新污染物臭氧-微滤协同深度净化及生物强化降解技术研究

新污染物臭氧-微滤协同深度净化及生物强化降解技术研究

易旭超  邱建贺  翁雯

玉凰生态科技股份有限公司  广东佛山  528200

摘要：本文论述典型新污染物软测量及预测技术应用、臭氧-微滤协同处理技术、微生物强化降解等新污染物深度净化技术，以促进污水新污染物治理高效化和水体环境保护，保障水环境以及水安全。

1新污染物概述

随着工业化进程的加速和化学品种类的激增，新型污染物成为环境保护领域关注的焦点。这些新污染物主要包括药品和个人护理品中的微量有机污染物、塑料微粒、纳米材料以及各种持久性有机污染物等。它们在环境中的存在虽然浓度不高，但因其难以降解、生物富集和潜在的生态风险，对生态系统和人类健康构成了长期的威胁。

新污染物的特点在于其新颖性和复杂性，往往缺乏有效的监测手段与法规约束，使得这类污染物的环境行为、影响机理及其长远影响尚不完全清楚。例如，药品残留物如抗生素和非甾体抗炎药，通过城市污水处理系统排放进入水体后，可能对水生生物产生慢性毒性作用，甚至诱发抗药性问题。塑料微粒则因为其微小尺寸，能够在环境中广泛传播，被水生和陆生生物摄取，进而影响食物链和生态系统的健康。

面对新污染物的挑战，需要跨学科合作，发展更为高效的监测技术，构建全面的风险评估体系。同时，公众意识和法律法规的完善也不可或缺。从源头减少新污染物的释放，加强废弃物的处理和回收利用，以及推动绿色化学和可持续材料的开发使用，都是应对新污染挑战的有效途径。只有通过多方面的努力，才能确保环境安全，保障人类的健康福祉。

2新污染物非靶向筛选

新污染物非靶向筛选技术是一种用于环境监测和风险评估的重要工具，它能够高效地识别出水体、土壤或空气中未知的污染物质。这项技术的核心在于其非特异性的检测能力，即不需要预先知道污染物的具体信息，就能够通过一系列的分析步骤，从中筛选出潜在的有毒有害物质。

非靶向筛选技术涉及到样品的前处理、分离、检测以及数据处理等多个环节。前处理包括对样品进行提取、浓缩和净化，以提高目标物质的检出率。选定目标水体，定期采集，监测水样常规指标（温度、pH、COD、TOC、氨氮、总氮、总磷等）随后，利用飞行时间质谱仪、液相色谱-质谱联用（LC-MS）等高精度的分析仪器，对样品中的化合物进行分离和鉴定。最后，通过专业的数据处理软件，对得到的数据进行分析，从而确定哪些化合物可能是新的污染物。

非靶向筛选技术的优势在于其能够发现传统方法难以检测到的新型污染物，为环境管理和公共健康保护提供更加全面的信息。然而，这项技术也面临着挑战，例如如何提高筛选的准确性和效率，以及如何处理和解释大量的数据。

3核心参数定性定量

核心参数的定性，首要任务是明确新污染物的种类和来源。这包括了解其化学结构、物理化学性质以及在环境中的迁移转化规律。例如，微塑料作为一种新兴污染物，其来源广泛，包括日用化工产品、工业废弃物等，而其形态多样性则决定了其环境行为的复杂性。

接下来，对于新污染物的定量分析，关键在于建立准确的检测方法和评估模型。现代分析技术如高效液相色谱、质谱等，能够精确测定污染物的含量水平。同时，通过数学建模和模拟，可以预测污染物在环境中的分布趋势和潜在风险。

结合深度学习、传统神经网络和嵌入式技术等理论，开发人工智能算法实现尾水目标新污染物浓度智能软测量，实现尾水典型新污染物浓度预测，并利用典型新污染物浓度检测结果对校验预测结果。

在定性与定量分析的基础上，进一步研究新污染物的环境影响和生态毒性至关重要。这不仅涉及到单一污染物的效应，还包括复合污染情境下的联合毒性研究。此外，考虑到新污染物可能对人类健康的潜在影响，开展相关的毒理学研究也是不可或缺的一环。

4臭氧-微滤协同处理技术

（1）基于流场结构优化的臭氧快速混合氧化和强效反应技术

该技术核心在于对反应器内部流场结构的精心设计。首先，通过计算流体力学（CFD）模拟，分析并优化反应器内的流速分布、涡流强度及流向路径，确保臭氧与待处理流体能够在最短时间内实现均匀混合。同时，采用多入口微通道设计或静态混合器等内构件，增强流体剪切力，形成微米乃至纳米级别的气泡，极大地增加气液接触面积，提升传质效率。

此外，结合高级氧化过程（AOPs），如引入紫外光（UV）或过渡金属催化剂，可进一步激发自由基链反应，产生羟基自由基等活性物质，显著加快氧化速率，破坏有机物分子结构，达到深度矿化的效果。

（2）转鼓式微孔过滤器中微孔结构、操作参数及自清洁优势

微孔结构：转鼓式微孔过滤器的核心部分是其微孔结构，通常由高分子材料或金属制成。微孔结构具有均匀的孔径分布和高密度的孔隙率，能够有效拦截微小颗粒和杂质。微孔结构的孔径大小可根据过滤需求进行调整，以满足不同工况的要求。

操作参数：转鼓式微孔过滤器的操作参数主要包括进料压力、过滤速度和反冲洗周期等。进料压力是指物料进入过滤器的压力，直接影响过滤效果和设备寿命。过滤速度是指单位时间内通过过滤器的物料量，影响过滤效率和处理能力。反冲洗周期是指过滤器进行自清洁的时间间隔，影响设备的连续运行能力和维护成本。

自清洁优势：转鼓式微孔过滤器具有显著的自清洁优势。在过滤过程中，滤饼逐渐积累在微孔结构表面，导致过滤阻力增大。当达到预设的反冲洗周期时，过滤器会自动进行反冲洗，利用高压水流将滤饼从微孔结构上冲刷掉，恢复过滤性能。这种自清洁机制降低了人工清洗的频率和强度，提高了设备的运行效率和稳定性。

5生物强化降解技术

（1）分析改良型渗滤系统中典型新污染物（如抗生素）优势降解菌及协同菌群

在改良型渗滤系统中，针对典型新污染物如抗生素的降解问题，人们越来越关注于如何利用微生物降解机制来提高去除效率。在这样的背景下，优势降解菌及其协同菌群的研究成为了关键。

1、优势降解菌指的是在特定环境条件下能够高效降解目标污染物的微生物，它们通常具有较强的生存能力和适应性。这些微生物通过产生特定的酶或代谢途径来分解复杂的有机物质，如抗生素。例如，某些假单胞菌属、芽孢杆菌属和白腐真菌等已被证实能有效降解多种抗生素。

2、在渗滤系统中，除了单一的优势降解菌外，协同菌群的作用同样不容小觑。协同菌群由多种微生物组成，它们通过相互协作，共同完成对复杂有机物的分解。这种协同作用不仅提高了降解效率，还增强了系统的稳定性和抗干扰能力。

为了优化这类系统的运行效果，在研究中进行以下几方面的工作：

（1）筛选与鉴定：通过实验室研究和现场监测，筛选出具有高效降解能力的微生物，并对其进行鉴定，了解其生理生化特征。

（2）功能分析：研究这些优势降解菌的具体降解机制，包括所涉及的酶系统、代谢途径以及影响因素等。

（3）菌群构建：基于不同微生物之间的相互作用，构建协同作用的混合菌群，以实现对特定污染物的高效处理。

（4）环境调控：通过调节温度、湿度、pH值、营养物质供给等环境因素，创造有利于优势降解菌和协同菌群生长的条件。

（5）应用实践：将筛选出的优良菌株应用于实际的渗滤系统中，观察其在真实环境下的表现，并根据需要进行调整优化。

典型新污染物深度净化：通过分析改良型渗滤系统中典型新污染物（如抗生素）优势降解菌及协同菌群，建立特征新污染物与优势降解菌间的对应关系，驯化培养高效降解微生物，实现尾水新污染物强化降解。

（2）高效抗生素降解菌的筛选和菌剂制备技术

通过RT-PCR和宏基因组学等生物信息手段，分析改良型渗滤系统中微生物生态特征和功能微生物，获得处理系统中抗生素高效降解功能微生物，研发具有自主知识产权的强降解抗生素菌剂及其制备技术。

总结

本研究所开发的水体新污染物软测量技术、深度净化技术及智能化设备，可根据常规水质指标快速预测水体中典型新污染物浓度水平，并高效深度降解去除尾水新污染物和大幅削减水体中新污染物外排总量，有助于为全面提升污水净化和回用水平及新污染物治理水平提供一个新方案。

目前污水新污染物的防治技术仍处于实验室研发阶段，成套智能化标准设备尚未见报道。在全国开始推进新污染物治理的大背景下，本研究成果可作为污水新污染物治理的储备技术成果，并在未来全国大力开展污水新污染物防治工作时提供一个可行的技术思路，并为城市水体环境的安全保驾护航