复合垂直流人工湿地对OPFRs的去除研究

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大量工业、生活污水的排放使水环境中OPFRs污染情形尤为严峻,过去更多关注的是OPFRs在水环境中的时空赋存及可能来源,对鱼与人类潜在性暴露风险评价等,而采取何种较高性价比的方式缓解污水中OPFRs显得较为紧迫。本文以经济有效的吸附法来缓解OPFRs废水,探究不同吸附剂对氯化TCEP、TCPP吸附能力、差异性、影响因素及吸附机理。Langmuir方程能较好描述各吸附等温过程,各吸附剂最大吸附能力依次为生物炭(12.30-17.77mg/g)>>火山岩(40.91-67.11μg/g)>沸石(36.81-62.59μg/g)>土壤(7.08-10.64μg/g),造成其吸附速率与吸附量差异与各吸附质分子大小、疏水性,吸附剂颗粒尺寸、比表面积、表面电荷、含氧官能团(-OH、-COOH)等造成可吸附点位差异性密切相关。土壤中较高pH及较小浓度HA可增强TCEP、TCPP吸附,归因于吸附剂表面电荷与质子化OPFRs静电作用或HA中-COOH、-OH、-C=O与-CHO等基团与OPFRs氢键相互作用。生物炭原材料与热解温度会影响其对污染物吸附效果,对于弱疏水性OPFRs,选择富含木质素、结晶纤维素的原材料并在中等温度(500-600℃)热解可产生较大比表面积、多含氧基团(C=O)进而诱导较强的氢键桥接作用。因此,TCEP与TCPP在不同吸附剂中主要涉及疏水相互作用、氢键与静电吸引等多重方式,其吸附量可能更多取决于吸附质/剂之间亲/疏水性及吸附剂中C=O基团数量。以野外中试IVCWs来研究不同运行方式(干湿交替、静置-休期、连续运行)对低C/N污水去除影响,结果表明干湿交替(运行5d,排空2d)并不能克服野外T降低导致各营养去除效果降低,TN下降达26.45%。在整个运行期间,IVCWs对NH4+-N(71.5±13.06%)、COD(61.21±8.11%)、TN(56.35±11.41%)与TP(49.69±8.5%)去除效果较好,同时VFCW1中各去除贡献占比(54.92%-86.83%)都大于50%,表明系统具有较强去除潜力。有趣的是,VFCW2中大量NO3--N不断积累会削弱TN去除效率,而如何诱导厌氧氨氧化(Anammox)过程的发生显得尤为关键。最后,在IVCWs微水环境中模拟WWTPs等污水OPFRs排放过程,并探究比较各组分在IVCWs中去除效率、贡献率、水-沉积物-植物相中的分布、主要去向及差异性。当TCP、TCEP与TCPP进水浓度为246.14±69.62μg/L、919.59±193.96μg/L与808.31±200.55μg/L下,去除效率分别为70.18±13.98%、51.76±18.07%与60.28±20.05%。其中植物累积仅占去除贡献的0.006-0.022%,而土壤、沸石、火山岩等基质累积量占23.90-69.92%,表明大部分(30.07-76.09%)可通过光降解、微生物降解等方式去除。进一步,各OPFRs在沉积物中累积量依次为火山岩>沸石>土壤,而芦苇(0.79±0.15-108.22±10.76ng/g)、风车草水面上部分(3.16±0.06-127.44ng/g)中累积量相当较小。经质量平衡计算,进水质量负荷的12.64-49.22%、29.61-47.11%OPFRs都能迁移到沉积物与出水中,可能会导致其在沉积物持久性存在或更宽阔水域中迁移等问题的发生。当对比不同OPFRs在水环境中赋存及迁移行为发现,高疏水性TCP较易吸附在沉积物或根系表面,中等疏水性(TCPP)更容易发生植物尖端移位现象,而较小疏水性(TCEP)可能会被植物直接吸收。然而OPFRs在CWs中长期运行的去除效果,在自然土壤中的赋存、累积及持久性,及对浮游植物、大型植物的生长影响引人关注。
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