城镇污水系统中病毒特性和规律相关研究分析

02 污水处理对病毒的去除作用

一旦病毒从宿主细胞中释放出来，它们就会暴露在各种物理、化学和生物等环境因素中，如同生物大分子一样存在，在这些环境因素中，物理、化学和生物因素均起到了重要的作用，随着市政污水处理厂处理流程的推进，病毒数量呈显著的降低趋势，最终出水中病毒的分布呈现对数正态关系[16]。表1列举了一些市政污水处理系统的进水和出水中病毒的分布情况[17-20]。

2.1 污水常规处理

研究表明，常规活性污泥法处理市政污水过程中病毒的去除率为0.65lg～2.85lg [21]。一些病毒经过超细格栅就可实现0.1lg～1.0lg的去除率，经过生物段处理病毒浓度可进一步降低1.4lg～1.7lg[17]。有研究表明，砂滤通常可以去除10%～98%的病毒，如果在砂滤之前加入混凝工艺，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，这个过程主要发生在生物池和二沉池中，生物池中的活性污泥有较大的比表面积，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进入二沉池，通过固液分离富集到二沉池底部污泥中，吸附在剩余污泥上的病毒逐渐失去活性。不同规模和处理工艺的污水处理过程可使感染性肠病毒减少约0～2lg，使感染性腺病毒减少2lg～3lg。一项针对5座市政污水处理厂的调查发现，污水处理厂从进水到消毒后的病毒浓度降低幅度可以达到1.9lg～5.0lg[23]。另外也有研究表明，较长水力停留时间和较低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过程，对病毒没有杀灭作用，后续的消毒工艺对于减少出水中病毒的数量至关重要。

MBR法是活性污泥法和膜过滤的集成。MBR法去除病毒的原理可归因于四种机制，即病毒附着在混合固体颗粒上拦截、病毒粒子被膜截留、病毒粒子被膜上附着层截留以及活性污泥细菌对病毒的捕食和酶分解失活[25]。仅从安全和消毒效果角度看MBR工艺优势明显，经过膜截留后降低了水的浊度，可以大幅度提升消毒效果，降低了出水暴露风险。据报道，在单一MBR法(出水未做进一步消毒处理)去除污水中的病毒效率在3.0lg～6.0lg之间[1]。MBR工艺的运行参数也会影响病毒的去除率。有报道表明，较长水力停留时间和较短的污泥泥龄可以提高病毒的去除效果[26]，分析认为可能与污泥吸附病毒并快速排除有关。

不同处理工艺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见相关研究，但是，由于存在剩余污泥的排放过程，MBR工艺不会无限浓缩富集病毒，水处理系统很快就可以达到稳态。另外，从活性污泥的吸附作用以及病毒在污泥中宜于存活来看，固相浓度理论上应该高于液相，由于相同进水条件下不同工艺生物池污泥总量基本相同，在完全混合的状态下，只要控制好气体和污泥处理环节，不同工艺病毒暴露风险应该差别不大。尽管如此，即使MBR工艺滤液中仍然可以检测到病毒的存在[1]，为了保证出水病毒的去除率，疫情期间需要高度重视污水消毒工作，建议采用紫外消毒的污水处理厂，补充次氯酸钠消毒。

2.2 消毒处理

2.2.1 臭氧消毒

与氯相比，臭氧消毒效率更高，但是需要更高的运行成本。杀灭病毒时臭氧初始剂量一般为3～10 mg/L，接触时间约为10 min。有研究表明，臭氧和紫外线协同杀灭SARS CoV的速度比有效氯快数百倍，而且可杀死对氯消毒剂有高度抵抗力的微生物[27]。水中臭氧含量为27.73mg/L，作用4min可完全灭活SARS病毒;臭氧含量为17.82mg/L作用4min和4.86mg/L作用10min，均可使SARS病毒的灭活率达100%[28]。这些参数可以为使用臭氧消毒的污水厂提供参考。

2.2.2 氯消毒

化学消毒剂如氯、二氧化氯、次氯酸钠和氯胺对病毒蛋白质外壳的损伤较大，足够高剂量的化学消毒剂还可以破坏病毒的核酸。王新为等考察了次氯酸钠和二氧化氯对医院污水的消毒效果，结果发现，SARS CoV在污水中对含氯消毒剂的抵抗力比大肠杆菌低，当污水中游离余氯量保持在0.5 mg/L氯或2.19 mg/L二氧化氯以上时可以保证完全灭活污水中的 SARS CoV[29]。

一般市政污水深度处理消毒氯的使用剂量为5～20mg /L，接触时间为30～60min。当氯的投加量﹥10 mg/L，接触时间为60 min时可以杀灭水体中的全部轮状病毒[8]。氯剂量为16和8 mg/L，接触时间为30 min，可分别杀灭污水中1.2lg和0.35lg的肠病毒。增加氯剂量或延长接触时间，即提高CT值可以有效提高病毒的杀灭效果。二氧化氯、次氯酸钠和氯胺也是替代的消毒剂，高浓度的次氯酸钠溶液可用于去除设备和管道上附着的污泥[30]。含有效氯为200、400、600 mg /L的次氯酸钠溶液分别在20、20、10 min 对腺病毒灭活效果﹥4lg，600 mg /L的次氯酸钠作用20 min 灭活效果达到100%[31]。也有研究表明二氧化氯去除病毒的效果比氯更好，而氯胺杀灭病毒的效果较差。需要指出的是用含氯消毒剂消毒时各种水中氮形态和有机物的含量对消毒效果有比较大的影响[32]。

2.2.3 紫外线消毒

紫外线主要破坏病毒的核酸，也会对病毒的蛋白质外壳产生一定破坏。徐丽梅研究了紫外线对Polioviru病毒的杀灭作用，低剂量的紫外光线能透过病毒蛋白质外壳导致病毒RNA的损伤[33]。波长为254 nm的紫外线照射5 min时，病毒数量明显减少，254 nm紫外线照射30 min时，感染细胞内检测不到病毒粒子。波长为254 nm的紫外线比365 nm的紫外线照射灭活腺病毒气溶胶的效果更显著，254 nm紫外线和65 ℃热力对一些病毒有不同程度的灭活作用，紫外线照射可作为室内空间整体消毒的一种方法。不同病毒需要的紫外线消毒剂量见表2。

Ansaldi等人研究了紫外线对SARS CoV、甲型流感病毒与呼吸道合胞病毒的灭活效果。紫外线(40 mW/cm2)下，分别作用2 min即可破坏病毒的核酸，使病毒失去全部活性[34]。

2.3 膜过滤

膜过滤工艺处理可以进一步减少水中病毒的数量，膜过滤法去除病毒是一个单纯的物理过程，即利用膜孔隙通道截留水中的病毒粒子。由于大多数病毒颗粒(10～300 nm)通常比微滤膜的孔径(100～1000 nm)小，因此过滤起始阶段病毒去除率较低，微滤膜的去除效果不到1 lg，但随着膜上污染物的积累过滤效率有所增加，即使膜上污染物在水力反冲洗时微滤膜仍能保持较高的病毒去除率。另外根据报道混凝-微滤系统可以减少4lg的病毒，长期过滤过程中膜的不可逆污染会改善混凝-微滤系统中病毒的去除，即使没有混凝预处理，膜也可以有效过滤病毒颗粒[35]。

编辑：王媛媛