Во всем мире растет обеспокоенность по поводу присутствия в водной среде возникающих следов загрязняющих веществ, таких как ретиноиды и эстрогенные химические вещества, разрушающие эндокринную систему (EDC). Ретиноиды, такие как ретиноевые кислоты и их метаболиты, которые являются производными витамина А, могут вызывать аномальное морфологическое развитие у амфибий, рыб и улиток при повышенных концентрациях. Эстрогенные EDC, такие как алкилфенолы и бисфенол А, являются эстрогенами окружающей среды, которые могут вызывать феминизацию самцов рыб и аномальное развитие водных организмов.
Сточные воды являются значительным источником постоянного поступления этих загрязняющих веществ в водную среду. Высокие уровни этих химических загрязнителей обычно обнаруживаются в сточных водах, сбрасываемых с обычных очистных сооружений (ОСС).
Междисциплинарная группа под руководством Университета Гонконга (HKU) разработала новую систему очистки сточных вод, которая может эффективно удалять обычные загрязнители и извлекать ценные ресурсы, такие как фосфор и органические материалы (например, углеродные волокна и летучие органические вещества). кислоты).
Эта новая система сочетает в себе химически усиленное первичное осаждение (CEPS) сточных вод с ацидогенной ферментацией осадка в тандеме (Изображение 1). Был проведен ряд лабораторных экспериментов, чтобы доказать, что эта новая система может эффективно удалять следовые химические загрязнители из сточных вод и является более рентабельной по сравнению с обычными системами очистки сточных вод.
Результаты этого исследования были недавно опубликованы в Water Research and Environment International.
Кроме того, в сотрудничестве с заводом по очистке сточных вод Наньшань в Шэньчжэне с 2019 года в Шэньчжэне строится пилотная система очистки сточных вод (Изображение 2), использующая новый процесс очистки. летом, если вспышка COVID-19 утихнет.
Фон
В последние несколько лет профессор Сяо-Ян Ли из Департамента гражданского строительства, руководивший междисциплинарным исследовательским проектом, сотрудничал с профессором Кеннетом Леунгом из Школы биологических наук Гонконга и Института морских наук Свайра для изучить уровни и эффективность удаления ретиноидов и эстрогенных EDC из сточных вод с помощью нового процесса очистки сточных вод, разработанного исследовательской группой, и сравнить его с обычными STP..
Исследовательская группа сначала изучила уровни и эффективность удаления ретиноидов и эстрогенных EDC на STP Shatin, Stanley и Stonecutters Island в Гонконге, собрав образцы сточных вод и ила с разных стадий процесса очистки и проанализировав образцы на наличие ретиноиды и эстрогенные EDC с использованием жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией (ЖХ-МС/МС). Во-вторых, была проведена серия лабораторных экспериментов с использованием небольшой пилотной установки нового процесса очистки сточных вод. Образцы сточных вод и ила были взяты для химического анализа с использованием протоколов, разработанных командой профессора Люнга.
Основные выводы
Результаты показали, что три STP могут удалить в среднем только 57% ретиноидов (диапазон: 41-82%) и в среднем 54% эстрогенных EDC (диапазон: 31-79%) из сточных вод. (Эта работа была опубликована в Environment International).
Использование новой системы очистки, работающей в лабораторных условиях, показало, что один только процесс CEPS на 16-19% эффективнее удаляет ретиноиды и EDC, чем обычные STP. 65-80% ретиноидов и 72-73% EDC могут быть удалены из процесса CEPS (Изображение 3).
После ацидогенной ферментации ила CEPS из супернатантов ила было дополнительно удалено 50 - 58% ретиноидов и 47 - 50% ЭДХ (эта работа была недавно опубликована в Water Research).
По сравнению с обычными STP, новая система очистки, объединяющая CEPS с ацидогенной ферментацией осадка, сравнительно более эффективна в удалении возникающих химических загрязнителей из сточных вод и, следовательно, может снизить их воздействие на окружающую среду.
С точки зрения экономической эффективности процесс CEPS, как показали другие исследования, является более рентабельным, чем традиционный процесс очистки сточных вод. Например, стоимость CEPS для очистки сточных вод составляет менее половины стоимости вторичной очистки сточных вод (т. е. процесса с активным илом). С одной стороны, ацидогенная ферментация ила CEPS может дополнительно снизить стоимость обработки за счет извлечения ресурсов органического углерода и фосфата из ила, поскольку собранный органический углерод и фосфат можно использовать для производства углеродных волокон и удобрений соответственно. С другой стороны, ацидогенное брожение ила ЦЭФС может обеспечить дополнительное удаление загрязняющих веществ. Таким образом, новый процесс лечения обеспечивает взаимовыгодные результаты.
Путь вперед
Профессор Ли, руководивший исследованием, сказал: «Когда пилотная система очистки сточных вод в Шэньчжэне будет запущена и испытана, мы надеемся продемонстрировать, что эта инновационная технология будет потреблять меньше энергии, генерировать более чистые сточные воды и восстанавливать больше полезных веществ. материалы из шлама."
Профессор Леунг сказал: «Мы очень рады собрать доказательства, подтверждающие нашу гипотезу о том, что наша новая система очистки сточных вод может эффективно удалять возникающие химические загрязнители. С расширенной пилотной установкой в Шэньчжэне мы будем продолжать исследовать эффективность удаления других классов распространенных загрязнителей с помощью этой новой системы очистки."
Что касается ее потенциального применения в Гонконге, профессор Ли добавил: «Наша система может быть легко модернизирована на существующих STP в Гонконге, как дополнительные устройства. Например, пилотная система будет подключена к существующей Nanshan STP в Шэньчжэне для проверки его производительности. В случае успеха это проложит путь к развитию очистки сточных вод в Китае и за его пределами».
Это инновационное исследование финансируется Схемой тематических исследований Совета по исследовательским грантам САР Гонконг.