集成生物反应器处理的猪污水不同有机负荷中新兴污染物的量化，去除和潜在生态风险外文翻译资料

集成生物反应器处理的猪污水不同有机负荷中新兴污染物的量化，去除和潜在生态风险

Jacineumo Falcao de Oliveira ^{a, *}, Ronaldo Fia ^a, Fernando Neris Rodrigues ^b, Fatima Resende Luiz Fia ^a, Mateus Pimentel de Matos ^a, Luciene Alves Batista Siniscalchi ^a, Ananda Lima Sanson ^c

^a Department of Water Resources and Sanitation, 1·Federal University of Lavras, UFLA, Minas Gerais, 37200-000, Brazil

^b Joao Monlevade Unit, State University of Minas Gerais, UEMG, Minas Gerais, 31630-900, Brazil

^c Institute of Exact and Biological Sciences (ICEB), Federal University of Ouro Preto, UFOP, Minas Gerais, 35400-000, Brazil

摘要：这项研究旨在评估上流厌氧污泥层（UASB），水下曝气生物滤池（SABF）和水平地下流人工湿地中脂质调节剂，神经兴奋剂，消炎和内分泌干扰物的水生物种的动力学及其生态风险。HSSF-CW处理猪废水的反应器。根据化学需氧量的变化，使用了四种有机负荷的猪废水。量化了13种污染物，突出了内分泌干扰物，脂质调节剂和抗炎药。在阶段III中，在UASB反应器的进水口发现了8318.4 ng L^-1的4-辛基苯酚，并在双酚A系统中将其从1877.1 ng L^-1去除。在最大有机负荷下，所有处理单元之间的浓度都有所降低，双相A的浓度在1877.1至13.7 ng L^-1之间，处理第二阶段后萘普生的去除率分别为94.5％和2.7 ng L^-1。在II和III阶段中发现24.6％的污染物具有较高的生态风险，最大值分别为27.4（4-壬基苯酚，II期），24.6和5.9（17b-雌二醇，分别为I和IV期），13.4（4-辛基苯酚，III期）和4.4（雌酮，IV期）。通过SABF和HSSF-CW优化了生态风险潜力的降低。

关键词：废水处理；内分泌干扰物；环境危害；去雌激素；双酚-A

1.介绍

人类大量使用的动物蛋白是猪源产品增长的重要来源，2018年巴西的产量为202万^[1]，导致水，饲料，特别是兽医产品（例如用于预防疾病扩散和增加产量的抗生素和类固醇激素）的消耗量增加^[2]。结果无论是养分，有机质，微生物还是新兴污染物（EC），都会产生大量可能污染土壤，水和大气的废水（SW）^[3]。

新兴污染物由天然或合成化合物组成，极有可能污染生态系统。近年来，随着分析技术的发展，这些化合物才被定量化^[4]。通过检测水体中未经处理或处理过的废水，如内分泌干扰物(EDs)、脂肪调节剂(LRs)、神经兴奋剂(NS)和抗炎药物(AINF)，动物和医药产品被认为是目前猪场集约化生产的动力之一^[5]。

考虑到这些污染物对环境的影响，有必要监测完整的猪废水处理系统，了解这些化合物的动态，优化/开发更有效的处理方法并降低生态风险^[6]。

尽管上流厌氧污泥床反应器（UASB）是一种广泛用于稳定有机物的技术，是美国污水处理中使用最多的技术之一，但是仍然存在去除EC的困难^[7]。但是有一个有趣的建议是将其与水下曝气生物滤池（SABF）和水平地下流人工湿地（HSSF-CW）顺序对齐，以提供互补的EC去除能力^[8].

Moya-llamas^[9]等人(2018)强调了厌氧和好氧反应器在新兴污染物(ecs)中的整合重要性，他们发现使用 UASB 可以去除90% 的污染物，然后使用加气膜生物反应器，处理0.37 kg m^-3 d^-1 cod 的生活污水。据 Fang^[10] 等人和 Nivala ^[11] 等人称，使用曝气反应器和人工湿地有助于降低这些化合物的浓度，同时考虑到生物膜的形成和更大的微生物活性，如 Chen ^[12]等人(2017年)强调的那样。结果表明，曝气生物滤池(BAF)和厌氧池对猪场废水中9种抗生素的去除率(82.1%—100%)均有促进作用，其中仅曝气生物滤池对林可霉素的去除率为62.2% ，而 Lancheros^[13] 等人(2019)对布洛芬和萘普生的去除率分别为92.1% 和83% 。

巴西在城市和农村卫生方面的实施和投资很少，已经成为人民、动物和环境生活质量的障碍，因此有必要将 EC 研究与巴西4000多个养猪户的现实情况结合起来。此外，不可持续的农业行为构成了无声的、重要的生态系统污染源，对几个物种造成了连锁生态风险^[14]。因此，研究评估猪场废水对水生生物的生态风险是保持环境质量的重要手段。

因此，本研究旨在评估生猪和生猪废水中十三种新兴污染物的发生和去除情况，该废水由上流式厌氧污泥毯式反应器（UASB）组成的集成系统处理，然后采用潜水式曝气生物滤池（SABF）和用Tifton 85^[15]草栽培的水平地下流人工湿地（HSSF-CW），进一步验证了最终出水水质及其对水生物种的生态风险。该研究的相关性源于对巴西河流中大量猪废水的排放的担忧，这种状况使水质恶化，无法日后使用，并可能对动物和人类造成污染。因此，该研究可能有双重目标，即通过不排放改变营养链的污染物来维持水平衡。

2.材料与方法

2.1综合处理系统

该处理系统安装在巴西米纳斯吉拉斯州拉夫拉斯的拉夫拉斯联邦大学（UFLA）的环境与卫生工程核实验区。反应器由集成的上流厌氧污泥层（UASB），潜水式曝气生物滤池（SABF）和水平地下流人工湿地（HSSF-CW）组成，并针对不同有机负荷下的猪场废水（SW）进行了规划和设计。

UASB和SABF反应器采用丙烯酸材料制成，体积比为0.80 / 0.25（高/直径）和0.016 m³。在UASB的污水处理厂中，UASB反应器接种了污水处理产生的污泥。 SABF反应器充满了由塑料建筑材料组成的支撑介质。用压缩空气压缩机进行空气供应，空气流量在4至6 L min^-1之间。 HSSF-CW装置由填充有Nordm;的高质量聚乙烯制成。1个砾石，体积为47 L，并种植了85吨的草（Cynodon ssp）^[16]。

2.2. 未经处理的猪场废水收集

猪场废水(SW)是从养殖、妊娠、哺乳、循环猪场获得的猪场废水。在收集之前，污水经过沙箱，然后用静态筛子筛选，并对通过 parshall gutter SW 收集器的废水流量进行量化。图1显示处理反应器的布置。

图1 处理装置

2.3. 采样系统启动

系统监控于2017年10月启动，所有收集点的采样每周两次。系统接受了四个有机加载速率（每个加载与研究阶段相关联），其中包括在44、77、136和163天内分别消耗1、2、3和4 kg m^-3d^-1的COD，总计420天。初始阶段中随着天数的增加促进了微生物适应性和可生物降解有机物的稳定性，即使在项目中施加的有机负荷增加的情况下，也减少了在其他阶段结束时获得COD平衡的天数。

猪废水的质量参数的确定是根据《水和废水检查的标准方法》^[17]和从巴西国家气象局（INMET）获得的气候变量数据分别列在补充表1和图1中。

2.4. 采样和分析物评估

为了鉴定和量化整个处理系统中EC的阳离子，从采集点的所有阶段（开始，中间和结束）收集了样本，总共144个样本（4个阶段4个收集点，每个收集点9个样本）进行420天的监控。评估的EC分为四种方式，分别是脂质调节剂吉非贝齐（GEN，CAS-Number 25812-30-0，ge;98％），神经兴奋剂咖啡因（CAF，CAS-Number 58-08-2,ge;99％），抗炎药布洛芬（IBU，CAS-Number 15687-27-1，ge;98％），扑热息痛（PAR，CAS-Number 103-90-2，ge;98％），萘普生（NAP，CAS-Number 22204-53-1，ge;99％）和双氯芬酸（DIC，CAS-Number 15307-79-6，ge;99％）和内分泌干扰素雌酮（E1，CAS-Number 53 -16-7，ge;99.3％），17beta;-雌二醇（E2，CAS-Number 50-28-2，ge;98％），17a-乙炔基雌二醇（EE2，CAS-Number 57-63-6，ge;98％），雌三醇（E3，CAS-Number 50-27-1，ge;98％），双酚A（BPA，CAS-Number 80-05-7，ge;99％），4-辛基苯酚（4OP，CAS-Number 1806-26-4，ge;99％）和4-壬基苯酚（4NP，CAS-Number 104-40-5，ge;99％）。所有新兴分析物均购自于德国斯坦海姆。

作为内标，在衍生化阶段使用氘化的4-正壬基苯酚（4-壬基酚-2,3,5,6-d4，OD）控制反应进行。化合物的回收率为：布洛芬-（80％），对乙酰氨基酚-（46％），4-辛基苯酚-（60％），咖啡因-（74％），4-壬基苯酚-（50％），吉非罗齐-（71％），萘普生-（78％），双酚A-（77％），双氯芬酸-（63％），雌酮-（50％），雌二醇-（49％），17炔雌二醇-（53％），雌三醇-（46％）。

2.5. 固相萃取，仪器和分析技术

样品制备步骤如下：收集的体积为500mL，依次在3mm纤维素纸和0.47mm硼硅酸盐玻璃微纤维滤纸上过滤。用0.2毫米H-PE针筒式过滤器（亲水化聚四氟乙烯）保留目标分析物，步骤是通过在Strata SAX柱中进行固相萃取，用10 mL的甲醇处理，在Millipore Milli-Q系统中产生10 mL超纯水^[18]。然后，将每个过滤样品的100 mL插入小柱中，并保留分析物，同时保持氮气流正压施加的平均流量为5mL min^-1[19]。

用10ml 乙酸乙酯(高效液相色谱分级为99.8% ，sigma-aldrich)，在低成本的手动牵引系统和1/4 hp 和2.2 m³真空泵中进行第二步提取(从柱中提取分析物)。然后在氮气流下干燥，衍生化反应后，将衍生物冷却并通过位于欧鲁普雷图联邦大学的分子表征和质谱实验室（LCM）的气相色谱质谱仪（GCMS-QP2010 Plus，Shimadzureg;）进行分析。在图2中，表示出了提取方案。

2.6. 单位及混合生态风险评估

水生生物和生态风险评估是根据欧洲委员会提出的风险评估技术指导文件提出的生态风险评估框架定义的^[20].

采用风险商数(rq)评价新生污染物的生态风险，包括:CAF、IBU、PAR、NAP、DIC、E1、E2、EE、E3、BPA、4OP和4NP。根据UASB、SABF和HSSF-CW反应器进出水的实测环境浓度(MEC)数据与预测浓度之间的关系确定 RQ 值，而不考虑目标污染物的影响。内皮细胞的 PNEC 值是根据最敏感水生环境物种毒理学研究文献中报告的最大有效浓度(EC₅₀)和致死浓度(LC₅₀)的一半计算出来的^[21] ，以及应用考虑到不同生物体对另一生物的不同敏感性的1,000的评估因子(AF)^[22]。PNEC (1)和 RQ (2)方程表示:

其中 PNEC 是预测的没有影响的目标化合物的浓度，EC₅₀是最大有效浓度，LC₅₀是致死浓度，RQ 是风险商数，MEC 是温和的环境浓度。

根据混合物浓度加成(CA) ^[23]外推 EC 混合物的风险商数计算，并根据 Bundschuh et al. ^[24]提出的方法，通过各污染物的 MEC/PNEC 比值得到结果，并用公式(3)表示。

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

英语原文共 11 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[271392]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word