Production of Reactive Oxygen Species during Redox Manipulation and Its Potential Impacts on Activated Sludge Wastewater Treatment Processes

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作者
Xiantang Liu,Danyu Huang,Changyin Zhu,Fengxiao Zhu,Xiangdong Zhu,Dongmei Zhou
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (52): 23042-23052 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c11301
摘要

Reactive oxygen species (ROS) are ubiquitous in redox-fluctuating environments, exerting profound impacts on biogeochemical cycles. However, whether ROS can be generated during redox manipulation in activated sludge wastewater treatment processes (AS-WTPs) and the underlying impacts remain largely unknown. This study demonstrates that ROS production is ubiquitous in AS-WTPs due to redox manipulation and that the frequency and capacity of ROS production depend on the operating modes. The anaerobic/oxic continuous-flow reactor showed persistent ROS generation (0.8-2.1 μM of instantaneous H2O2), whereas the oxic/anoxic sequencing batch reactor (0.21-0.28 mM of H2O2 per cycle) and the anaerobic/anoxic digestion reactor (0.27-0.29 mM of H2O2 per cycle) exhibited periodic ROS production. Our results illustrated that ROS generated during redox manipulation can contribute to the removal of organic micropollutants. Due to their high activity, ROS can directly accelerate the abiotic oxidation of organic phenolics and Fe(II) minerals in sludges. ROS could also affect biotic nitrification by changing the microbial community composition and regulating the relative expression of functional genes, such as amoA, nrxA, and nrxB. This research demonstrates the ubiquitous production of ROS during redox manipulation in AS-WTPs, which provides new insights into pollutant removal and the abiotic and biotic elemental transformation in AS-WTPs.
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