wereldwijd, er is een groeiende bezorgdheid over de aanwezigheid van sporen van opkomende contaminanten zoals retinoïden en oestrogene hormoonontregelende chemicaliën (EDC's) in aquatische milieus. Retinoïden zoals retinoïnezuren en hun metabolieten, dat zijn de derivaten van vitamine A, kan een abnormale morfologische ontwikkeling bij amfibieën veroorzaken, vis, en slakken op verhoogde niveaus. Oestrogene EDC's zoals alkylfenolen en bisfenol A zijn oestrogenen uit het milieu die feminisering van mannelijke vissen en abnormale ontwikkeling in waterorganismen kunnen veroorzaken.

Afvalwater van afvalwater is een belangrijke bron voor de continue invoer van deze verontreinigingen in het aquatisch milieu. Hoge niveaus van deze chemische verontreinigingen worden vaak aangetroffen in afvalwater dat wordt geloosd door conventionele rioolwaterzuiveringsinstallaties (STP's).

Een interdisciplinair team onder leiding van de Universiteit van Hong Kong (HKU) heeft een nieuw afvalwaterzuiveringssysteem ontwikkeld dat conventionele verontreinigende stoffen effectief kan verwijderen, en waardevolle hulpbronnen terug te winnen, zoals fosfor en organische materialen (d.w.z. koolstofvezels en vluchtige organische zuren).

Dit nieuwe systeem combineert chemisch verbeterde primaire sedimentatie (CEPS) van rioolwater met acidogene fermentatie van slib in tandem. Er is een reeks laboratoriumexperimenten uitgevoerd om te bewijzen dat dit nieuwe systeem op effectieve wijze sporen van opkomende chemische verontreinigingen uit afvalwater kan verwijderen en kosteneffectiever is in vergelijking met conventionele afvalwaterbehandelingssystemen.

De resultaten van dit onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in Wateronderzoek en Milieu Internationaal .

Bovendien, in samenwerking met de Nanshan rioolwaterzuiveringsinstallatie in Shenzhen, in Shenzhen is sinds 2019 een proefsysteem voor afvalwaterbehandeling in aanbouw dat het nieuwe zuiveringsproces toepast. Het zal deze zomer in werking treden en testen als de COVID-19-uitbraak afneemt.

Achtergrond

In de laatste paar jaren, Professor Xiao-Yan Li van de afdeling Civiele Techniek die het interdisciplinaire onderzoeksproject leidde, heeft samengewerkt met professor Kenneth Leung van de HKU School of Biological Sciences en het Swire Institute of Marine Science om de niveaus en verwijderingsefficiëntie van retinoïden en oestrogene EDC's uit afvalwater te onderzoeken door middel van het nieuwe afvalwaterzuiveringsproces dat is ontwikkeld door het onderzoeksteam, en om dat te vergelijken met de conventionele RWZI's.

Het onderzoeksteam onderzocht eerst de niveaus en verwijderingsefficiëntie van retinoïden en oestrogene EDC's in Shatin, STP's van Stanley en Stonecutters Island in Hong Kong door afvalwater- en slibmonsters te verzamelen uit verschillende stadia van het behandelingsproces, en het analyseren van de monsters op retinoïden en oestrogene EDC's met behulp van vloeistofchromatografie met tandem-massaspectrometrie (LC-MS/MS). Ten tweede, een reeks laboratoriumexperimenten werden uitgevoerd met behulp van een kleinschalige proefinstallatie van het nieuwe afvalwaterzuiveringsproces. Monsters van afvalwater en slib werden genomen voor de chemische analyse met behulp van de protocollen die zijn ontwikkeld door het team van professor Leung.

Belangrijkste bevindingen

De resultaten gaven aan dat de drie STP's slechts gemiddeld 57% van de retinoïden (bereik:41-82%) en gemiddeld 54% van de oestrogene EDC's (bereik:31-79%) uit afvalwater kunnen verwijderen (dit werk werd gepubliceerd in Milieu Internationaal ).

Met behulp van het nieuwe behandelingssysteem dat onder laboratoriumomstandigheden wordt gebruikt, het CEPS-proces alleen bleek 16-19% effectiever te zijn in het verwijderen van retinoïden en EDC's dan de conventionele STP's. 65-80% van de retinoïden en 72-73% van de EDC's kunnen uit het CEPS-proces worden verwijderd.

Na acidogene vergisting van het CEPS-slib, 50-58% van de retinoïden en 47-50% van de EDC's werden verder verwijderd uit de supernatanten van slib (dit werk is onlangs gepubliceerd in Water Research).

In vergelijking met de conventionele STP's, het nieuwe behandelingssysteem dat CEPS integreert met acidogene fermentatie van slib is relatief efficiënter in het verwijderen van opkomende chemische verontreinigingen uit afvalwater, en dus hun impact op het milieu kunnen verminderen.

In termen van kosteneffectiviteit, het CEPS-proces is aangetoond, door andere onderzoeken, kosteneffectiever zijn dan het conventionele afvalwaterzuiveringsproces. Bijvoorbeeld, de kosten van CEPS voor afvalwaterbehandeling zijn minder dan de helft van die van de secundaire afvalwaterbehandeling (d.w.z. actief slibproces). Aan de ene kant, acidogene fermentatie van CEPS-slib kan de behandelingskosten verder verlagen door organische koolstof- en fosfaatbronnen uit het slib terug te winnen, aangezien de geoogste organische koolstof en fosfaat kunnen worden gebruikt om respectievelijk koolstofvezels en meststoffen te produceren. Anderzijds, de acidogene vergisting van CEPS-slib kan zorgen voor extra verwijdering van verontreinigingen. Het nieuwe behandelproces, daarom, biedt win-win resultaten.

De weg vooruit

Professor Li, die de studie leidde, zei:"Wanneer het proefwaterzuiveringssysteem in Shenzhen in gebruik wordt genomen en getest, we hopen aan te tonen dat deze innovatieve technologie minder energie zal verbruiken, schoner afvalwater te genereren en meer bruikbare materialen uit het slib terug te winnen."

Professor Leung zei:"We zijn erg blij dat we bewijs hebben verzameld ter ondersteuning van onze hypothese dat ons nieuwe rioolwaterzuiveringssysteem de opkomende chemische verontreinigingen effectief kan verwijderen. Met de opgeschaalde proeffabriek in Shenzhen, we zullen de verwijderingsefficiëntie van andere klassen van veel voorkomende verontreinigende stoffen door dit nieuwe behandelingssysteem verder onderzoeken."

Met betrekking tot de mogelijke toepassing ervan in Hong Kong, Professor Li heeft toegevoegd, "Ons systeem kan eenvoudig achteraf worden ingebouwd in de bestaande STP's in Hong Kong, zoals aanbouwunits. Bijvoorbeeld, het proefsysteem zal worden aangesloten op de bestaande Nanshan STP in Shenzhen om de prestaties te testen. Indien succesvol, dit zal de weg vrijmaken voor het bevorderen van afvalwaterzuivering in China en daarbuiten."