城鎮(zhèn)污水處理工藝去除病原微生物的研究進(jìn)展

黃思偉，劉 成,*，李 榮，李鵬程

(1.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇南京 210098；2.南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，江蘇南京 211816)

水是傳播疾病的重要媒介，近幾十年世界各地均暴發(fā)過(guò)大面積的水媒性傳染病，每年因水中病原微生物而引發(fā)的疾病能造成1.6萬(wàn)～1 200萬(wàn)人死亡[1]。城鎮(zhèn)污水主要包括生活污水、工業(yè)廢水以及徑流污水，有超過(guò)100種的致病微生物，如大腸桿菌、志賀氏菌、腸道病毒、輪狀病毒、隱孢子蟲(chóng)、賈第鞭毛蟲(chóng)等[1-2]。病原微生物具有個(gè)體小、繁殖快、存活能力強(qiáng)等特點(diǎn)，多數(shù)有較強(qiáng)的致病性和耐受性，處理不當(dāng)則會(huì)帶來(lái)潛在危險(xiǎn)，提高了水源性流行疾病暴發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，污水中也存在大量的抗生素抗性細(xì)菌及抗性基因并難以有效去除，進(jìn)入到水環(huán)境后則會(huì)導(dǎo)致抗性基因廣泛傳播轉(zhuǎn)移，影響自然微生態(tài)結(jié)構(gòu)，對(duì)人體健康也有極大的威脅[3]。控制病原微生物是水質(zhì)安全保障的首要問(wèn)題，因此，對(duì)病原微生物控制方法的研究尤為重要。

污水處理廠是主要處理城鎮(zhèn)污水的設(shè)施，通常通過(guò)一級(jí)處理、二級(jí)處理以及消毒處理實(shí)現(xiàn)對(duì)污水水質(zhì)中典型污染物去除的目的。國(guó)家對(duì)污水處理的標(biāo)準(zhǔn)也逐步提升，2015年國(guó)家出臺(tái)的《水污染防治計(jì)劃》對(duì)水環(huán)境質(zhì)量和城鎮(zhèn)污水廠升級(jí)改造都提出了明確的要求；地方政府在“水十條”的基礎(chǔ)上，也頒布了更嚴(yán)格的地方排放標(biāo)準(zhǔn)[4]。目前，我國(guó)大部分城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也有許多省市制定與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中IV類(lèi)和Ⅲ類(lèi)指標(biāo)相當(dāng)?shù)呐欧艠?biāo)準(zhǔn)。面對(duì)日益嚴(yán)格的出水水質(zhì)要求，深度處理工藝有利于強(qiáng)化污水中病原微生物的去除，目前常用的深度處理工藝主要有膜分離工藝、混凝沉淀過(guò)濾工藝、人工濕地工藝、活性砂濾池工藝、深床濾池工藝等，可以通過(guò)截留、吸附、過(guò)濾、化學(xué)氧化和生物競(jìng)爭(zhēng)等作用實(shí)現(xiàn)病原微生物的去除[5-7]。本文在分析城鎮(zhèn)污水中病原微生物污染特性基礎(chǔ)上，總結(jié)城鎮(zhèn)污水處理工藝對(duì)病原微生物的控制效能及機(jī)理，并結(jié)合目前城鎮(zhèn)污水處理領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，探討污水廠病原微生物的強(qiáng)化控制途徑及發(fā)展方向，以期為污水處理廠中病原微生物的控制提供參考。

1 城鎮(zhèn)污水中病原微生物的污染特點(diǎn)

污水中含有大量的病原微生物，主要包括病原菌、病毒和原生動(dòng)物。病原微生物種類(lèi)繁多，不同類(lèi)型的病原微生物致病劑量不同，引起的健康危害也存在差異，因此，明確污水中病原微生物的種類(lèi)、危害、致病劑量及濃度分布尤為重要。表1列出污水中較為典型的致病微生物的危害、致病劑量以及二級(jí)出水中濃度分布水平。

表1 污水中常見(jiàn)的病原微生物特征及濃度分布水平[8-15]

由表1可知，污水中病原微生物致病劑量各異但均能對(duì)人體造成危害，并在二級(jí)出水中仍有檢出。病原菌是污水中分布最廣、數(shù)量最多的病原微生物，常見(jiàn)的水源性病原菌有致病性大腸桿菌、志賀氏菌、沙門(mén)氏菌等。污水中含有大量的病原菌，其中，糞大腸菌群、沙門(mén)氏菌、志賀氏菌等典型病原菌在污水廠進(jìn)水中的含量分別高達(dá)108～1010、107～108、107～108個(gè)/L[16-17]。致病菌種類(lèi)繁多，分離、檢測(cè)以及定量均很復(fù)雜，因此，將以總大腸菌群、糞大腸菌群為代表的糞便指示菌濃度用于定量水中微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[18]。糞便指示菌具有檢測(cè)方便、指示能力較好等優(yōu)點(diǎn)，其中，大腸桿菌則被認(rèn)為是反映水體糞便污染最合適的指標(biāo)，目前已被廣泛用于評(píng)價(jià)水中微生物污染狀況[19]。

除病原菌之外，水中的病毒以及原生動(dòng)物也對(duì)人體存在著極大的危險(xiǎn)。病毒在污水中廣泛存在，目前已發(fā)現(xiàn)超過(guò)700種水媒性病毒，其中，僅腸道病毒在污水中就存在150余種，主要包括腸病毒、腺病毒、輪狀病毒、諾如病毒等，它們?cè)谖鬯畯S進(jìn)水中的含量分布在3.14×102～1.93×105copies/mL，能在水體中存活1個(gè)月以上并保留強(qiáng)感染性[17,20-21]。噬菌體被認(rèn)為是人類(lèi)腸道病毒的預(yù)測(cè)因子，其中，大腸桿菌噬菌體、噬菌體MS2以及噬菌體f2也憑借檢測(cè)方便、不對(duì)人類(lèi)致病、與人類(lèi)腸道病毒性質(zhì)類(lèi)似等特點(diǎn)被用作常見(jiàn)的病毒指標(biāo)[22-24]。被合稱(chēng)為“兩蟲(chóng)”的隱孢子蟲(chóng)和賈第鞭毛蟲(chóng)，則是主要的原生動(dòng)物污染，美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家以及歐盟都已將“兩蟲(chóng)”納入水質(zhì)安全控制的硬性指標(biāo)[25]。未經(jīng)處理的污水中含有大量的隱孢子蟲(chóng)、賈第鞭毛蟲(chóng)，含量分別達(dá)到60 000、100 000孢囊/L[26]?！皟上x(chóng)”作為代表性的病原原生動(dòng)物，在污水廠出水中的含量需要嚴(yán)格控制。

總體而言，污水中存在大量的病原微生物且經(jīng)過(guò)二級(jí)處理后出水仍保持一定數(shù)量，較高的病原微生物負(fù)荷可能會(huì)影響消毒工藝對(duì)病原微生物的控制效果。為了控制污水廠出水的微生物風(fēng)險(xiǎn)且避免提高消毒劑投加量對(duì)排放水體產(chǎn)生負(fù)面影響，這需要消毒工藝前的各工藝將水中的病原微生物量控制到較低的程度以保障出水水質(zhì)的安全，因此，強(qiáng)化污水廠中各單元對(duì)病原微生物的去除，對(duì)控制病原微生物有著重要作用。目前，關(guān)于污水處理工藝對(duì)病原微生物的控制研究較少，為了避免病原微生物帶來(lái)的安全隱患問(wèn)題，亟需明確污水處理中各工藝控制病原微生物的控制效能及機(jī)理，這也對(duì)污水中病原微生物的控制及強(qiáng)化去除有著重要的指導(dǎo)意義。

2 城鎮(zhèn)污水處理工藝對(duì)病原微生物的控制效能及機(jī)理

2.1 污水中病原微生物的控制機(jī)理

病原微生物在污水環(huán)境中由于受到生物因素與非生物因素的影響難以順利進(jìn)行繁殖，多數(shù)病原微生物在經(jīng)歷饑餓、持續(xù)失活等過(guò)程后最終死亡。生物的相互作用會(huì)增強(qiáng)對(duì)病原微生物的控制，原生動(dòng)物通常作為生物防治劑，通過(guò)捕食作用以減少水中的致病菌、病毒[27]。原生動(dòng)物在生物反應(yīng)器中也發(fā)揮著重要作用，已有研究表明由于原生動(dòng)物的捕食作用，生物過(guò)濾器中已經(jīng)觀察到原生動(dòng)物對(duì)大腸桿菌的改善去除[28]。除此之外，病毒誘導(dǎo)細(xì)菌細(xì)胞裂解、產(chǎn)生細(xì)菌、釋放抗菌藥物再加上以蛭弧菌為代表的食細(xì)菌對(duì)病原菌攝食等生物因素，均可以增強(qiáng)對(duì)病原微生物的控制[7]。

病原微生物的生長(zhǎng)也受溫度、pH、營(yíng)養(yǎng)條件、太陽(yáng)輻射等非生物因素的影響，不利的生存環(huán)境會(huì)導(dǎo)致病原微生物的衰減以及死亡。陳燕飛[29]得出在pH值=3的條件下，大腸桿菌與金黃色葡萄球菌出現(xiàn)大量死亡。李靜等[30]探究了溫度與pH對(duì)沙門(mén)氏菌生長(zhǎng)的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明在pH值=5的條件下沙門(mén)氏菌的生長(zhǎng)明顯受到抑制，在45 ℃時(shí)，其存活率為0。Domaizon等[31]表明病原菌的去除受水體的營(yíng)養(yǎng)情況影響，在富營(yíng)養(yǎng)水體與貧營(yíng)養(yǎng)水體中衰減率分別為28%和70%，差異明顯。Ansa等[32]明確了太陽(yáng)輻射是水生環(huán)境中大腸桿菌失活的主要因素，其對(duì)細(xì)菌的損害效果隨水體深度增加而降低。

在污水處理過(guò)程中，各工藝則更多通過(guò)氧化滅活和吸附截留這2種主要的控制機(jī)理去除病原微生物。氧化滅活是指氧化劑通過(guò)氧化作用破壞病原微生物的結(jié)構(gòu)使其喪失感染能力，吸附截留是指通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的物理或生物吸附作用以及直接截留作用，使病原微生物從污水中去除。不同工藝去除機(jī)理不同，因此，其對(duì)病原微生物的控制效能也存在差異。表2列舉幾種污水處理中常見(jiàn)工藝對(duì)各類(lèi)病原微生物的控制效能，并在后續(xù)進(jìn)行深入論述。

表2 城鎮(zhèn)污水主要處理工藝對(duì)病原微生物的控制效能及機(jī)理

2.2 一級(jí)處理工藝對(duì)病原微生物的控制效能

一級(jí)處理工藝作為污水處理廠中的預(yù)處理工藝，主要通過(guò)格柵、篩網(wǎng)的篩濾以及沉淀池的沉淀作用去除附有病原微生物的顆粒物，總體上控制效能十分有限。Fu等[39]經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)格柵篩分以及沉砂池除砂處理后隱孢子蟲(chóng)、賈第鞭毛蟲(chóng)、體細(xì)胞噬菌體以及糞便大腸菌沒(méi)有明顯去除。Payment等[48]也得出了類(lèi)似的結(jié)論，加拿大蒙特利爾某污水處理廠的一級(jí)處理工藝對(duì)糞大腸菌群、糞鏈球菌、大腸埃希氏桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌的去除率分別為25%、29%、12%、51%，對(duì)水中腸道病毒則沒(méi)有去除效果。

2.3 活性污泥工藝對(duì)病原微生物的控制效能

活性污泥法是控制污水水質(zhì)的主要工藝，活性污泥上聚集的細(xì)菌及原生動(dòng)物可以分泌出具有黏著性的膠體物質(zhì)，對(duì)病原微生物有著極強(qiáng)的吸附與黏接作用，從而使其從污水中去除。常見(jiàn)的活性污泥法有傳統(tǒng)活性污泥法(CAS)、序批式活性污泥法(SBR)、氧化溝活性污泥法、厭氧-缺氧-好氧法(AAO工藝)等。程艷艷等[33]證實(shí)了SBR工藝對(duì)水中的糞大腸菌群、病原性大腸桿菌、志賀氏菌以及沙門(mén)氏菌等病原菌有出色的控制效果，其中，糞大腸菌群數(shù)由1.36×108個(gè)/L大幅下降至2×104個(gè)/L，其余病原菌的去除率也均在98%以上。Barrios-Hernndez等[34]在荷蘭兩家污水處理廠研究發(fā)現(xiàn)CAS工藝對(duì)污水中的大腸桿菌、腸球菌以及F-特異性噬菌體均有很好的去除效果，去除率均大于95%。湯俊英[49]對(duì)AAO工藝、氧化溝工藝出水中總病原菌數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，去除率分別可達(dá)74.17%、98.38%，但出水中嗜水氣單胞菌、銅綠假單胞菌等病原菌的豐度仍較大?；钚晕勰喾梢杂行p少病原微生物，但這也導(dǎo)致污泥中富集大量的病原微生物，如果處置不當(dāng)則會(huì)產(chǎn)生微生物風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，因此，對(duì)污泥的無(wú)害化處理十分重要。

2.4 生物膜工藝對(duì)病原微生物的控制效能

生物膜法包括生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、生物接觸氧化法等工藝，主要通過(guò)生物吸附、自然衰減以及截留作用實(shí)現(xiàn)病原微生物的去除。生物吸附是生物膜法主要的病原微生物控制機(jī)理，生物膜的厚度、粗糙度、膜齡、微生物群落均能影響對(duì)病原微生物的黏附性能，生物膜中的胞外聚合物(EPS)則會(huì)通過(guò)改變過(guò)濾介質(zhì)的理化表面特性而改變病原微生物與介質(zhì)表面之間的疏水性、靜電作用和范德華力[50-52]。Hill等[35]通過(guò)曝氣生物濾池對(duì)污水中的糞大腸菌群、大腸桿菌、沙門(mén)氏菌、腸球菌、體細(xì)胞巨噬細(xì)胞和雄性特異性噬菌體共6個(gè)微生物指標(biāo)進(jìn)行去除，去除率均保持在95%～99%。El-Senousy等[36]也進(jìn)行了類(lèi)似的研究，曝氣生物濾池對(duì)輪狀病毒、諾如病毒、腺病毒、糞大腸菌群以及總大腸菌群的去除率分別為84.2%～99.9%、90%～99.2%、80%～99.8%、96.7%～99.9%、96.4%～99.9%，去除效果良好但受季節(jié)變化而產(chǎn)生波動(dòng)。Al-Wasify等[37]考察了移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器對(duì)總大腸菌群和大腸桿菌的控制效果，去除率保持在99.5%以上且出水濃度均低于200個(gè)/L。生物膜法對(duì)病原微生物有著穩(wěn)定的去除效果且與活性污泥法相比對(duì)水質(zhì)水量有著更好的適應(yīng)能力，但由于其容積負(fù)荷有限、空間效率較低等問(wèn)題通常被限制應(yīng)用于小型污水處理廠中。

2.5 深度處理工藝對(duì)病原微生物的控制效能

2.5.1 膜分離工藝

膜分離工藝是最有效的去除病原微生物的技術(shù)之一，包括微濾、超濾和納濾等，主要通過(guò)濾膜的機(jī)械篩分以及吸附截留作用將病原微生物截留在膜表面或內(nèi)部[53]。Gmez等[38]對(duì)比了不同的膜分離工藝的去除效果，微濾工藝對(duì)污水中糞大腸菌群的去除率達(dá)到99.8%，超濾工藝則可以將出水中的糞大腸菌群數(shù)控制在100 CFU/L以下，滿(mǎn)足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)中的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。Fu等[39]通過(guò)試驗(yàn)得出超濾工藝對(duì)病原微生物的去除率高于一級(jí)處理和二級(jí)處理的總?cè)コ?，糞大腸菌群的出水平均含量為4個(gè)/L，體細(xì)胞噬菌體、隱孢子蟲(chóng)以及賈第鞭毛蟲(chóng)的濃度低于檢測(cè)限。膜分離工藝可以有效降低水中的病原微生物水平，同時(shí)也具有較好的環(huán)境效益，但膜污染、處理成本高等問(wèn)題阻礙其在實(shí)際中的應(yīng)用。

2.5.2 混凝沉淀工藝

混凝沉淀工藝是一種成熟的污水深度處理工藝，在污水處理廠中的應(yīng)用較為普遍。混凝沉淀工藝可以通過(guò)網(wǎng)捕-卷掃、吸附架橋等作用使病原微生物與水中的懸浮物、膠體和可絮凝的其他物質(zhì)凝聚成“絮團(tuán)”后沉積去除，常見(jiàn)的混凝劑有FeCl3、FeSO4、聚合氯化鋁(PAC)等。蔣以元等[54]在混凝劑PAC投加量為15 mg/L的條件下，通過(guò)混凝沉淀過(guò)濾工藝分別將大腸桿菌、細(xì)菌總數(shù)從103～106、106～109個(gè)/L降至102～105、105～108個(gè)/L，去除率維持在90%左右。Arani等[40]選擇2.5 mg/L的硅藻土作為混凝劑，在pH值=7的條件下對(duì)金色葡萄球菌、大腸桿菌的去除率分別為59.3%～93.8%、36.9%～84.9%。相較于傳統(tǒng)的混凝工藝，殺菌型混凝工藝有著更強(qiáng)的去除病原微生物能力，在近些年得到廣泛研究。Zhang等[55]通過(guò)協(xié)同使用PAC和聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)這2種絮凝劑將對(duì)大腸桿菌的去除率提高到94%，這歸功于PAC的絮凝作用、其對(duì)膠體顆粒共沉淀作用以及PDMDAAC改變細(xì)胞膜的通透性的能力。Zhang等[56]還合成了具有殺菌基團(tuán)和微嵌段結(jié)構(gòu)的新型桿菌肽基絮凝劑B-g-PAMDAC，有著極好的絮凝能力和殺菌能力，其對(duì)大腸桿菌、銅綠假單胞菌、蠟狀芽孢桿菌、糞腸球菌的去除率均高于99.6%。殺菌型混凝劑通過(guò)快速吸附和緩慢殺滅病原微生物提高了對(duì)各種病原微生物的控制效果，同時(shí)也減少了消毒副產(chǎn)物和胞外毒素的產(chǎn)生，有著較好的研究前景。

2.5.3 人工濕地工藝

人工濕地工藝是一種利用植物、基質(zhì)、生物組合而成的人工生態(tài)水處理技術(shù)，通過(guò)基質(zhì)的過(guò)濾截留、吸附、沉淀以及生物競(jìng)爭(zhēng)等作用去除水中的病原微生物，植物類(lèi)型、基質(zhì)類(lèi)型及溫度等因素均會(huì)影響其控制效能[57-58]。熊瑛等[41]對(duì)比了不同尺度的人工濕地對(duì)糞大腸菌群的控制效能，出水濃度均保持在5 000個(gè)/L以下且去除效率隨著人工濕地的面積增大而增強(qiáng)。Rajan等[59]探究了不同濕地植物對(duì)大腸桿菌去除的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明僅種植寬葉香蒲的試驗(yàn)組的去除率僅有80%，而種植寬葉香蒲、三棱藨草和莎草的混合試驗(yàn)組出水中幾乎檢測(cè)不到大腸桿菌。Song等[42]研究發(fā)現(xiàn)人工濕地工藝可以將出水中大腸桿菌以及沙門(mén)氏菌的含量控制在3 000個(gè)/L以下，但去除效果受季節(jié)影響。大腸桿菌的去除效果在春季最高，秋季最低；沙門(mén)氏菌的去除效果略低于大腸桿菌，在夏季的去除率達(dá)到峰值。人工濕地是一種成本較低、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)的深度處理工藝，但占地面積大、易堵塞等缺點(diǎn)限制了其在污水深度處理中的應(yīng)用。

2.5.4 深床濾池工藝

深床濾池工藝是指采用有效濾層高度≥1.5 m，以石英砂、無(wú)煙煤、顆?；钚蕴?、天然沸石、離子交換樹(shù)脂等作為填料的深度處理工藝[60-61]。深床濾池通過(guò)直接截留、慣性、沉淀、分子擴(kuò)散、靜電力作用等傳輸機(jī)制使污染物沉積在填料表面，被濾層過(guò)濾截留[62]。深床濾池在深度處理中可以實(shí)現(xiàn)去除懸浮物、有機(jī)污染物、氮、磷等指標(biāo)，但其用于去除病原微生物的研究較少。Chan等[63]考察了成熟的深床砂濾池對(duì)病原菌的去除效果，在35 d中測(cè)得出水的異養(yǎng)菌平均值在(1.8±1.6)CFU/mL，僅有一次檢測(cè)到總大腸菌群以及大腸桿菌計(jì)數(shù)高于0，表現(xiàn)出良好的病原菌控制能力。Levine等[43]得出深床濾池的濾床深度可以影響賈第鞭毛蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)的去除效率，100 cm的砂層可以分別使賈第鞭毛蟲(chóng)、隱孢子蟲(chóng)去除68%、90%，并隨著深度增加去除率也相應(yīng)增加，但這一特征與腸道病毒的去除沒(méi)有顯著的相關(guān)性。深床濾池是一種被忽視的病原微生物處理工藝，后續(xù)需對(duì)深床濾池控制病原微生物的效率、機(jī)理及影響因素進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)估。

2.6 消毒工藝對(duì)病原微生物的控制效能

消毒工藝是污水廠控制病原微生物的主要方法，其中，紫外線(xiàn)消毒法是目前在水消毒方面公認(rèn)的物理消毒技術(shù)，主要通過(guò)破壞病原微生物中的DNA或RNA而實(shí)現(xiàn)滅活。Francy等[44]通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)了紫外線(xiàn)消毒對(duì)病原微生物有極強(qiáng)的控制能力，大腸桿菌和體細(xì)胞噬菌體去除率均大于99.99%。Fang等[64]在紫外線(xiàn)強(qiáng)度為0.19 mW/cm2、接觸時(shí)間為45 s的條件下，對(duì)水中大腸桿菌及噬菌體MS2的去除率分別達(dá)99.9%和90%，噬菌體MS2與大腸桿菌相比表現(xiàn)出對(duì)紫外線(xiàn)更強(qiáng)的耐受性。

化學(xué)消毒技術(shù)是通過(guò)消毒劑改變病原微生物細(xì)胞膜的通透性，使小分子代謝物質(zhì)溢出胞外，影響細(xì)胞傳遞活性和能量代謝以及干擾、破壞其酶系統(tǒng)，從而影響微生物的代謝而達(dá)到氧化滅活，具有代表性的技術(shù)有氯消毒、臭氧消毒等[65]。氯系消毒劑在污水廠的實(shí)際消毒處理中應(yīng)用較為普遍，常見(jiàn)的氯系消毒劑有液氯、二氧化氯、次氯酸鈉、氯胺等。孔秀娟等[45]明確得出次氯酸鈉可以有效滅活大腸桿菌且去除率隨投加量增加而增加，在投加量達(dá)到0.12 mg/L時(shí)，大腸桿菌的去除率穩(wěn)定在4.5 lg左右。Amiri等[46]在pH值=6.0、接觸時(shí)間為40 min的條件下，使用氯胺去除大腸桿菌，去除率達(dá)到99.9%。臭氧消毒也是一種具有高效性與廣譜性的消毒技術(shù)，其對(duì)絕大多數(shù)病原微生物具有極好的滅活能力，在質(zhì)量濃度為2 mg/L、作用時(shí)間為1 min的條件下，臭氧可以完全殺死大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌、枯草桿菌黑色變種芽胞、黑曲霉以及原生動(dòng)物卵囊等[66]。Moreno-Andrés等[67]以溶藻弧菌為靶標(biāo)微生物研究了臭氧對(duì)其的滅活過(guò)程，去除率達(dá)到了99.99%。Shin等[68]對(duì)具有一定抵抗力的微生物鞭毛甲藻進(jìn)行了臭氧消毒，可以實(shí)現(xiàn)完全滅活。

3 現(xiàn)階段存在的問(wèn)題及尚需完善的內(nèi)容

以大腸桿菌、大腸菌群為代表的糞便指示菌一直是反映水體微生物安全性的主要工具，然而這一概念存在著明顯的局限性。已有報(bào)道稱(chēng)在水質(zhì)符合大腸桿菌和大腸菌群標(biāo)準(zhǔn)的條件下，仍有隱孢子蟲(chóng)等持久性病原微生物未被消除進(jìn)入水環(huán)境，而引發(fā)水源性疾病的暴發(fā)，這說(shuō)明病原微生物的控制存在著一些規(guī)定上的缺陷[69]。為了改善這一問(wèn)題，荷蘭規(guī)定通過(guò)定量微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)腸病毒、彎曲桿菌、隱孢子蟲(chóng)以及賈第鞭毛蟲(chóng)等指示病原體進(jìn)行檢測(cè)[70]。而目前我國(guó)對(duì)污水處理的要求仍停留在總大腸菌群數(shù)、糞大腸菌群數(shù)，針對(duì)其他可能引起較大健康風(fēng)險(xiǎn)的病原菌、病毒、原生動(dòng)物等病原微生物則尚未制定統(tǒng)一的控制標(biāo)準(zhǔn)[71]。病原微生物的特性不同，決定了不同病原微生物對(duì)不同工藝存在著不同的耐受能力，這也會(huì)造成去除效果的差異，大腸桿菌的含量無(wú)法完全反映水體微生物的污染水平，工藝的選擇也對(duì)病原微生物控制起到關(guān)鍵作用。因此，針對(duì)污水廠對(duì)病原微生物控制現(xiàn)階段存在的問(wèn)題，需要通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行完善。

(1)完善污水病原微生物的評(píng)價(jià)體系。將大腸桿菌作為基礎(chǔ)評(píng)估對(duì)象，同時(shí)將水中各類(lèi)病原微生物作為研究目標(biāo)，對(duì)水中典型、有代表性的病原菌、病毒以及原生動(dòng)物作為研究對(duì)象，探究各工藝對(duì)病原微生物的控制效能及作用機(jī)理，進(jìn)行更全面的檢測(cè)評(píng)估以保障污水廠出水的微生物安全。建立更全面、更完善的污水病原微生物評(píng)價(jià)系統(tǒng)有利于更好地評(píng)估水體微生物污染程度，這亟需對(duì)我國(guó)污水排放標(biāo)準(zhǔn)中的微生物硬性指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步明確規(guī)定。

(2)針對(duì)性的工藝設(shè)計(jì)。不同病原微生物對(duì)不同工藝的耐受程度不同，因此，工藝的選擇對(duì)病原微生物的控制效能起到關(guān)鍵作用。以“兩蟲(chóng)”為例，常規(guī)的消毒工藝對(duì)“兩蟲(chóng)”的去除效果并不明顯，其中隱孢子蟲(chóng)表現(xiàn)出對(duì)紫外消毒較強(qiáng)的耐受性，氯消毒則對(duì)隱孢子蟲(chóng)幾乎沒(méi)有去除效果，而臭氧消毒和二氧化氯消毒則憑借對(duì)“兩蟲(chóng)”的良好去除效果均可以作為控制污水中“兩蟲(chóng)”的消毒工藝[72-74]。

(3)污水處理工藝的聯(lián)用。選用不同控制機(jī)理的工藝聯(lián)用可以更徹底地實(shí)現(xiàn)病原微生物的去除，這在已有的研究中已經(jīng)得到了證實(shí)。Lee等[75]使用混凝-超濾聯(lián)用工藝去除污水中噬菌體MS2，平均去除率大于99.99%；鄒振生等[76]通過(guò)生物膜-超濾膜聯(lián)用工藝幾乎完全去除污水中細(xì)菌、病毒以及蟲(chóng)卵，出水再經(jīng)紫外消毒后可實(shí)現(xiàn)糞大腸菌群檢出為0。臭氧-氯消毒、紫外線(xiàn)-過(guò)氧化氫(UV-H2O2)消毒、紫外線(xiàn)-氯消毒等聯(lián)合消毒工藝具有強(qiáng)化去除抗氯性的病原微生物(耐氯菌、芽孢桿菌孢子、隱孢子蟲(chóng)卵囊等)、減少消毒劑的使用量、提高持續(xù)消毒能力等優(yōu)點(diǎn)，也可以進(jìn)一步降低水中病原微生物指數(shù)[77-79]。污水處理工藝聯(lián)用可以很好提升病原微生物的去除效能，大幅降低污水廠出水中微生物風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

病原微生物作為污水中主要的污染指標(biāo)之一，對(duì)人體存在著極大威脅，極易引發(fā)水媒性傳染病的暴發(fā)，因此，對(duì)污水中的病原微生物的控制十分重要。污水處理廠通過(guò)一級(jí)處理工藝、二級(jí)處理工藝、深度處理工藝以及消毒工藝對(duì)污水水質(zhì)進(jìn)行提升，病原微生物也在各個(gè)處理階段得到不同程度的去除。目前，我國(guó)對(duì)污水處理的要求僅對(duì)大腸菌群數(shù)、糞大腸菌群數(shù)進(jìn)行了規(guī)定，各項(xiàng)研究結(jié)果表明在如今提標(biāo)改造的大背景下，污水處理廠已經(jīng)可以很好地去除水中大腸桿菌，而針對(duì)其他可能引起較大健康風(fēng)險(xiǎn)的病原菌、病毒、原生動(dòng)物等病原微生物目前尚未制定統(tǒng)一的控制標(biāo)準(zhǔn)，因此，在后續(xù)對(duì)污水中病原微生物的研究則需要進(jìn)行針對(duì)性考察。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于污水廠處理工藝對(duì)病原微生物去除的針對(duì)性研究還相對(duì)匱乏，今后研究的重點(diǎn)應(yīng)放在污水處理工藝對(duì)病原微生物的去除機(jī)理以及工藝的設(shè)計(jì)優(yōu)化，以提高對(duì)病原微生物的控制效能。