新型卤系阻燃剂在污水深度处理过程中的氧化及光降解行为研究

Novel halogenated flame retardants as emerging organic pollutants in recent years have attracted continuous attentions in the field environmental science. Our recent works indicate that the conventional technologies for treating emerging organic pollutants are very limited during sewage treatment processes, leading to effluents from sewage treatment plants (STPs) being an important contamination source for many novel halogenated flame retardants in the environment. This project is based on our previous works supported by National Youth Science Fund. Considering that some novel halogenated flame retardants, such as short chain chlorinated paraffins (SCCPs), are difficult to be biodegraded and easily released into the environment by final effluents, we plan to study the behavior and fate of other novel halogenated flame retardant including hexabromocyclododecanes (HBCDs), decabromodiphenylethane (DBDPE), etc during wastewater treatment process. Furthermore, we aim to find their oxidation and photolysis behavior during the advanced wastewater treatment. The results of this project would be expected to provide effective methods and scientific basis for controlling and treating these kinds of new organic pollutants.

新型卤系阻燃剂是近几年来环境科学领域持续关注的一类有机污染物。现有的研究进展表明，传统的污水处理工艺对于当前污水处理厂出现的一些新兴有机污染物处理能力十分有限，导致污水处理厂出水成为环境中许多新型卤系阻燃剂一个重要的释放源。本项目拟在青年科学基金项目进展的基础上，针对以短链氯化石蜡(SCCPs)为代表的新型卤系阻燃剂难以生物降解的特性以及它们在污水二级处理后高残留量释放对环境的影响，进一步研究六溴环十二烷(HBCD)、十溴二苯基乙烷(DBDPE)等其它新型卤系阻燃剂在高级城市污水处理厂的行为和归趋，深入探讨它们在O3、UV和O3/UV等污水深度处理过程中的氧化及光降解行为，揭示其降解规律和相关机理，为有效控制和处理污水中这类新型有机污染物提供技术方法和科学依据。

随着PBDEs在全球范围内逐渐被淘汰，新型替代阻燃剂生产和使用在不断增长，由此导致的环境污染问题也在日益引起重视和关注。本项目以新型卤系阻燃剂和有机磷阻燃剂为研究对象，围绕它们在污水处理厂的赋存水平、污染来源和行为归趋展开研究和探讨，获得了如下重要结果：（1）鉴定了全国范围内62个典型城市污水处理厂活性污泥中新型卤系阻燃剂及脱卤降解产物的残留水平和组成剖面。在20种目标分析物中，DBDPE、HBCD和DP是污泥中三种主要的卤系阻燃剂类污染物。HBCD一级脱溴降解产物PBCD和DP一级脱氯降解产物Cl1-DP在污泥中首次发现。主成分分析表明，污泥中残留的主要阻燃剂的含量与污水处理厂污泥中的总有机碳(TOC)含量、工业污水比例、污水处理量和当地的居民数量密切相关。（2）揭示了我11种有机磷酸三酯和6种二酯降解产物在全国污水处理厂活性污泥中的出现、分布、来源、生态风险和光降解行为。发现我国东部地区污水处理厂中有机磷三酯和二酯的污染水平显著高于中西部地区，在全国范围内活性污泥中有机磷三酯和二酯浓度分别为43.9-2160和17.0-1300 ng/g （干重）。发现氯代有机磷三酯在污水处理过程中很难降解，其二酯降解产物主要来源于污水处理厂外部；而非氯代有机磷三酯在污水处理过程中能降解为二酯降解产物。以TCEP等为代表性难降解有机磷阻燃剂，开展了Ultraviolet (UV), Persulfate(PS), ultraviolet/ persulfate (UV/PS)的降解途径和动力学行为研究。结果表明，在单独UV和PS作用下，TCEP等并没有表现出明显的降解，而在UV/PS协同作用下，TCEP等普遍表现出较高的光催化降解行为。（3）优化了水体中氯化石蜡固相萃取（SPE）前处理方法和仪器分析方法，进一步推动了当前环境中这类最复杂有机卤代污染物环境分析方法学的发展。初步研究了紫外光照射结合过氧化氢（UV/H2O2）高级氧化下氯化石蜡在稀释水溶液中的光解氧化动力学。相关系列结果表明，纯水溶液中氯化石蜡表现出最慢的降解率，0.1-0.5%丙酮−水溶液中表现出最快的降解率。上述系列研究结果对于进一步理解新型阻燃剂在污水处理过程和环境中的行为和归趋具有重要意义。