02 污水處理對(duì)病毒的去除作用

一旦病毒從宿主細(xì)胞中釋放出來(lái)，它們就會(huì)暴露在各種物理、化學(xué)和生物等環(huán)境因素中，如同生物大分子一樣存在，在這些環(huán)境因素中，物理、化學(xué)和生物因素均起到了重要的作用，隨著市政污水處理廠處理流程的推進(jìn)，病毒數(shù)量呈顯著的降低趨勢(shì)，最終出水中病毒的分布呈現(xiàn)對(duì)數(shù)正態(tài)關(guān)系[16]。表1列舉了一些市政污水處理系統(tǒng)的進(jìn)水和出水中病毒的分布情況[17-20]。

2.1 污水常規(guī)處理

研究表明，常規(guī)活性污泥法處理市政污水過(guò)程中病毒的去除率為0.65lg～2.85lg [21]。一些病毒經(jīng)過(guò)超細(xì)格柵就可實(shí)現(xiàn)0.1lg～1.0lg的去除率，經(jīng)過(guò)生物段處理病毒濃度可進(jìn)一步降低1.4lg～1.7lg[17]。有研究表明，砂濾通?？梢匀コ?0%～98%的病毒，如果在砂濾之前加入混凝工藝，病毒的去除率可提高到3lg[22]。

活性污泥可以去除很大一部分病毒，這個(gè)過(guò)程主要發(fā)生在生物池和二沉池中，生物池中的活性污泥有較大的比表面積，生物池中的病毒粒子可以吸附活性污泥的表面，最后和活性污泥一起進(jìn)入二沉池，通過(guò)固液分離富集到二沉池底部污泥中，吸附在剩余污泥上的病毒逐漸失去活性。不同規(guī)模和處理工藝的污水處理過(guò)程可使感染性腸病毒減少約0～2lg，使感染性腺病毒減少2lg～3lg。一項(xiàng)針對(duì)5座市政污水處理廠的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，污水處理廠從進(jìn)水到消毒后的病毒濃度降低幅度可以達(dá)到1.9lg～5.0lg[23]。另外也有研究表明，較長(zhǎng)水力停留時(shí)間和較低MLSS可以提高病毒的去除效果[24]。由于活性污泥的吸附作用也是物理過(guò)程，對(duì)病毒沒(méi)有殺滅作用，后續(xù)的消毒工藝對(duì)于減少出水中病毒的數(shù)量至關(guān)重要。

MBR法是活性污泥法和膜過(guò)濾的集成。MBR法去除病毒的原理可歸因于四種機(jī)制，即病毒附著在混合固體顆粒上攔截、病毒粒子被膜截留、病毒粒子被膜上附著層截留以及活性污泥細(xì)菌對(duì)病毒的捕食和酶分解失活[25]。僅從安全和消毒效果角度看MBR工藝優(yōu)勢(shì)明顯，經(jīng)過(guò)膜截留后降低了水的濁度，可以大幅度提升消毒效果，降低了出水暴露風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)報(bào)道，在單一MBR法(出水未做進(jìn)一步消毒處理)去除污水中的病毒效率在3.0lg～6.0lg之間[1]。MBR工藝的運(yùn)行參數(shù)也會(huì)影響病毒的去除率。有報(bào)道表明，較長(zhǎng)水力停留時(shí)間和較短的污泥泥齡可以提高病毒的去除效果[26]，分析認(rèn)為可能與污泥吸附病毒并快速排除有關(guān)。

不同處理工藝生物池混合液中病毒含量以及病毒在液相和固相中的分布未見(jiàn)相關(guān)研究，但是，由于存在剩余污泥的排放過(guò)程，MBR工藝不會(huì)無(wú)限濃縮富集病毒，水處理系統(tǒng)很快就可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)。另外，從活性污泥的吸附作用以及病毒在污泥中宜于存活來(lái)看，固相濃度理論上應(yīng)該高于液相，由于相同進(jìn)水條件下不同工藝生物池污泥總量基本相同，在完全混合的狀態(tài)下，只要控制好氣體和污泥處理環(huán)節(jié)，不同工藝病毒暴露風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)該差別不大。盡管如此，即使MBR工藝濾液中仍然可以檢測(cè)到病毒的存在[1]，為了保證出水病毒的去除率，疫情期間需要高度重視污水消毒工作，建議采用紫外消毒的污水處理廠，補(bǔ)充次氯酸鈉消毒。

2.2 消毒處理

2.2.1 臭氧消毒

與氯相比，臭氧消毒效率更高，但是需要更高的運(yùn)行成本。殺滅病毒時(shí)臭氧初始劑量一般為3～10 mg/L，接觸時(shí)間約為10 min。有研究表明，臭氧和紫外線協(xié)同殺滅SARS CoV的速度比有效氯快數(shù)百倍，而且可殺死對(duì)氯消毒劑有高度抵抗力的微生物[27]。水中臭氧含量為27.73mg/L，作用4min可完全滅活SARS病毒;臭氧含量為17.82mg/L作用4min和4.86mg/L作用10min，均可使SARS病毒的滅活率達(dá)100%[28]。這些參數(shù)可以為使用臭氧消毒的污水廠提供參考。

2.2.2 氯消毒

化學(xué)消毒劑如氯、二氧化氯、次氯酸鈉和氯胺對(duì)病毒蛋白質(zhì)外殼的損傷較大，足夠高劑量的化學(xué)消毒劑還可以破壞病毒的核酸。王新為等考察了次氯酸鈉和二氧化氯對(duì)醫(yī)院污水的消毒效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SARS CoV在污水中對(duì)含氯消毒劑的抵抗力比大腸桿菌低，當(dāng)污水中游離余氯量保持在0.5 mg/L氯或2.19 mg/L二氧化氯以上時(shí)可以保證完全滅活污水中的 SARS CoV[29]。

一般市政污水深度處理消毒氯的使用劑量為5～20mg /L，接觸時(shí)間為30～60min。當(dāng)氯的投加量﹥10 mg/L，接觸時(shí)間為60 min時(shí)可以殺滅水體中的全部輪狀病毒[8]。氯劑量為16和8 mg/L，接觸時(shí)間為30 min，可分別殺滅污水中1.2lg和0.35lg的腸病毒。增加氯劑量或延長(zhǎng)接觸時(shí)間，即提高CT值可以有效提高病毒的殺滅效果。二氧化氯、次氯酸鈉和氯胺也是替代的消毒劑，高濃度的次氯酸鈉溶液可用于去除設(shè)備和管道上附著的污泥[30]。含有效氯為200、400、600 mg /L的次氯酸鈉溶液分別在20、20、10 min 對(duì)腺病毒滅活效果﹥4lg，600 mg /L的次氯酸鈉作用20 min 滅活效果達(dá)到100%[31]。也有研究表明二氧化氯去除病毒的效果比氯更好，而氯胺殺滅病毒的效果較差。需要指出的是用含氯消毒劑消毒時(shí)各種水中氮形態(tài)和有機(jī)物的含量對(duì)消毒效果有比較大的影響[32]。

2.2.3 紫外線消毒

紫外線主要破壞病毒的核酸，也會(huì)對(duì)病毒的蛋白質(zhì)外殼產(chǎn)生一定破壞。徐麗梅研究了紫外線對(duì)Polioviru病毒的殺滅作用，低劑量的紫外光線能透過(guò)病毒蛋白質(zhì)外殼導(dǎo)致病毒RNA的損傷[33]。波長(zhǎng)為254 nm的紫外線照射5 min時(shí)，病毒數(shù)量明顯減少，254 nm紫外線照射30 min時(shí)，感染細(xì)胞內(nèi)檢測(cè)不到病毒粒子。波長(zhǎng)為254 nm的紫外線比365 nm的紫外線照射滅活腺病毒氣溶膠的效果更顯著，254 nm紫外線和65 ℃熱力對(duì)一些病毒有不同程度的滅活作用，紫外線照射可作為室內(nèi)空間整體消毒的一種方法。不同病毒需要的紫外線消毒劑量見(jiàn)表2。

Ansaldi等人研究了紫外線對(duì)SARS CoV、甲型流感病毒與呼吸道合胞病毒的滅活效果。紫外線(40 mW/cm2)下，分別作用2 min即可破壞病毒的核酸，使病毒失去全部活性[34]。

2.3 膜過(guò)濾

膜過(guò)濾工藝處理可以進(jìn)一步減少水中病毒的數(shù)量，膜過(guò)濾法去除病毒是一個(gè)單純的物理過(guò)程，即利用膜孔隙通道截留水中的病毒粒子。由于大多數(shù)病毒顆粒(10～300 nm)通常比微濾膜的孔徑(100～1000 nm)小，因此過(guò)濾起始階段病毒去除率較低，微濾膜的去除效果不到1 lg，但隨著膜上污染物的積累過(guò)濾效率有所增加，即使膜上污染物在水力反沖洗時(shí)微濾膜仍能保持較高的病毒去除率。另外根據(jù)報(bào)道混凝-微濾系統(tǒng)可以減少4lg的病毒，長(zhǎng)期過(guò)濾過(guò)程中膜的不可逆污染會(huì)改善混凝-微濾系統(tǒng)中病毒的去除，即使沒(méi)有混凝預(yù)處理，膜也可以有效過(guò)濾病毒顆粒[35]。

編輯：王媛媛