污水处理厂（WWTP）尾水中的溶解性有机物（DOM）成分对人类和环境健康具有重要影响。目前，WWTP中DOM的命运主要通过对比进水和出水的分子组成进行研究，但不同氧气条件下的DOM反应类型仍未被充分理解。研究不同氧气条件下的反应类型有助于全面理解WWTP中DOM的多样变化，这是优化DOM控制的前提。本研究采用傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）技术，研究了全规模市政污水处理厂（WWTP）中污水成分在分子水平的动态变化。通过监测水质参数、表征分子组成和连锁分析，阐明了DOM在倒置A/A/O工艺中的转化机制，为优化处理工艺和提升出水水质提供了重要参考。
我们系统研究了某全规模市政污水处理厂（WWTP）中各个处理过程的污水特性，包括基于FTICR-MS数据集的分子级污水DOM特性和水质参数，如COD、TOC、SUVA254及无机离子。
结果表明，进水和二级出水之间存在显著差异，说明污水处理过程中无机和有机成分发生了显著转化。研究的WWTP中，约46.8%（1124种）有机分子从进水中被有效去除；二级出水中检测到的2026种分子有63.1%（1278种）来源于进水的难降解分子，而剩余的36.9%（748种）是在处理过程中生成的新分子，如生物转化产物和来自A/A/O过程的可溶性微生物产物。此外，研究发现1787种"不稳定新分子"在处理过程中生成并在后续被去除，未在进水或二级出水中检测到。初沉池和A/A/O过程中的好氧池是去除COD的最有效环节，而缺氧池去除了最多的有机分子。研究的WWTP对含有N/S分子的去除效率高于CHO分子的去除效率，在已经去除的分子中，有74.8%为CHON、CHOS和CHONS分子。相比于进水，出水中的有机分子氧化程度更高，芳香性和不饱和度更强。
▲图1 污水处理厂各处理步骤的水质参数，包括pH值、化学需氧量（COD）、总有机碳（TOC）、SUVA254值以及离子浓度。INF, 进水; PRI, 初沉池; A1, 缺氧池; A2, 厌氧池; O, 好氧池; SEC, 二沉池（来源：ACS）
▲图2 研究中污水处理厂进水中DOM的组成。（a）进水DOM中CHO、CHOS、CHON和CHONS分子的Van Krevelen图；（b）DOM中不同类型分子（CHO、CHOS、CHON和CHONS）的百分比。INF, 进水; PRI, 初沉池; A1, 缺氧池; A2, 厌氧池; O, 好氧池; SEC, 二沉池（来源：ACS）
▲图3 倒置A/A/O工艺中有机分子的转化情况。（a）已识别的有机分子概述；（b）去除和生成的组分中CHO、CHOS、CHON和CHONS分子的百分比；（c）倒置A/A/O工艺中检测到的转化反应的雷达图。比例尺显示每种转化反应检测到的连接数量。INF, 进水; PRI, 初沉池; A1, 缺氧池; A2, 厌氧池; O, 好氧池; SEC, 二沉池（来源：ACS）
联系作者:
连璐诗，青年研究员/博导，华东师范大学生态与环境科学学院，Email：lslian@des.ecnu.edu.cn
本文来源：生态环境学报。
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