particles of activated sludge could not only act like adsorbents of hormones

80
J. Radjenovi´c et al.
nology represents a good combination of different mechanisms for removal of
endocrines. On one side, smaller floc sizes and higher sludge activity enhance
biodegradation, and on the other particle size exclusion enables retention of
the adsorbed compounds.
6.3
Removal of Surfactants and Their Degradation Products
Surface active substances are an extensively used group of chemicals, e.g.,
domestic detergents, pesticide formulations, industrial products, etc. Sev-
eral main classes of surfactants (e.g., linear alkylbenzene sulphonates (LAS),
alkylphenol ethoxylates (APEOs) and alcohol ethoxylates (AEO)) have shown
very high ubiquity in the environment, thus presenting a serious environ-
mental problem. Among the APEOs, octylphenol ethoxylates (OPEOs) and
nonylphenol ethoxylates (NPEOs) are the two most common surfactants on
the market. NPEOs account for about 80% of the total APEOs consumption:
they are widely used in industry, agriculture, and households as detergents,
emulsifiers, wetting agents, spermicides, and pesticides, etc [215]. Approxi-
mately, 500 000 tons are produced annually worldwide, 60% of which ends up
in the aquatic environment [216, 217]. Anionic surfactants LAS are mainly
used in laundry detergents and cleaning agents.
Numerous data on primary and ultimate biodegradation of LAS have been
reported. It is expected for these compounds to undergo a primary degra-
dation of up to 93–97%. Very high levels of biodegradation (97–99%) have
been found in some WWTPs using aerobic processes [105, 218–220]. There-
fore, LAS are generally regarded as biodegradable surfactants, with a break-
down mechanism that involves degradation of the straight alkyl chain, the
sulphonates group and finally the benzene ring [221, 222]. Yet, biological
degradation of LAS in WWTP is not complete since aerobic breakdown in-
termediates sulfophenyl carboxylates (SPC) are regularly found in WWTP
effluents. In a study that covered eight municipal WWTPs in Western Europe,
SPCs were detected in median effluent concentrations of 57 µg/L [223]. Be-
sides their biological removal, the process of adsorption to sludge particles
also occurs in WWTP. Berna et al. [224] reported that a significant propor-
tion of LAS in raw sewage (10–35%) adsorbs to particulate matter. Moreover,
longer alkyl chains confer greater hydrophobicity, thus increasing their ad-
sorptive tendency [225]. LAS elimination in MBR unit has been reported to
be very similar to a conventional treatment by several authors [105, 226, 227].
Both LAS and SPCs were reported to be removed to a high extent in these two
treatment processes (96–98%) [228]. However, Bernhard et al. [228] studied
elimination of persistent polar pollutants (P
3
) pollutants in MBR and CAS,
whereas MBR showed a significant improvement when removal of LAS is con-
sidered, and a slightly better performance regarding the attenuation of the
concentration of SPC.

Membrane Bioreactor (MBR) as an Advanced Wastewater Treatment Technology
81
WWTP can eliminate parent compounds of NPEOs rather efficiently [227,
229–231]. However, in WWTPs APEOs degrade into more toxic shorter-chain
APEOs and alkylphenols (APs) such as NP, octylphenol (OP), NP mono-,
di-, and triethoxylates (NPEO1, NPEO2, and NPEO3) and NP carboxylates
(NPEC1 and NPEC2). Many studies have reported on their wide occurrence
in the environment [232–235]. It was observed a change in distribution of
NP, NPEOs, and NPECs between WWTP influent and effluent [236, 237]. Ahel
at al [237] noted that in the primary effluent NPEOs were the most abun-
dant class (82.4%), while in the secondary effluent over 70% were metabolic
products, the most abundant being NP1EC and NP2EC (46.1%) (Fig. 18).
Therefore, whereas in the influent NP and NP1EO are the main fractions, in
the effluent NP1EC and NP2EC are the predominant ones [137, 237]. There is
a concern that the concentration levels of these metabolites present in the envi-
ronment may be sufficient to have endocrine disrupting effect on wildlife and
humans [187, 238]. Moreover, during chlorination of wastewater, the residues
of alkylphenolic compounds can be transformed into even more persistent
halogenated derivatives that can reach drinking water systems [139].
Compared to conventional treatment, MBR technology has the advan-
tage of giving an effluent with lower concentration of lipophilic metabolites.
This is probably due to a better adaptation of microbial consortia which be-
come more capable of degrading persistent NPEO oligomers (NPEO1 and
NPEO2) [226]. The elimination efficiencies of parent nonylphenolic com-
pounds in MBR unit and CAS treatment have been reported to be similar
(> 90%) [226, 239]. In a study by González et al. [227], CAS treatment was
Fig. 18
Relative abundance of NPEOs and their metabolites in primary and secondary
effluents (weight-based average value of 11 WWTPs in the Glatt Valley, Switzerland) [237]

82
J. Radjenovi´c et al.
Fig. 19
Boxplot (calculated on a molar basis) and average composition of NP compounds
in influent, CAS effluent and MBR effluent [227]
found to be generally inefficient in removing nonylphenolic compounds with
overall elimination around 54%, while the ultimate elimination efficiency in
the MBR reached 94%. The distribution of the nonylphenolic compounds
in the MBR effluent showed rather proportional percentages of all species
(23% of the parent compounds, 35% NPECs, 34% short ethoxy chain NPEOs
and 8% NP) with overall much lower concentration of potentially estrogenic
metabolites as compared to the CAS effluent (Fig. 19).
Considering that the primary biodegradation of APEOs results in the for-
mation of various persistent metabolites that are usually poorly removed even
in most efficient WWTPs and have a significantly enhanced removal in the
MBR, membrane technology gives room for expectation that with this alter-
native wastewater treatment the ecological risk associated with alkylphenolic
compounds as well as other ionic and non-ionic surfactants can be drastically
reduced. The utilization of MBRs in municipal WWTPs may ensure efficient
elimination and biodegradation of APEO-derived EDCs, thus reducing the
ecotoxicity of effluents posed by those compounds.

tải về 0.95 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: