前置反硝化生物滤池深度脱氮效能与影响因素

马秋莹; 李东; 封莉; 王洪杰; 张立秋

doi:10.12030/j.cjee.201611181

摘要: 前置反硝化生物滤池具有良好的脱氮性能，被广泛用于污水的深度处理。采用该工艺对城市污水处理厂尾水进行深度处理，通过调节硝化液回流比（50%、100%、150%）和水力负荷（1.0、1.5和2.0 m3·（m2·h）-1），考察前置反硝化生物滤池工艺对COD、TN、NH4+-N的去除效果。结果表明，当硝化液回流比为100%时，系统对污染物去除效果最好。在进水COD、TN、NH4+-N平均浓度为120、35和15 mg·L-1的水质条件下，出水COD、TN、NH4+-N平均浓度可降到7.62、5.02和0.60 mg·L-1，去除率分别为93.65%、85.65%和96.00%。在水力负荷为1.5 m3·（m2·h）-1条件下，系统对COD、TN和NH4+-N的平均去除率达到了83.00%、90.14%和95.73%，出水可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准。

关键词:

Abstract: Pre-denitrification bio-filter system is widely used in advance treatment of wastewater, owing to its excellent denitrification performance. A pre-denitrification bio-filter system was applied for treating laboratory simulated tail-water from municipal sewage treatment plant. By adjusting reflux ratio of nitrification liquor (50%, 100% and 150%) and hydraulic loading (1.0, 1.5 and 2.0 m3·(m2·h)-1), the removal efficiency of COD, TN and NH4+-N in the pre-denitrification bio-filter system were investigated. The results showed that, when the reflux ratio of nitrification liquor was 100%, the system had the best pollutants removal performance, the effluent concentrations of COD, TN and NH4+-N reduced from the 120, 35 and 15 mg·L-1 to 7.62, 5.02 and 0.60 mg·L-1, showing average removal efficiency of 93.65%, 85.65% and 96.00%, respectively. Under a hydraulic loading of 1.5 m3·(m2·h)-1, the average removal rates of COD, TN, NH4+-N reached to 83.00%, 90.14% and 95.73%, respectively, and the effluent water quality could meet the requirement of first grade A standards in Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant (GB 18918-2002).

Key words:

高氯酸盐因具有强氧化性被广泛用于军事、工业和农业中，作为火箭、导弹、焰火等的固体推进剂或者氧化剂混合物，还被用作汽车安全气囊、橡胶制造、涂料和润滑油等生产过程中的添加剂^[1]. 高氯酸盐化学性质稳定，易溶于水，因此一旦进入水体，就会随水流进行迁移，并可迁移到其他介质如土壤、植物等中，同时低浓度高氯酸盐可在环境中长久存在，被认为是一种持久性的无机污染物. 有研究表明高氯酸盐会干扰人体甲状腺激素的分泌^[2]. 甲状腺激素对神经发育至关重要，高氯酸盐暴露导致的孕期或婴幼儿时期碘摄入量不足可造成儿童神经发育缺陷^[3]，严重时有可能一定程度上造成血红细胞破坏和肝肾脏损伤^[4]. 因此，高氯酸盐污染已成为关系到人类健康的重要环境问题. 美国国家环境保护局（EPA）先后多次更新高氯酸盐的相关标准及限值. 2005年将饮用水中高氯酸盐的参考浓度设置为24.5 μg·L⁻¹. 2009年临时建议饮用水中高氯酸盐的浓度不超过15 μg·L^-1[5]. 2020年，将饮用水中高氯酸盐的最大污染浓度设定为0.056 mg·L^-1[6]. 2017年，世界卫生组织发布的饮用水中高氯酸盐的限量值为0.07 mg·L^-1[7].

高氯酸盐的污染已经在世界范围内引起广泛关注，美国、加拿大、韩国、日本和中国等多个国家对高氯酸盐的污染进行了深入的调查，在水、土壤中均检测出不同程度的高氯酸盐污染. 研究表明^[8]，水和土壤中的高氯酸盐可被动植物吸收进入植物根、茎、果实及动物体内. 研究显示，乳制品^[9]、蔬菜^[10]、水果^[11]、茶叶^[12]、肉类^[13]、贝类^[14]等绝大多数食品中都可检出高氯酸盐的存在. 目前认为，人群暴露高氯酸盐的主要途径是通过摄入受到高氯酸盐污染的水和食物^[15]. Liao等^[16]收集了中国京津冀地区生产的11类共660个加工食品（包括谷物、豆制品、马铃薯制品、肉制品、蛋制品、水产品、乳制品、蔬菜制品、水果制品、糖、瓶装水），分析了其中高氯酸盐的污染水平，发现574个样品可检出高氯酸盐. Wang等^[17]调查了蔬菜、水果、肉类、鸡蛋和饮用水中高氯酸盐的污染情况，发现高氯酸盐检出率为95%，但该研究仅围绕从湖北省武汉市的主要市场、超市和乡村集市收集的样品开展. 目前国内外对作为食品主要原料的粮食中高氯酸盐的污染水平鲜有报道，尤其是缺乏全国性粮食中高氯酸盐污染的研究.

本研究在我国粮食主产区13个省份采集了主要粮食作物：稻谷、玉米和小麦样品，分析了其中高氯酸盐污染水平，探究其空间分布，结合模型评估了人群通过粮食摄入高氯酸盐产生的风险.

1. 材料与方法（Materials and methods）

1.1 试剂与材料

高氯酸盐标准溶液购自美国Sigma公司（色谱纯），高氯酸盐-¹⁸O同位素内标购自美国Cambridge Isotope实验室. 所有溶液均由超纯水配制，超纯水由Milli-Q Advantage A10系统（美国，Millipore）（电阻率为18.2 MΩ·cm）制得.

1.2 粮食样品的采集和前处理

2020年6月至11月，从我国13个省份共采集271份粮食样品. 其中稻谷样品共88份，分别采自湖南（n=9）、江苏（n=11）、安徽（n=9）、湖北（n=13）、江西（n=14）、河南（n=10）、吉林（n=4）、黑龙江（n=18）. 小麦样品共83份，分别采自山东（n=16）、湖北（n=5）、河南（n=23）、四川（n=9）、安徽（n=10）、河北（n=10）、江苏（n=10）. 玉米样品共100份，分别采自河北（n=12）、山东（n=17）、吉林（n=17）、内蒙古（n=11）、安徽（n=4）、辽宁（n=10）、河南（n=7）、黑龙江（n=22）. 所有样品均由当地农户收集后寄至实验室. 将所有粮食样品洗净干燥后磨成粉末. 取1 g样品于15 mL离心管中，加入10 mL去离子水提取. 将离心管置于摇床上室温振荡2 h，随后以10000 r·min⁻¹的速度离心30 min，取出上清液. 将上清液过0.22 μm尼龙滤膜，去除颗粒物质. 经预先活化的OnGuard RP-1cc和OnGuard Ag/H-2cc小柱分别去除有机物和氯离子.

1.3 仪器分析

采用ICS 2000型离子色谱仪（美国，Thermo Fisher）和API 3200三重四极杆质谱（美国，Applied Biosystems）联用系统测定粮食中的高氯酸盐水平. 用IonPac AG19型保护柱（50 mm×2 mm）和IonPac AS19（250 mm×2 mm）型分析柱（美国，Thermo Fisher）进行样品分离，ASRS-ULTRA II-2mm阴离子抑制器外接水电抑制. AS自动进样器（美国，Thermo Fisher）进样，进样量为100 μL. 淋洗液为40 mmol·L⁻¹ KOH等度洗脱，流速为0.25 mL·min⁻¹. 质谱检测离子源为电喷雾离子源（ESI），负离子模式下以多元反应监测（MRM）模式进行检测. 气帘气（Curtain Gas）：20 psi；碰撞气（Collision Gas）：5 psi；离子喷雾电压（IonSpray Voltage）：-4500 V. 离子源温度（Temperature）：500 ℃；雾化气（Gas 1）：55 psi；辅助雾化气（Gas 2）：55 psi. 检测的离子对及其对应质谱相关参数见表1.

表 1 质谱检测条件

Table 1. Experimental conditions of electrospray tandem mass spectrometry

化合物Compound	离子对Q1/Q3ion pair Q1/Q3	解簇电压/VDeclustering potential DP	入口电压/VEntrance potential EP	碰撞入口电压/VCollision cell entrance potential CE	碰撞出口电压/VCollision cell exit potential CXP
ClO₄⁻	98.8/82.8*	−45	−8.8	−35	−9
ClO₄⁻	100.8/84.9	−45	−8.5	−35	−9
Cl¹⁸O₄⁻	106.9/88.8*	−50	−10	−35	−5
注：*定量离子对，quantitative ion pair.

| Show Table

DownLoad: CSV

1.4 质量保证与质量控制

配制一系列浓度的高氯酸盐标准溶液，范围在0.01—10 μg·L⁻¹之间. 加入内标0.5 μg·L⁻¹，采用内标法进行定量. 以高氯酸盐的浓度为横坐标（X, μg·L⁻¹），高氯酸盐与内标的峰面积比值为纵坐标（Y）绘制标准曲线，线性相关系数R²>0.99. 分别以3倍和10倍信噪比对应浓度确定为仪器的检出限LOD（0.2 μg·L⁻¹）和定量限LOQ（0.7 μg·L⁻¹）. 将每种类型的样品一式五份，加入低（5 μg·L⁻¹）、中（20 μg·L⁻¹）、高（50 μg·L⁻¹）的3种水平的高氯酸盐标准溶液，经前处理后进样分析，计算加标回收率，结果如表2所示. 在每20个样品后加入程序空白和试剂空白，在空白中均未检出高氯酸盐.

表 2 高氯酸盐分析的质量控制参数

Table 2. Quality control parameters for the analysis of perchlorate

质量控制样品QC samples	加标浓度/（μg·L⁻¹）Concentration	平均值/（μg·L⁻¹）Mean	回收率（相关标准偏差） /%Recovery（RSD）	基质效应（相对标准偏差） /%Matrix effect （RSD）
标准溶液（n=17）	2	2.13	105 （2.5）	—
程序空白（n=17）	—	ND	—	—
试剂空白（n=17）	—	ND	—	—
稻谷加标样品（n=5）	5	5.91	109 （5.6）	118 （5.9）
稻谷加标样品（n=5）	20	24.39	119 （3.4）	122 （3.5）
稻谷加标样品（n=5）	50	55.96	111 （1.1）	112 （1.1）
小麦加标样品（n=5）	5	5.96	97 （4.2）	119 （4.1）
小麦加标样品（n=5）	20	24.07	114 （2.1）	120 （1.9）
小麦加标样品（n=5）	50	56.12	109 （1.1）	112 （1.1）
玉米加标样品（n=5）	5	5.65	100 （3.8）	112 （3.6）
玉米加标样品（n=5）	20	23.76	116 （3.0）	119 （2.9）
玉米加标样品（n=5）	50	53.55	106 （0.8）	107 （0.8）
ND.,未检出， not detected.

| Show Table

DownLoad: CSV

1.5 数据处理

通过测得的高氯酸盐浓度和中国人口每天的粮食消费情况^[18]计算其每日摄入量EDI（ng·kg⁻¹体重）. 计算方法如下^[19]：

$stringUtils.convertMath($ !{formula.content})

$(1)$

式中，EDI—估计每日摄入高氯酸盐的量，ng·kg⁻¹体重；C—粮食中高氯酸盐的浓度，ng∙g⁻¹；CR—每日粮食消费量，g∙d⁻¹；BW—平均体重，kg；BA—粮食中高氯酸盐的生物利用度（32.93%）.

健康风险包括致癌风险和非致癌风险，高氯酸盐属于非致癌化学物质，故对高氯酸盐的健康风险分析采用危害商（Hazard quotient, HQ）的方法^[20]，计算方法如下：

$stringUtils.convertMath($ !{formula.content})

$(2)$

式中，RfD——高氯酸盐的参考剂量.

当计算结果中的HQ＜1时，认为高氯酸盐的暴露风险可以接受，属于安全水平；当计算结果中的HQ≥1时，认为高氯酸盐的暴露风险不能接受，可能对人体健康造成潜在不利的影响^[20].

所有分析均采用SPSS 20.0 （SPSS Inc., Chicago, IL, USA）进行. 当P<0.05时，统计学检验具有显著性. 在统计分析中，如果高氯酸盐水平低于LOQ，则使用LOQ/2值进行数据分析.

2. 结果与讨论（Results and discussion）

2.1 粮食中高氯酸盐污染水平

本研究分析了88份稻谷样品，83份小麦样品以及100份玉米样品中高氯酸盐污染水平，结果如表3所示. 稻谷样品中高氯酸盐的检出率为98.86%，浓度范围从未检出到66.41 ng∙g⁻¹，均值为（6.56±10.17）ng∙g⁻¹（中位值：3.67 ng∙g⁻¹）. 高于韩国^[21]和奥地利^[22]大米样品中检出的高氯酸浓度（0.21 μg∙kg⁻¹和未检出）. 小麦样品中高氯酸盐的检出率为100%，浓度范围1.90—108.71 ng∙g⁻¹，均值为（17.05±19.73） ng∙g⁻¹（中位值：11.03 ng∙g⁻¹）. 比美国小麦中高氯酸盐平均浓度（490 μg∙kg⁻¹）低一个数量级^[23]. 美国小麦中高氯酸盐含量较高的原因是用来灌溉小麦的科罗拉多河水被来自拉斯维加斯华盛顿附近的航空和国防相关燃料工业的高氯酸盐污染^[24]. 玉米样品中高氯酸盐的检出率为100%，但与另两类粮食作物相比，玉米中高氯酸盐含量相对较低，浓度在<LOQ—45.52 ng∙g⁻¹之间，平均值为（5.06±6.31）ng∙g⁻¹（中位值：3.31 ng∙g⁻¹）. 以上结果说明我国粮食样品中普遍存在高氯酸盐污染.

表 3 不同种类粮食中高氯酸盐浓度水平

Table 3. Concentration levels of perchlorate in different grains

样品种类Sample types	数量Number	高氯酸盐的浓度范围/（ng∙g⁻¹）Perchlorate concentration in samples	均值/（ng∙g⁻¹）Mean	中值/（ng∙g⁻¹）Median	检出率/%Detection rate
稻谷	88	ND—66.41	6.56±10.17	3.67	98.86
小麦	83	1.90—108.71	17.05±19.73	11.03	100
玉米	100	0.35—45.52	5.06±6.31	3.31	100
ND.,未检出. ND., not detected.

| Show Table

DownLoad: CSV

目前，已经在多种水果和蔬菜中检出了高氯酸盐，例如菠菜、胡萝卜、哈密瓜、柠檬、橙子等^{[25 − 27]}. 有研究表明，高氯酸盐可以通过受污染的土壤、灌溉水或肥料进入叶类蔬菜进行蓄积，而且叶片的累积比果实高得多^[28]. 陈桂葵等^[29]研究了高氯酸盐对水稻生理生态的影响. 结果表明，随着环境中高氯酸盐浓度的增加，高氯酸盐被水稻吸收并进入各部位的量也增加，水稻叶片是高氯酸盐积累的主要组织，其中高氯酸盐含量明显高于根、茎和谷. 稻谷具有从水和土壤中积累高氯酸盐的能力，即使是少量的高氯酸盐也会累积^[30]. 可以推测小麦和玉米可能也具有相同的能力. 小麦中高氯酸盐含量高于稻谷和玉米，可能原因是小麦在生长过程中比稻谷和玉米吸收更多的水溶性污染物^[19].

2.2 粮食中高氯酸盐的空间分布

图1（A）显示了不同省份稻谷中高氯酸盐的浓度分布. 高氯酸盐平均含量从大到小为湖南（(14.36±20.32)ng∙g⁻¹）>江苏（(11.02±16.76)ng∙g⁻¹）>安徽（(7.17±4.34)ng∙g⁻¹）>湖北（(6.59±8.67)ng∙g⁻¹）>江西（(5.96±4.24)ng∙g⁻¹）>河南（(5.56±4.89)ng∙g⁻¹）>吉林（(3.01±4.11)ng∙g⁻¹）>黑龙江（(1.41±1.25)ng∙g⁻¹），各省之间高氯酸盐浓度并未表现出统计学差异（P>0.05）. 我国烟花爆竹的生产基地主要集中在湖南和江西，其中湖南是我国烟花生产的第一大省，水体和土壤均存在较高的高氯酸污染^[31]，这可能是导致湖南稻谷中高氯酸盐处于最高水平的原因之一. 据报道高氯酸盐在液晶显示器行业广泛用作清洁剂添加剂^[32]，Kim等^[33]曾调查韩国4个主要水源地的自来水、河水和污水中高氯酸盐的污染水平，其中洛东江流域中高氯酸盐含量最高（730—1858 mg∙L⁻¹），如此高的污染主要来源于液晶显示器（LCD）制造工厂污水的排放. 因此，对于拥有较多大型电子工业的江苏省，也可能存在较高的高氯酸盐环境污染，进而累积在粮食作物中，这可能是本研究中江苏稻谷样品中高氯酸平均浓度处于第二高水平的原因之一.

图 1 不同省份粮食中高氯酸盐浓度水平分布

Figure 1. Distribution of perchlorate concentration levels in rice （A）, wheat （B） and corn （C） from different provinces

A.稻谷; B.小麦; C.玉米

下载: 全尺寸图片幻灯片

图1（B）显示了不同省份小麦中高氯酸盐的浓度分布情况. 高氯酸盐平均含量从大到小排序为山东（（23.43±26.18）ng∙g⁻¹）>湖北（（19.56±10.39）ng∙g⁻¹）>河南（（18.27±24.42）ng∙g⁻¹）>四川（（18.11±20.79）ng∙g⁻¹）>安徽（（16.48±15.22）ng∙g⁻¹）>河北（（12.45±5.28）ng∙g⁻¹）>江苏（6.96±6.21）ng∙g⁻¹），各省之间高氯酸盐浓度并未表现出统计学差异（P>0.05）. Wu等^[34]对全国水样进行高氯酸盐含量的研究，发现高氯酸盐污染呈现山东>河南>四川的分布特征，与我们所得结果相似. Zhang等^[35]研究室内粉尘中高氯酸盐的含量，采自山东的样本中高氯酸盐含量高于河北. 有研究表明^[36]，土壤和粉尘样品中的高氯酸盐水平之间存在显著的相关关系，两种介质可能有相似的来源. 因此推测山东省环境介质中含有较高浓度的高氯酸盐并最终在植物体系中积累. 另外，Yao等^[37]调查了济南市大气PM_2.5中高氯酸盐的平均浓度为4.18 ng∙m⁻³（范围在0.23—173.76 ng∙m⁻³），春节前夕高氯酸盐浓度最高. 因此，烟花燃放造成的高氯酸盐污染值得关注.

图1（C）显示了不同省份玉米中高氯酸盐的浓度分布. 高氯酸盐平均含量从大到小排序为河北（（11.64±14.0）ng∙g⁻¹）>山东（（5.21±3.39）ng∙g⁻¹）>吉林（（4.63±3.56）ng∙g⁻¹）>内蒙古（（4.51±4.97）ng∙g⁻¹）>安徽（（4.31±3.07）ng∙g⁻¹）>辽宁（（4.36±2.75）ng∙g⁻¹）>河南（（3.64±1.69 ）ng∙g⁻¹）>黑龙江（（2.85±4.23）ng∙g⁻¹）. 采自河北的玉米种高氯酸盐浓度显著高于黑龙江采集的样品中浓度（P<0.05），但其他省份样品中高氯酸盐浓度没有表现出统计学上的差异（P>0.05）. 黑龙江的稻谷和玉米中高氯酸盐水平都是最低的，与其他省份相比，黑龙江省环境中高氯酸盐污染程度较轻. 不同省份粮食中高氯酸盐的浓度水平见表4.

表 4 不同省份粮食中高氯酸盐浓度水平

Table 4. Concentration levels of perchlorate in grains in different provinces

样品种类Sample types	省份Provinces	样品数量Number	均值/（ng∙g⁻¹）Mean	中值/（ng∙g⁻¹）Median	浓度范围/（ng∙g⁻¹）Range
稻谷
	吉林	4	3.01±4.11	1.27	0.37—9.12
	黑龙江	18	1.41±1.25	0.88	ND—4.54
	江苏	11	11.02±16.76	5.02	1.04—59.51
	安徽	9	7.17±4.34	6.68	2.82—15.13
	江西	14	5.96±4.24	5.80	1.02—15.27
	河南	10	5.56±4.89	3.18	1.60—15.98
	湖北	13	6.59±8.67	4.14	0.87—30.89
	湖南	9	14.36±20.32	7.60	1.08—66.41
小麦
	河北	10	12.45±5.28	10.21	4.36—21.37
	江苏	10	6.96±6.21	3.10	1.92—19.37
	安徽	10	16.48±15.22	15.25	1.90—55.73
	山东	16	23.43±26.18	14.12	1.95—93.35
	河南	23	18.27±24.42	10.25	2.84—108.71
	湖北	5	19.56±10.39	23.15	2.77—27.71
	四川	9	18.11±20.79	11.06	3.92—71.95
玉米
	河北	12	11.64±14.0	7.37	2.22—45.52
	内蒙古	11	4.51±4.97	2.28	0.99—15.56
	辽宁	10	4.36±2.75	4.09	1.31—10.34
	吉林	17	4.63±3.56	2.74	0.31—10.34
	黑龙江	22	2.85±4.23	1.58	0.26—20.04
	安徽	4	4.31±3.07	4.28	1.03—7.66
	河南	7	3.64±1.69	3.32	1.58—6.89
	山东	17	5.21±3.39	4.87	1.09—13.60

| Show Table

DownLoad: CSV

根据中国自然地理区域，将所有省份按照华中（河南、湖北、湖南）、华东（江苏、安徽、江西、山东）、华北（河北）、西南（四川）和东北（黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古）等5个地区进行分组. 不同地区粮食中高氯酸盐污染水平如表5所示. 由表5可见，稻谷样品中高氯酸盐平均含量最高的是华中(8.46±12.52)ng∙g⁻¹，其次是华东(7.92±10.09)ng∙g⁻¹和东北(1.69±2.02)ng∙g⁻¹. 小麦样品中高氯酸盐平均含量最高的是华中(18.50±22.41)ng∙g⁻¹，其次是西南（18.11±20.79)ng∙g⁻¹、华东（16.93±20.27）ng∙g⁻¹、华北（12.45±5.28）ng∙g⁻¹. 玉米样品中高氯酸盐平均含量最高的是华北（11.63±14.00）ng∙g⁻¹，其次是华东（5.04±3.27）ng∙g⁻¹、东北（3.90±3.99）ng∙g⁻¹、华中（3.64±1.77）ng∙g⁻¹. 稻谷和小麦样品中，高氯酸盐平均含量最高的地区是华中地区，主要原因是湖南省归属于华东地区. 西南地区的小麦样品中高氯酸盐含量排名第二，可能是因为四川省归属于西南地区. 四川是我国的军工大省，在制造火箭或者导弹的过程中会产生高氯酸盐的污染^[38].

表 5 不同地区粮食中高氯酸盐浓度水平

Table 5. Concentration levels of perchlorate in grains in different regions

样品种类Sample types	地区Regions	样品数量Number	均值/（ng∙g⁻¹）Mean	中值/（ng∙g⁻¹）Median	浓度范围/（ng∙g⁻¹）Range
稻谷
	东北	22	1.69±2.02	0.88	ND—9.12
	华东	34	7.92±10.09	5.80	1.02—59.51
	华中	32	8.46±12.52	4.50	0.87—66.41
小麦
	华东	36	16.93±20.27	11.3	1.90—93.35
	华中	28	18.50±22.41	16.67	2.77—108.71
	华北	10	12.45±5.28	10.21	4.36—21.37
	西南	9	18.11±20.79	11.06	3.92—71.95
玉米
	东北	60	3.90±3.99	2.21	0.35—20.04
	华东	21	5.04±3.27	4.78	1.03—13.60
	华中	7	3.64±1.77	3.32	1.58—6.89
	华北	12	11.63±14.00	7.37	2.21—45.51

| Show Table

DownLoad: CSV

2.3 高氯酸盐健康风险评价

由于不同年龄的人在体重和粮食摄入总量上存在较大差异，因此将目标人群分为幼儿（2—5岁）、儿童（6—17岁）和成人（>18岁）的3个具有代表性的类别. 婴儿对粮食的摄入量非常有限，所以没有被纳入这项研究. 根据检测结果，将粮食中高氯酸盐浓度带入公式（1）中，分别得到不同人群通过食用稻谷、小麦和玉米摄入高氯酸盐的估计日摄入量EDI，结果见表6. 幼儿、儿童和成人通过稻谷摄入高氯酸盐的EDI分别是（12.34±19.29）、（10.43±16.19）、（8.31±12.90）ng·kg⁻¹体重. 通过小麦摄入高氯酸盐的EDI分别是（19.02±21.88）、（15.95±18.35）、（12.71±14.63）ng·kg⁻¹体重. 通过玉米摄入高氯酸盐的EDI分别是（0.95±1.18）、（0.80±0.99）、（0.63±0.79）ng·kg⁻¹体重. 危害商HQ值用于评估通过食用稻谷、小麦和玉米摄入高氯酸盐对人体造成的风险，本研究选取欧洲食品安全局（EFSA）建议人体每日容许ClO₄^-摄入量300 ng·kg⁻¹体重^[39]作为参考剂量RfD. 结果如图2所示. 所有粮食样品的高氯酸盐EDI均低于参考限值，计算所得危害商均小于1，说明通过食用粮食摄入高氯酸盐引起的风险较低. 虽然通过食用粮食摄入高氯酸盐对人群的危害商均小于1，但考虑到人们食品来源组成的多样性，以及粮食加工过程也可能会增加高氯酸盐污染，进而导致人群更高的暴露风险，因此仍需对人群通过饮食暴露高氯酸盐的风险给予关注.

表 6 不同人群高氯酸盐估计日摄入量（ng·kg⁻¹体重）

Table 6. Estimated daily intake （EDI） values for perchlorate via staple food consumption

样品种类Sample types	地区Regions	幼儿Toddlers			儿童Children			成人Adults
样品种类Sample types	地区Regions	均值	中值	最大值	均值	中值	最大值	均值	中值	最大值
稻谷
	东北	3.21±3.84	1.67	17.30	2.69±3.22	1.40	14.51	2.15±2.56	1.11	11.57
	华东	15.01±19.12	11.00	112.82	12.59±16.04	9.23	94.67	10.04±12.19	7.35	75.44
	华北	16.03±23.75	8.60	125.92	13.45±19.93	7.22	105.65	10.72±15.88	5.76	84.19
小麦
	华东	18.88±22.61	12.64	104.15	15.83±18.96	10.60	87.32	12.62±15.12	8.45	69.63
	华中	20.64±25.00	12.47	121.28	17.30±20.97	10.46	101.69	13.80±16.72	8.34	81.08
	华北	13.89±5.89	11.39	23.84	11.64±4.94	9.55	19.99	9.28±3.94	7.62	15.94
	西南	20.21±23.19	12.34	80.27	16.94±19.45	10.35	67.30	13.51±15.51	8.25	53.66
玉米
	东北	0.73±0.75	0.41	3.76	0.61±0.63	0.34	3.16	0.49±0.50	0.27	2.52
	华东	0.95±0.61	0.90	2.55	0.79±0.61	0.75	2.14	0.63±0.41	0.60	1.71
	华中	0.68±0.33	0.62	1.29	0.57±0.28	0.52	1.08	0.45±0.22	0.42	0.86
	华北	2.18±2.63	1.39	8.54	1.83±2.20	1.16	7.17	1.46±1.76	0.93	5.71

| Show Table

DownLoad: CSV

图 2 不同地区稻谷中高氯酸盐的危害商

Figure 2. The HQ of perchlorate in rice （A）, wheat （B） and corn （C） from different areas in China.

A.稻谷；B.小麦；C.玉米

下载: 全尺寸图片幻灯片

3. 结论（Conclusion）

本研究调查了来自中国十三个粮食主产区的稻谷、小麦和玉米中高氯酸盐的污染水平，结果表明我国粮食普遍存在不同程度的高氯酸污染，其中小麦样品中高氯酸盐浓度最高，其次是稻谷样品，玉米样品中浓度最低. 从其空间分布来讲，稻谷、小麦和玉米样品中高氯酸盐的浓度呈现出不同的区域分布特征，采自湖南的稻谷样品、山东的小麦样品以及河北的玉米样品中高氯酸盐的平均浓度处于最高水平，而采自黑龙江的稻谷和玉米及江苏的小麦样品中高氯酸盐平均浓度最低. 根据高氯酸盐污染水平，评估了通过粮食摄入高氯酸盐对人体的暴露风险，结果表明，不同人群的估计每日摄入（EDI）排序从大到小为幼儿>儿童>成人. 所有人群通过粮食摄入高氯酸盐的危害商均小于1，不具有潜在健康风险. 但是考虑到高氯酸盐的多种暴露途径以及在粮食加工过程中可能会引入高氯酸盐污染，因此通过粮食摄入高氯酸盐对人体造成的健康风险仍然值得关注.

[1]	HU H B, HAN H J, MA W C, et al. Research on a pre-denitrification double-layer media biological aerated filter in municipal wastewater treatment[J]. Desalination & Water Treatment, 2011, 31(1/2/3):366-371
[2]	邹海明, 谢越, 王艳, 等. 水力负荷和回流比对前置反硝化BAF系统处理玉米青贮液的影响[J]. 环境工程学报, 2013, 7(10):3939-3945
[3]	韦彦斐, 张刚, 周童, 等. 水力负荷和HRT对前置反硝化BAF工艺的影响[J]. 中国给水排水, 2011, 27(3):94-97
[4]	林齐, 李冬, 林阳, 等. 曝气生物滤池升级改造中深度脱氮的试验研究[J]. 给水排水, 2011, 47(8):47-52
[5]	SINHA B, ANNACHHATRE A P. Assessment of partial nitrification reactor performance through microbial population shift using quinone profile, FISH and SEM[J]. Bioresource Technology, 2007, 98(18):3602-3610
[6]	彭晓兰, 陈吕军. 不同填料组合的曝气生物滤池前置反硝化工艺特性的比较研究[J]. 环境工程学报, 2012, 6(4):1207-1214
[7]	王劲松, 胡勇有.曝气生物滤池填料的研究进展[J]. 工业用水与废水, 2002, 33(5):7-9
[8]	杨威, 张雷坤, 余华荣, 等. 回流比对前置反硝化生物滤池的影响[J]. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版), 2014, 30(2):190-193
[9]	郑俊, 汪荣, 张刚. 回流比对前置反硝化BAF处理效果的影响研究[J]. 中国给水排水, 2007, 23(21):24-27
[10]	郭俊元, 杨春平, 曾龙云, 等. 回流比水力负荷对前置反硝化生物滤池工艺处理污水的影响研究[J].环境科学学报, 2010, 30(8):1615-1621
[11]	URFER D, HUCK P M. Measurement of biomass activity in drinking water biofilters using a respirometric method[J]. Water Research, 2001, 35(6):1469-1477
[12]	COLLINS A G, CLARKSON W W, VRONA M. Fixed-film biological nitrification of a strong industrial waste[J]. Journal Water Pollution Control Federation, 1988, 60(4):499-504
[13]	李汝琪, 钱易, 孔波, 等. 曝气生物滤池去除污染物的机理研究[J]. 环境科学, 1999, 20(6):49-52
[14]	李思敏, 陈利娜, 缪保芬. 不同回流比对UBAF脱氮性能的影响[J]. 工业用水与废水, 2010, 41(1):28-31
[15]	王立立, 胡勇有. 曝气生物滤池去除有机物及硝化氨氮的影响因素研究[J]. 环境污染与防治, 2006, 28(4):257-260
[16]	阎宁, 金雪标, 张俊清. 甲醇与葡萄糖为碳源在反硝化过程中的比较[J]. 上海师范大学学报(自然科学版), 2002, 31(3):41-44

期刊类型引用(4)

1.	杨春霞，张学玲，王芳焕. 贺兰山东麓产区葡萄酒中氯酸盐和高氯酸盐检测及膳食暴露评估分析. 中国食品添加剂. 2025(01): 12-17 . 百度学术
2.	张强. 生鲜乳与乳品加工产品中高氯酸盐污染现状及检测方法研究进展. 中国奶牛. 2025(01): 47-52 . 百度学术
3.	杨春霞，张芳. 枸杞园土壤中氯酸盐和高氯酸盐污染水平及污染源分析. 北方园艺. 2024(22): 67-72 . 百度学术
4.	方军华，李若繁，张文军，张伟贤. 高氯酸盐的还原转化：原理和应用. 化学进展. 2024(12): 1901-1914 . 百度学术

其他类型引用(1)

前置反硝化生物滤池深度脱氮效能与影响因素