CREST | 快速砂滤池对饮用水中有机微污染物的生物降解潜力

导 读

 
荷兰瓦赫宁根大学和研究中心Nora Sutton团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“快速砂滤池对饮用水中有机微污染物的生物降解潜力（Harnessing biodegradation potential of rapid sand filtration for organic micropollutant removal from drinking water: A review）”的重磅综述。近年来，饮用水水源中残留的新兴有机微污染物（OMPs）受到全球性的持续关注，它们包括农药、药物以及其他工业有机物等。OMPs的残留会对饮用水安全及公众健康造成潜在危害。传统去除工艺，如高级氧化、活性炭吸附和膜过滤等，不仅会产生有毒副产物，同时也会增加处理成本。快速砂滤池（rapid sand filtration，RSF）被广泛应用于饮用水处理过程，主要用于去除进水中铁锰等金属离子、残留的氨氮和甲烷等污染物。此外，RSF对OMPs的去除作用也被广泛报道，并具有绿色、经济的应用前景。本研究首先系统综述了OMPs在RSF中的去除机理，论证了生物降解对OMPs去除的重要性，并总结梳理了优化OMPs生物降解过程的主要途径，同时对该工艺的实际应用提出建议。

图1 图文摘要

主要内容

研究发现OMPs在RSF中的去除主要包括三个途径：沙粒的物理吸附、铁锰氧化物的吸附氧化以及微生物代谢（图2）。其中，相比于物理吸附和铁锰氧化过程，微生物降解（包括自养型共代谢和异养型代谢过程）可提供更为有效的去除效果。 

图2 OMPs在砂滤池中的去除机理总结

然而，OMPs在RSF中的生物降解过程受到若干因素的限制，例如：极低浓度的OMPs及其本身的难降解性会造成较低的微生物活性；快速的水力条件和反冲洗过程不利于生物膜的形成和保留。因此，我们针对该工艺的优化提出了以下三点建议（图3）：

（1）生物强化。通过接种已富集的菌株或者菌群靶向地提升特定OMPs的降解效率。

（2）添加生物载体。利用多孔结构的生物载体对微生物（膜）的保护作用，以避免在运行中微生物的流失。

（3）优化水力条件。不同的OMPs具有不同的可生物降解性（biodegradability）。基于OMPs的可生物降解性，适当地调节水力停留时间从而提升OMPs去除效率。同时，通过调控反冲洗过程条件以减少微生物的流失。

图3 优化OMPs生物降解过程的技术路线

总结与展望

该综述系统论证了优化砂滤池中生物降解过程对OMPs去除的重要性。针对现有研究的不足，我们提出以下三个方面的建议：1）监测并去除生物降解过程中产生的副产物，避免造成二次污染；2）进一步考察在真实全尺度RSF中OMPs生物降解和生物强化的稳定性；3）探讨RSF与其他饮用水处理工艺在OMPs去除过程中的协同效应。

作者简介

第一作者：

王劲松，瓦赫宁根大学和研究中心环境技术系在读博士生，2018年于中国科学院城市环境研究所获得工学硕士学位，目前以第一作者发表SCI收录论文4篇。目前的研究方向为饮用水中新兴有机微污染物的去除。

通讯作者：

Nora Sutton，博士，瓦赫宁根大学和研究中心环境技术系副教授，博士生导师。主要从事地下水及饮用水中新兴微污染物生物降解的研究，已在Environ Sci Technol，Water Res，Appl Environ Microbiol，J Hazard Mater等期刊发表论文40余篇。

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|供稿：荷兰瓦赫宁根大学和研究中心Nora Sutton团队

|编排：代子雯（CREST期刊推广员）

环境科技评论CREST

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