有机磷阻燃剂水体污染处理技术的研究进展

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0308

摘要/Abstract

摘要：

自溴代阻燃剂被全球禁用后，有机磷阻燃剂（OPFRs）逐渐替代其成为主流产品，使用量逐年升高。然而OPFRs的广泛使用造成了水体环境的大范围污染，并可通过食物链对人类生命健康和水生生物造成严重威胁，开发高效OPFRs水处理技术的需求十分迫切。介绍了4种主要的OPFRs水体污染处理技术（微生物降解技术、高级氧化技术、滤膜与吸附材料技术以及生态修复技术）近几年取得的研究成果，深入剖析了各技术的处理效果、去除机制、技术优势与现有短板；并以典型难降解氯代OPFRs为例，对比和分析了各技术间的处理效率与实际应用潜力，展望未来研究方向，为我国开发绿色、经济、高效的OPFRs降解技术总结经验、提供建议。

关键词: 有机磷阻燃剂, 微生物降解, 高级氧化, 生态修复

Abstract:

Since the prohibition of brominated flame retardants worldwide，organophosphorus flame retardants（OPFRs） have gradually replaced them as mainstream products with increasing consumption. However，the widespread use of OPFRs has caused large-scale pollution of the water environment，and pose a serious threat to human life and health and aquatic organisms through the food chain. So，it is urgent to develop efficient OPFRs water treatment technology. The research findings of four major OPFRs pollution control technologies（i.e. microbial degradation，advanced oxidation process，filter membrane and adsorption material and ecological remediation） in recent years were reviewed，and the treating performance，removal mechanisms，advantages and shortcomings were deeply analyzed. Taking typical chlorinated OPFRs as an example，the treatment efficiency and practical application potential of each technology were compared and analyzed，and the future research direction was prospected. It is hoped to summarize experience and provide suggestions for developing green，economic and efficient OPFRs degradation technology in China.

Key words: organophosphorus flame retardant, microbial degradation, advanced oxidation process, ecological remediation

中图分类号:

X703

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https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I5/25

图/表 3

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类型	名称	缩写	CAS No.	溶解质量浓度（25 ℃）	蒸汽压（25 ℃）	亨利常数	正辛醇水分配系数
氯代OPFRs	磷酸三（2-氯乙基）酯	TCEP	115-96-8	7 000	1.46×10^-2	0.3	1.44
	磷酸三（2-氯丙基）酯	TCPP	13674-84-5	1 200	2.527×10^-4	6.1×10^-3	2.59
	磷酸三（1，3-二氯-2-丙基）酯	TDCPP	13674-87-8	1.5	9.842×10^-6	2.6×10^-4	3.8
非氯代OPFRs	磷酸三丁酯	TBP	126-73-8	280	1.503×10^-1	1.5×10^-2	4
	磷酸三苯酯	TPhP	115-86-6	1.9	2.606 8×10^-5	0.3	4.7
	磷酸三乙酯	TEP	78-40-0	5×10^-5	38.6	0.4	0.8

类型	名称	缩写	CAS No.	溶解质量浓度（25 ℃）	蒸汽压（25 ℃）	亨利常数	正辛醇水分配系数
氯代OPFRs	磷酸三（2-氯乙基）酯	TCEP	115-96-8	7 000	1.46×10^-2	0.3	1.44
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	磷酸三（1，3-二氯-2-丙基）酯	TDCPP	13674-87-8	1.5	9.842×10^-6	2.6×10^-4	3.8
非氯代OPFRs	磷酸三丁酯	TBP	126-73-8	280	1.503×10^-1	1.5×10^-2	4
	磷酸三苯酯	TPhP	115-86-6	1.9	2.606 8×10^-5	0.3	4.7
	磷酸三乙酯	TEP	78-40-0	5×10^-5	38.6	0.4	0.8

种类	降解菌株	浓度	降解时间/d	降解率/%	OPFRs作为磷源或碳源	降解机制
TBP	Serratia odorifera^〔19〕	2 mmol/L	1/4	30	共代谢	—
	Rhodopseudomonas palustris^〔14〕	2 mmol/L	21	70~80	共代谢	—
	Klebsiella pneumoniae S3^〔20〕	1 g/L	2	70	共代谢	水解作用
	Sphingobium sp. Strain RSMS^〔21〕	10 mmol/L	1	100	碳源和磷源	水解作用
TPhP	菌群YC-BJ1^〔22〕	100 mg/L	4	99.8	碳源	水解作用
	菌群GYY Sphingopyxis GY-1^〔23〕	3 μmol/L	1/6 7	92.2 98.9	碳源	水解、羟基化和甲氧基化作用
	菌群ZY1^〔24〕	1 mg/L	1	100	—	水解和羟基化作用
	Roseobacter strain YS-57^〔25〕	0.5 mg/L	3	99	共代谢	—
	Brevibacillus brevis^〔26〕	1 mg/L	5	92.1	碳源	水解和羟基化作用
	Sphingopyxis sp. YC-JH3^〔27〕 Rhodococcus sp. YC-JH2	50 mg/L	7	96.2 37.36	— 碳源	—
	Sphingobium yanoikuyae YC-XJ2^〔16〕	100 mg/L	1	99	碳源	水解作用
	Aspergillus sydowii FJH-1^〔28〕	20 mg/L	6	90	—	水解、羟基化和甲氧基化作用
TDCPP	菌群YC-BJ1^〔22〕	100 mg/L	4	16.5	碳源	—
TDCPP	Sphingobium sp. strain TCM1 和Arthrobacter sp. strain PY1^〔29〕	50 μmol/L	1/6	100	—	水解作用
TCEP	菌群YC-BJ1^〔22〕	100 mg/L	4	22	碳源	—
	菌群ZY1^〔24〕	1 mg/L	1.5	17.8	—	水解作用
	Sphingobium sp. strain TCM1和Xanthobacter autotrophicus strain GJ10^〔30〕	10 μmol/L	2	100	磷源和碳源	水解作用
	AT1和AT3^〔31〕	50 mg/L	5/6	100	共代谢	水解作用

种类	降解菌株	浓度	降解时间/d	降解率/%	OPFRs作为磷源或碳源	降解机制
TBP	Serratia odorifera^〔19〕	2 mmol/L	1/4	30	共代谢	—
	Rhodopseudomonas palustris^〔14〕	2 mmol/L	21	70~80	共代谢	—
	Klebsiella pneumoniae S3^〔20〕	1 g/L	2	70	共代谢	水解作用
	Sphingobium sp. Strain RSMS^〔21〕	10 mmol/L	1	100	碳源和磷源	水解作用
TPhP	菌群YC-BJ1^〔22〕	100 mg/L	4	99.8	碳源	水解作用
	菌群GYY Sphingopyxis GY-1^〔23〕	3 μmol/L	1/6 7	92.2 98.9	碳源	水解、羟基化和甲氧基化作用
	菌群ZY1^〔24〕	1 mg/L	1	100	—	水解和羟基化作用
	Roseobacter strain YS-57^〔25〕	0.5 mg/L	3	99	共代谢	—
	Brevibacillus brevis^〔26〕	1 mg/L	5	92.1	碳源	水解和羟基化作用
	Sphingopyxis sp. YC-JH3^〔27〕 Rhodococcus sp. YC-JH2	50 mg/L	7	96.2 37.36	— 碳源	—
	Sphingobium yanoikuyae YC-XJ2^〔16〕	100 mg/L	1	99	碳源	水解作用
	Aspergillus sydowii FJH-1^〔28〕	20 mg/L	6	90	—	水解、羟基化和甲氧基化作用
TDCPP	菌群YC-BJ1^〔22〕	100 mg/L	4	16.5	碳源	—
TDCPP	Sphingobium sp. strain TCM1 和Arthrobacter sp. strain PY1^〔29〕	50 μmol/L	1/6	100	—	水解作用
TCEP	菌群YC-BJ1^〔22〕	100 mg/L	4	22	碳源	—
	菌群ZY1^〔24〕	1 mg/L	1.5	17.8	—	水解作用
	Sphingobium sp. strain TCM1和Xanthobacter autotrophicus strain GJ10^〔30〕	10 μmol/L	2	100	磷源和碳源	水解作用
	AT1和AT3^〔31〕	50 mg/L	5/6	100	共代谢	水解作用

处理技术	去除率（初始质量浓度，HRT）	去除（降解）途径
微生物降解技术^{〔12，22，24，30-31，49-50〕}	常规生化工艺： -55.7%~35.3%（237 ng/L，4.4 h）； -22%~38%（327.9 ng/L，5.4 h）混合菌群： 22%（100 mg/L，96 h）； 17.8%（1 mg/L，36 h）单一菌株： 100%（2.74 mg/L，48 h）； 100%（50 mg/L，20~25 h）
高级氧化技术^{〔35，49，51-54〕}	UV/TiO₂： 99%（1 mg/L，10 min）； 100%（5.1 mg/L，20 min） Vis/PS： >90%（1 mg/L，3 h） Vis/H₂O₂： 95%（1 mg/L，30 min） TAP/热活化过硫酸盐： 100%（5.025 mg/L，40 min）
滤膜和吸附材料技术^〔42〕	20%（0.714 mg/L，48 h）	（1）静电吸引；（2）结合官能团；（3）亲水作用
生态修复技术^〔43〕	48%（903 μg/L，60 h）	（1）植物：吸收、转移和蒸腾（碱性和低饱和蒸汽压下几乎不挥发）；（2）基质：吸附（同滤膜与吸附材料技术）；（3）微生物：代谢（同微生物降解技术）

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