整合厌氧与光化学过程：面向UASB二级出水微量污染物削减与毒性控制的UV–Vis驱动后处理

《Journal of Chemical Technology & Biotechnology》：Integrating anaerobic and photochemical processes: UV–vis-driven post-treatment for micropollutant abatement and toxicity control in UASB secondary effluent

　　

背景：升流式厌氧污泥床（UASB）反应器在低收入与中等收入国家广泛应用，但其二级出水（SE）仍可能含有有机微量污染物（MPs）及残留毒性。本研究评估了UV–Vis光解与UV/H2O2作为UASB二级出水后处理方案的效果，整合微量污染物去除与毒性响应。光降解实验在125 W UV–Vis光化学反应器（200–800 nm；254 nm处辐照度12.1 W m?2）中进行，累积UV-C剂量0.23至0.69 kJ L?1。通过阿特拉津（ATZ）、利福平（RIF）、17α-乙炔基雌二醇（EE2）的去除率、大型溞（Daphnia magna）急性毒性及莴苣（Lactuca sativa）种子植物毒性进行评价。 结果：UV/H2O2促进目标微量污染物快速去除，而UV–Vis光解在测试条件下达到相近的最终去除率。UASB处理降低了有机负荷并消除大型溞急性毒性，而UV基处理后毒性响应随基质与工艺不同而变化。植物毒性 assay 显示发芽无抑制，但根伸长响应随累积UV-C能量变化。 结论：总体而言，UV基后处理改善了UASB基质中微量污染物削减，但在推断回用安全性或规模化适用性前，应评估转化产物、慢性效应、消毒性能及真实出水运行。? 2026 The Author(s). Journal of Chemical Technology and Biotechnology published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Society of Chemical Industry (SCI)。

研究背景与动机：常规市政污水处理工艺对有机微量污染物（MPs，含抗生素、农药、激素等）去除有限，二级出水（SE）持续向环境释放具内分泌干扰、抗菌耐药及慢性生态效应的痕量有机物。在巴西等中低收入国家，升流式厌氧污泥床（UASB）占污水处理厂单元37%，远多于常规活性污泥（CAS）的9%，但UASB二级出水基质（含残留COD、碱度、悬浮物、天然有机质NOM）会削弱UV透射与羟基自由基（HO^•）效率，且现有UV/H₂O₂等高级氧化工艺（AOPs）证据多来自CAS出水或合成单体系，市政UASB多级MP共存基质下的化学-生物联评研究稀缺。研究人员据此以UASB二级出水为对象，比较UV–Vis光解与UV/H₂O₂后处理对三类代表性MP（除草剂ATZ、抗生素RIF、合成雌激素EE2）的去除及大型溞急性毒性和莴苣植物毒性响应，成果发表于《Journal of Chemical Technology and Biotechnology》。

主要技术方法：研究采用连续运行270天、水力停留时间8 h的实验室规模UASB反应器处理加标合成市政污水（ATZ 400 μg L^?1、RIF 200 μg L^?1、EE2 200 μg L^?1）获取二级出水；后处理在1 L硼硅酸反应器内以125 W高压汞灯（200–800 nm，254 nm辐照12.1 W m^?2）进行30/60/90 min批次照射，累积UV-C剂量0.23/0.46/0.69 kJ L^?1，UV/H₂O₂组初始H₂O₂ 100 mg L^?1并每15 min补加维持；化学端点含COD、H₂O₂残留（钒酸铵分光光度法）、MP浓度（SPE-HPLC-DAD/FLD）；生物端点按ABNT标准以大型溞48 h静态暴露算毒性因子（TF）与EC₅₀，以莴苣种子120 h暗培养算发芽指数（GI）与相对生长指数（RGI）。

研究结果：

光降解实验：UASB进水COD 946 mg L^?1降至二级出水62 mg L^?1（去除93.4%）。UV–Vis光解二级出水90 min后COD降至16 mg L^?1，UV/H₂O₂降至1 mg L^?1；两工艺在进水中COD去除均约57–60%，表明内源光敏物（腐殖质、硝酸根）间接光解贡献显著，碳酸氢根淬灭HO^•致高剂量平台。UV/H₂O₂在二级出水15 min耗H₂O₂ 77%，90 min累计耗485 mg L^?1，与进水无显著差异（P=0.5126）。ATZ在二级出水经UV–Vis光解30 min残0.23 μg L^?1（>99.9%），UV/H₂O₂同剂量^?1；RIF两工艺30 min均^?1；EE2经UV–Vis光解90 min<0.2 μg L^?1，UV/H₂O₂ 60 min即达此值。UASB单独对ATZ/RIF/EE2仅去除17.8%/45.1%/12.6%。

生态毒性响应：UASB进水对大型溞TF=8（EC₅₀ 27.9%），UASB二级出水TF=1（无急性毒）。UV–Vis光解二级出水30 min毒性反弹至TF=2（EC₅₀ 96.9%），90 min复无急性毒；UV/H₂O₂二级出水后处理30 min TF=2且至90 min仍残留。莴苣发芽率全程100%，但根伸长更敏感：未处理进水/二级出水促根（RGI 1.6/1.5），UV–Vis光解进水30 min抑制（RGI 0.6），二级出水各剂量RGI 0.8–1.2；UV/H₂O₂两基质30 min均近抑制阈（RGI 0.7/0.8），高剂量趋中性。

讨论总结：研究人员指出批次合成基质未涵盖真实出水卤素/过渡金属等复杂组分，且未评慢性毒、消毒及连续流；强调AOP后毒性非单一MP驱动而是基质级综合响应（NOM转化产物、CO₃^•?等），UV–Vis光解终态去急毒但UV/H₂O₂残留急毒提示加氧化剂未必降毒。未来需连续流真实出水、LC–MS/MS转化产物鉴定与能量/氧化剂优化。

结论翻译：本研究显示UV–Vis光解与UV/H₂O₂可有效去除UASB进水及二级出水中ATZ、RIF与EE2；UV/H₂O₂促进微量污染物快速去除，UV–Vis光解在测试条件下达相近最终去除率。UASB处理降低整体有机负荷并消除大型溞急性毒性，支持其作为UV基抛光前初步生物单元的角色。光化学处理后毒性响应依基质与工艺而异：UV–Vis光解在最高UV-C剂量消除急性毒性，而UV/H₂O₂后处理二级出水后残留毒性。植物毒性assay无发芽抑制，根伸长响应随基质与累积UV-C能量变化。综上，UASB耦合UV基后处理改善微量污染物削减并提供互补毒性证据；在推断回用安全或全规模适用性前，未来研究应评估慢性效应、消毒性能、化学转化规律及真实出水运行。