较高溴离子或含氮物质的污水中，溴酸盐和亚硝胺（如NDMA）是尤其值得关注的副产品[3]、[25]、[26]。此外，臭氧还可能改变污水的毒性，其影响程度因污水成分和检测方法的不同而有所差异[25]、[27]、[28]、[29]。

尽管已有大量相关研究，但仍然存在一些重要的知识空白。目前大多数大规模臭氧处理研究都集中在有限的几项处理目标上，主要是微污染物去除和臭氧处理产生的副产品[14]、[23]、[30]、[31]、[32]、[33]，而针对消毒作用，尤其是抗菌素耐药性的降低[24]、[34]、[35]、[36]、[37]、[38]，以及毒性问题[39]、[40]、[41]的研究则相对较少。因此，能够同时评估化学污染物、微生物风险、副产品、运行指标的综合性研究依然十分匮乏。此外，目前的大多数研究都是针对常规城市污水，这类污水的溶解有机碳浓度通常低于10?mg C/L，而受工业影响的污水则很少被纳入研究范围。尽管颜色和有效有机物质可能会显著影响臭氧的需求量和处理效果，但仅有少数研究探讨了在大量纺织工业废水进入的污水系统中应用臭氧处理的情况[42]、[43]、[44]。

在消毒方面，实际大规模应用中的臭氧处理效果与实验室培养的指示微生物测试结果以及线性动力学模型的预测值相比存在较大差异，实际效果往往更低[13]、[24]。例如，在0.3至1.1?mg O₃/mg DOC的臭氧浓度下，对大肠杆菌的杀灭率大约在1到5 LRV之间[13]、[16]、[24]、[45]、[46]、[47]、[48]。至于抗菌素耐药性，可培养的耐药细菌的杀灭率约为0.8–3 LRV，而耐药基因的杀灭率则通常更低且变化更大，这可能受到污水特性和微生物群落构成的影响[35]、[45]、[48]、[49]。此外，还有多项研究观察到臭氧处理后微生物会重新生长，不过也有研究显示重新生长的情况并不一致，这凸显出有必要在真实的运行条件下评估微生物的复活可能性（Lüddeke等人，2014年）[35]、[45]、[50]、[51]、[52]。

频繁检测微污染物、病原体以及抗菌素耐药性指标既成本高昂，又难以及时为运营决策提供依据。因此，人们提出了基于紫外吸收度和荧光参数的替代指标，用于辅助过程控制[17]、[53]、[54]、[55]、[56]。然而，这些替代指标在变化较大或受工业因素影响的污水环境中的可靠性仍需进一步验证。

与以往大多聚焦于单一处理目标的规模化研究不同，本研究通过同时评估臭氧和^•OH的暴露情况、有效有机物质和颜色的去除效果、微污染物的削减程度、副产品的生成情况、毒性水平、病原体及抗菌素耐药性指标的降低程度、处理后的微生物复活情况，以及各类替代指标，对臭氧处理进行了全面分析。据作者所知，这是首批针对受纺织废水严重影响的城市污水处理厂（纺织废水占进水量的51%）开展的综合性大规模臭氧处理评估研究，有助于填补与欧盟UWWTD指令实施相关的若干知识空白。

章节概要

Lordelo污水处理厂的臭氧处理流程

这项研究是在葡萄牙吉马良斯的Lordelo污水处理厂进行的，该厂当时由TRATAVE公司运营。该厂的日处理能力为28,063立方米，服务人口相当于187,087人，干燥天气下的平均流量为19,000立方米/天。由于该厂接收了大量纺织行业废水，其年度平均进水中约有51%为纺织废水。该厂的污水处理流程包括活性污泥法、注氧处理、砂滤以及三级处理设施

过滤后二级出水的质量

三次臭氧处理过程中过滤后二级出水的质量数据汇总在表1中，更详细的信息见补充材料表S3和文本S3。总体来看，过滤后的二级出水pH值接近中性，悬浮固体含量较低，但溶解性无机物和有机物的含量较高，这反映出纺织废水对其的显著影响（占比约为50%）。此外，该出水的碱度、电导率、颜色以及紫外吸收值（A254和A436）也均处于较高水平

结论

本研究表明，对于受纺织废水影响的城市污水，大规模臭氧处理作为一种多目标高级处理技术是可行的，但也存在一定的局限性。

在0.4–1?mg O₃/mg TOC的臭氧浓度下，臭氧会优先与具有发色能力的、电子密度较高的有效有机物质发生反应，从而几乎完全去除其中的荧光物质，并使色素去除率达到50–84%。本研究的一个重要发现是，在这种高有机负荷的纺织废水环境中，有效有机物质会驱动臭氧的消耗

CRediT作者贡献说明

Margarida Campinas：概念设计、数据整理、定量分析、资金申请、实验研究、方法设计、项目管理、结果可视化、初稿撰写。Ivone Vaz-Moreira：数据整理、定量分析、结果可视化、初稿撰写。Rui M.C. Viegas：定量分析、资金申请、方法设计、结果可视化、初稿撰写。Elsa Mesquita：定量分析、实验研究、结果可视化、初稿撰写。Diana Ribeiro：数据整理

资金支持

本研究得到了欧盟在LIFE计划下的资助，项目编号为101114188，属于LIFE22-ENV-PT-LIFE Fitting项目（详情见https://lifefitting.lnec.pt/）。本文的观点仅代表作者个人观点，不一定反映欧盟或CINEA的立场。欧盟及资金提供方均不对本文观点负责。IVM项目还得到了CBQF环境微生物学教席的支持，该教席的资金来自FCT基金

未引用参考文献

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利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢TRATAVE公司的工作人员Raquel Araújo、Madalena Fernandes和José António Oliveira在技术上的支持；感谢LNEC的Vítor Napier在实验室方面的协助；同时也要感谢UCP的创新与技术支持中心（CINATE）的Isabel Santos和Cristina Mena，他们完成了为本研究提供的基于培养的微生物分析工作。UCP还感谢在FCT项目UID/50016/2025框架下开展的科学合作。

引言