Globalt, det finns en växande oro angående förekomsten av spåruppkommande föroreningar som retinoider och östrogena endokrina störande kemikalier (EDC) i vattenmiljöer. Retinoider som retinoinsyror och deras metaboliter, som är derivat av vitamin A, kan orsaka onormal morfologisk utveckling hos amfibier, fisk, och sniglar på förhöjda nivåer. Östrogena EDC som alkylfenoler och bisfenol A är miljööstrogener som kan inducera feminisering av hanfiskar och onormal utveckling i vattenlevande organismer.

Avloppsvatten är en betydande källa för kontinuerlig tillförsel av dessa föroreningar till vattenmiljön. Höga halter av dessa kemiska föroreningar finns vanligtvis i avloppsvatten som släpps ut från konventionella avloppsreningsverk (STP).

Ett tvärvetenskapligt team under ledning av University of Hong Kong (HKU) har utvecklat ett nytt system för rening av avloppsvatten som effektivt kan ta bort konventionella föroreningar, och återvinna värdefulla resurser som fosfor och organiskt material (dvs. kolfibrer och flyktiga organiska syror).

Detta nya system kombinerar kemiskt förbättrad primär sedimentering (CEPS) av avloppsvatten med acidogen jäsning av slam i tandem. En serie laboratorieexperiment genomfördes för att bevisa att detta nya system effektivt kan ta bort spår av kemiska föroreningar från avloppsvatten och är mer kostnadseffektivt jämfört med konventionella avloppsvattenreningssystem.

Resultaten av denna studie har nyligen publicerats i Vattenforskning och Miljö International .

Dessutom, i samarbete med Nanshans avloppsreningsverk i Shenzhen, ett pilotsystem för rening av avloppsvatten som använder den nya reningsprocessen har varit under uppbyggnad i Shenzhen sedan 2019. Det kommer att tas i drift och testas till sommaren om covid-19-utbrottet avtar.

Bakgrund

Under de senaste åren, Professor Xiao-Yan Li vid institutionen för byggnadsteknik som ledde det tvärvetenskapliga forskningsprojektet, har samarbetat med professor Kenneth Leung från HKU School of Biological Sciences och Swire Institute of Marine Science för att undersöka nivåerna och avlägsnandet av retinoider och östrogena EDC från avloppsvatten genom den nya avloppsvattenreningsprocess som utvecklats av forskargruppen, och att jämföra det med konventionella STP.

Forskargruppen undersökte först nivåerna och borttagningseffektiviteten av retinoider och östrogena EDC i Shatin, Stanley och Stonecutters Island STP i Hongkong genom att samla avloppsvatten och slamprover från olika stadier av behandlingsprocessen, och analysera proverna för retinoider och östrogena EDC:er med hjälp av vätskekromatografi med tandemmasspektrometri (LC-MS/MS). För det andra, en serie laboratorieexperiment genomfördes med en småskalig pilotanläggning för den nya avloppsvattenreningsprocessen. Prover av avloppsvatten och slam togs för den kemiska analysen med hjälp av de protokoll som utvecklats av professor Leungs team.

Nyckelfynd

Resultaten indikerade att de tre STP:erna endast kan ta bort i genomsnitt 57 % av retinoider (intervall:41-82 %) och i genomsnitt 54 % av östrogena EDC (intervall:31-79 %) från avloppsvatteninfluenser (detta arbete publicerades i Miljö International ).

Med hjälp av det nya behandlingssystemet som drivs under laboratorieförhållanden, enbart CEPS-processen visades vara 16–19 % effektivare för att ta bort retinoider och EDC än konventionella STP. 65–80 % av retinoider och 72–73 % av EDC kan tas bort från CEPS-processen.

Efter acidogen jäsning av CEPS-slammet, 50–58 % av retinoider och 47–50 % av EDC avlägsnades ytterligare från supernatanterna av slam (detta arbete har nyligen publicerats i Water Research).

Jämfört med konventionella STP, det nya behandlingssystemet som integrerar CEPS med acidogen jäsning av slam är jämförelsevis mer effektivt för att avlägsna nya kemiska föroreningar från avloppsvatten, och därmed kan minska deras miljöpåverkan.

När det gäller kostnadseffektivitet, CEPS-processen har visats, av andra studier, för att vara mer kostnadseffektiv än den konventionella reningsprocessen för avloppsvatten. Till exempel, kostnaden för CEPS för rening av avloppsvatten är mindre än hälften av kostnaden för den sekundära reningen av avloppsvatten (dvs. aktiverad slamprocess). Å ena sidan, acidogen jäsning av CEPS-slam kan ytterligare minska behandlingskostnaden genom att återvinna organiska kol- och fosfatresurser från slammet eftersom det skördade organiska kolet och fosfatet kan användas för att producera kolfibrer respektive gödningsmedel. Å andra sidan, den sura fermenteringen av CEPS -slam kan ge ytterligare avlägsnande av föroreningar. Den nya behandlingsprocessen, därför, erbjuder win-win-resultat.

Vägen framåt

Professor Li, som ledde studien, sa:"När pilotsystemet för avloppsvattenrening i Shenzhen tas i drift och testas, vi hoppas kunna visa att denna innovativa teknik kommer att använda mindre energi, generera renare avloppsvatten och återvinna mer användbara material från slammet."

Professor Leung sa, "Vi är mycket glada över att samla bevis för att stödja vår hypotes att vårt nya avloppsreningssystem effektivt kan ta bort de nya kemiska föroreningarna. Med den uppskalade pilotanläggningen i Shenzhen, vi kommer att ytterligare undersöka hur effektiva avlägsnandet av andra klasser av vanliga föroreningar är genom detta nya behandlingssystem."

När det gäller dess potentiella tillämpning i Hongkong, Professor Li tillade, "Vårt system kan enkelt eftermonteras på de befintliga STP:erna i Hong Kong, som tilläggsenheter. Till exempel, pilotsystemet kommer att anslutas till befintliga Nanshan STP i Shenzhen för att testa dess prestanda. Om det lyckas, detta kommer att bana väg för avloppsrening av avloppsvatten i och utanför Kina."