第一作者：Luigi Marino
通讯作者：Paolo Roccaro
通讯单位：卡塔尼亚大学土木工程与建筑系
DOI:10.1016/j.watres.2024.122616
新出现的污染物（CEC）对环境和人类健康构成了重大挑战。废水回用行业的发展，加上逐步严格的法规，需要将先进的处理工艺与 CEC 的原位和实时监测相结合的创新系统。本研究调查了色氨酸类荧光传感器在采用基于 O3 的高级氧化工艺（AOPs）的试验工厂内用于实时和在线监测 CEC 的使用情况。该试验系统位于两个不同污水处理厂（WWTP）的下游，对两种三级污水（WW-1 和 WW-2）进行了测试。本研究选择了在所调查的水基质中检测到的优先物质和微污染物作为目标化合物，如药物、全氟和多氟烷基物质（PFAS）。该传感器可实时检测荧光降解，这表明它具有很强的能力来检测氧化引起的水质快速变化。此外，在检测 O3/H2O2 过程中羟基自由基（-OH）的快速作用方面，实时荧光比实验室规模的荧光显示出更高的灵敏度，突出了在线监测的重要性。根据氧化剂剂量以及化合物与 O3 和 -OH 的反应性，选定的 CEC 被 AOPs 降解，去除效率 (RE) 百分比各不相同。在线传感器的荧光数据能够准确预测 O3 和 O3/H2O2 过程中各种 CEC 的去除情况。此外，实时荧光数据还成功地用于预测观察到的 CEC 与 O3 或 O3/H2O2 的伪一阶速率常数。研究结果表明，实时荧光监测是在基于 O3 的 AOP 过程中控制 CEC 去除和监测废水中臭氧转移的绝佳工具，有助于优化试剂剂量、能源和成本。
Fig. 1. Fluorescence EEMs of samples collected before and after O3-based AOPs at different ozone doses in WW-1 (a) and WW-2 (b).
Fig. 2. Linear correlation existing between raw lab-scale and real-time fluorescence data for WW-1 (a) and WW-2 (b). Model equations and R2 values for each AOP (O3 and O3/H2O2) are also reported for WW-1 and WW-2.
Fig. 3. Real-time fluorescence trends recorded by the online tryptophan-like fluorescence sensor during O3 and O3/H2O2 AOPs in WW-1 (a) and WW-2 (b). (Numbers in the squares are the ozone dose applied).
Fig. 4. Reduction of real-time fluorescence, expressed as FS/FS0, during O3-based AOPs in both wastewaters as a function of ozone dose (mg/L).
Fig. 5. Correlation models between real-time fluorescence and selected CEC removals (%) in WW-1 (a) and WW-2 (b). Determination coefficients (R2) of fitting curves are also reported.
Fig. 6. Measured CEC removals versus predicted ones through the real-time fluorescence during O3 and O3/H2O2 processes in WW-1 (a, b) and WW-2 (c, d), respectively. The overall statistics of the predictive model are also reported: n = dataset size, R2 = coefficient of determination, RMSE = root-mean-square error. R2 values of individual correlations are also listed.
利用在线类色氨酸荧光传感器开发了一种新型实时监测系统，用于控制 AOP 试验规模工厂中的 CEC，该工厂涉及 O3 和 O3/H2O2 过程。实时荧光数据与 CEC 去除量和臭氧转移剂量密切相关。
荧光信号还被成功地用于预测 CEC 的一阶速率常数，突出了荧光测量与臭氧和过氧化氢过程中 CEC 去除之间的机理关系。该传感器可实时检测测试废水中因 O3 和/或 -OH 导致的 CEC 降解，并显示出随着试剂用量的增加而逐步降低的趋势。利用实时荧光数据建立的 CEC 去除相关模型非常准确，并且与工艺类型有关。在 AOP 过程中，实时荧光的去除率被用作转移臭氧的替代参数。
总之，观察到的数据表明，传感器的荧光在线信号与 CEC 去除量和臭氧剂量相关。因此，该传感器可用于在线实时控制 CEC 和基于臭氧的 AOP。因此，可以通过实时获得的荧光测量结果来调整臭氧剂量，从而达到去除目标 CEC 的目的。因此，就效率、成本和资源而言，原位应用荧光传感器有可能显著优化四级处理。目前，我们的实验室正在进行其他基于紫外线的 AOP 实验研究，并将在今后的出版物中发表。
Luigi Marino, Erica Gagliano, Domenico Santoro, Paolo Roccaro, Fluorescence sensor enabled control of contaminants of emerging concern in reclaimed wastewater using ozone-based treatment processes, Water Research, 2025, https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122616
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