焦化废水处理过程中溴代二口恶英类化合物的去除途径和生成机理

2013年第58卷第4期：313~320www.scichina.comcsb.scichina.com引用格式引用格式:蔡英,任曼,彭平安,等.焦化废水处理过程中溴代二口恶英类化合物的去除途径和生成机理.科学通报,2013,58:313–320CaiY,RenM,PengPA,etal.Removalpathwaysandformationmechanismofploybrominateddibenzo-p-dioxinsanddibenzofuransincokingwastewatertreatmentprocesses(inChinese).ChinSciBull(ChinVer),2013,58:313–320,doi:10.1360/972012-1110《中国科学》杂志社SCIENCECHINAPRESS论文焦化废水处理过程中溴代二口恶英类化合物的去除途径和生成机理蔡英①②,任曼①*,彭平安①,胡建芳①,陈德翼①,张万辉①②,韦朝海①③①中国科学院广州地球化学研究所,有机地球化学国家重点实验室,广州510640;②中国科学院大学,北京100049;③华南理工大学环境科学与工程学院,广州510006*联系人,E-mail:renmanrm@163.com2012-11-08收稿,2012-12-10接受国家自然科学基金(41073083,40803028,21037001)和国家科技支撑计划(2008BAC32B06-2)资助摘要用同位素稀释法-气相色谱/高分辨质谱测定了焦化废水处理过程中废水和污泥中的多溴代二苯并-对-二口恶英和多溴代二苯并呋喃(简称溴代二口恶英,PBDD/Fs)的浓度,并对其进行了质量平衡计算.结果表明,原水、出水、外排泥中8种2,3,7,8-PBDD/Fs的总量分别为1.94pg/L,0.28pg/L和2.24pg/gdw,对应的毒性当量浓度分别为0.77pgI-TEQ/L,0.14pgI-TEQ/L和0.46pgI-TEQ/gdw.采用两级高效厌氧生物流化床和内循环好氧生物三相流化床组成的A/O1/H/O2工艺能较好地去除2,3,7,8-PBDD/Fs,各组分的去除率介于75%~100%.去除的主要途径是吸附、沉淀到污泥中和除油池去除,2,3,7,8-PBDD/Fs总量的去除率分别是59%和39%.首次发现焦化废水处理过程的生物系统生成了一些2,3,7,8-PBDD/F单体,其主要组分为1,2,3,4,7,8/1,2,3,6,7,8-HxBDD.关键词PBDD/Fs焦化废水物料平衡生物合成组分分布多溴代二苯并-对-二口恶英(polybrominateddiben-zo-p-dioxins,PBDDs)和多溴代二苯并呋喃(poly-bro-minateddibenzofurans,PBDFs)合称为溴代二口恶英类化合物(PBDD/Fs).PBDD/Fs与氯代二口恶英类化合物(polychlorinateddibenzo-p-dioxinsanddibenzofurans,PCDD/Fs)的结构、物化性质和毒性相似,是一类具有强致癌、致畸、致突变性,并能在环境中持久存在的持久性有机污染物,尤其是其2,3,7,8位取代的化合物[1].随着PBDD/Fs在环境各介质及生物中被检出,导致的污染和健康风险正逐渐受到研究人员及社会的重视,其污染来源和生成机理引起了广泛的关注.PBDD/Fs的主要来源为溴系阻燃剂的生产、使用和回收等相关的过程[2~4],另外,一些热处理如垃圾焚烧、煤发电、金属冶炼和尸体焚烧等也能生成PBDD/Fs[5~7].近来,研究人员还发现了海洋生物和微生物能合成PBDD/Fs的证据[8,9].然而,水处理过程中PBDD/Fs的生物合成还未见报道.焦化废水是煤高温干馏、煤气净化、副产品回收与精制等多种来源的工业有机废水,含有高浓度的氨、有毒和致癌物质及生物难降解有机化合物等,具有污染物浓度高、组分复杂、毒性大等特点[10].原煤中有机质含量丰富,而且煤中溴含量一般为0.3~16mg/kg[11],煤的高温干馏过程为PBDD/Fs的合成提供了一些必要的条件.另外,废水处理过程产生大量的污泥,污泥中含有大量病原体、寄生虫(卵)、一定量的重金属和多种有毒有害有机污染物,其中毒性最大的是二口恶英,这制约着污泥的资源化利用.研究者已经对焦化废水中的常量组分(如氨)和微量组分(如酚类和多环芳烃)的污染水平、污染特征以及去除机制等做了比较深入的研究[12~14],而焦化废水中痕量2013年2月第58卷第4期314但毒性更强的组分如PBDD/Fs目前尚未见报道.同时,废水处理过程生物系统对于PBDD/Fs的作用机制以及是否存在微生物生物合成也还不清楚.本研究采集了广东韶钢集团焦化废水处理厂的焦化废水和