19

Mar

2020

污泥中病毒的滅活

由于污泥是一種高含水、多介質(zhì)的復(fù)雜體系，和水等均勻介質(zhì)存在較大的差異，導(dǎo)致污水中常用的消毒方法（如氯消毒、臭氧消毒等）應(yīng)用于污泥時(shí)，消毒效果不理想。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)污泥中病毒的滅活開展了一系列研究和工程實(shí)踐，總體可分為物理法（高溫、輻射、干燥等）、化學(xué)法（石灰穩(wěn)定法、二氧化氯、過(guò)氧乙酸等）、生物法（酶等）等三大類。

1.物理法

高溫滅活：高溫可破壞病毒的蛋白質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)病毒的滅活，常用的方法主要包括巴氏殺菌法（一般在60-82℃）、熱處理法（>100℃）等。有研究發(fā)現(xiàn)采用巴氏殺菌法（70℃，30min）可殺滅濃縮污泥中沙門氏菌和細(xì)胞病變腸道病毒。用熱處理滅活貽貝中甲型肝炎病毒（HAV）時(shí)發(fā)現(xiàn)在60℃下處理30min，80℃浸泡10min和100℃浸泡1min均不足以滅活所有病毒；需要在100℃浸泡2min才能完全滅活病毒。Zenker等研究發(fā)現(xiàn)超聲波與傳統(tǒng)熱處理結(jié)合還可以實(shí)現(xiàn)低頻超聲波和熱的協(xié)同作用，提高病原體的滅活效果。

輻射消毒：輻射消毒通常采用β或γ射線（用來(lái)自60Co或137Ce）在室溫下（20℃）照射污泥，可實(shí)現(xiàn)污泥的消毒。張韶華等[71]采用γ射線和電子束照射城市污水廠污泥時(shí)發(fā)現(xiàn)較低劑量(1 kGy)輻照即可大幅降低活性污泥中的細(xì)菌總數(shù)。Robert等 發(fā)現(xiàn)污泥中的脊髓灰質(zhì)炎病毒對(duì)微波輻射最敏感；艾柯病毒對(duì)γ輻射比脊髓灰質(zhì)炎病毒更敏感。不過(guò)，輻射的消毒效果會(huì)受到污泥厚度的影響，研究發(fā)現(xiàn)污泥厚度會(huì)影響糞性鏈球菌、真菌、放線菌和細(xì)菌總數(shù)的消毒效果。

干燥滅活：有研究發(fā)現(xiàn)腸道病毒會(huì)隨著污泥自然蒸發(fā)干燥而滅活，干燥過(guò)程中脊髓灰質(zhì)炎病毒的活性明顯降低。在污泥干燥過(guò)程中病毒顆?？杀环纸?，釋放出遺傳物質(zhì)，因而這種滅活是不可逆的。目前利用人工熱源可將污泥含水率降至20%以下 ，此過(guò)程主要是基于熱效應(yīng)發(fā)揮消毒作用。

2.化學(xué)法

通過(guò)添加堿性材料（如石灰、氨水、爐渣等）將pH調(diào)節(jié)至12或者以上，實(shí)現(xiàn)病毒的滅活，是一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的消毒方法。Bruna等研究發(fā)現(xiàn)堿法穩(wěn)定能在2-24h內(nèi)滅活污泥中的大腸桿菌、沙門氏菌等病原指示微生物。石灰穩(wěn)定法還可在24h內(nèi)將接種到堆肥和生污泥中的腺病毒5型，輪狀病毒W(wǎng)a和雄性特異性大腸桿菌噬菌體MS2降至低于檢出限。研究發(fā)現(xiàn)革蘭氏陰性桿菌與腸道病毒對(duì)熟石灰較為敏感，且利用熟石灰消毒時(shí)，有機(jī)物和溫度對(duì)其消毒效果影響較小。此外，添加石灰引起的溫度升高也是殺滅病原微生物的重要原因。Boost等[86]發(fā)現(xiàn)污泥中加入石灰后溫度可由20℃升至98℃。堿法穩(wěn)定法還常與熱處理等聯(lián)合使用，可增強(qiáng)滅菌效果，并提高污泥脫水性能。

除石灰、氨水外，常用的消毒劑還有次氯酸鈉、過(guò)氧乙酸等。Tsai等發(fā)現(xiàn)次氯酸鹽比二氧化氯對(duì)大腸桿菌的消毒效果更好，且消毒效果與污泥特性及濃度、攪拌速度有關(guān)，即污泥濃度越低，攪拌速度越快，消毒效果越好。他們還發(fā)現(xiàn)與濃縮污泥相比，兩種消毒劑對(duì)二沉污泥的消毒效果更好。過(guò)氧乙酸（PAA）是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的過(guò)氧化有機(jī)酸，氧化性強(qiáng)是高效滅活病毒的主要原因。張景麗研究發(fā)現(xiàn)次氯酸鈉和過(guò)氧乙酸兩種消毒劑對(duì)MBR工藝的污泥消毒均有效，但前者效果略優(yōu)于后者；采用次氯酸鈉對(duì)污泥消毒時(shí)會(huì)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物（如CHCl3），而過(guò)氧乙酸消毒過(guò)程中無(wú)明顯副產(chǎn)物的生成，認(rèn)為過(guò)氧乙酸更佳。朱丹等[87]發(fā)現(xiàn)對(duì)沉降了30min的活性污泥進(jìn)行消毒可減少過(guò)氧乙酸的投加量。

3.生物法

污泥微生物可通過(guò)捕食、拮抗和營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)等方式實(shí)現(xiàn)病原微生物的殺滅，還可利用降解病毒蛋白質(zhì)外殼的酶實(shí)現(xiàn)病毒的滅活。Paluszak等表明在堆肥過(guò)程中豬瘟病毒的滅活與污泥中的微生物緊密相關(guān)。Lipson等研究表明污泥細(xì)菌可以利用病毒作為生長(zhǎng)基質(zhì)，從而促進(jìn)病毒的滅活。Cliver等發(fā)現(xiàn)污泥中柯薩奇A-9型病毒可被蛋白水解菌（尤其是銅綠假單胞菌）滅活。有研究表明厭氧消化過(guò)程污泥中微生物產(chǎn)生的蛋白酶可增加大腸桿菌噬菌體MS2的失活，是引起污泥中腸道病毒衰變的重要因素之一。Ward等發(fā)現(xiàn)厭氧消化污泥中，脊髓灰質(zhì)炎病毒的核糖核酸和兩種最大的病毒蛋白都被裂解，這可能與污泥中的核糖核酸酶和蛋白酶有關(guān)。一些研究表明土壤和混合垃圾中細(xì)菌的產(chǎn)生酶也具有滅活病毒的現(xiàn)象，Nasser等研究土壤中銅綠假單胞菌產(chǎn)生的純蛋白酶、蛋白酶和胞外酶對(duì)MS2大腸桿菌噬菌體和一系列腸道病毒失活的影響，發(fā)現(xiàn)所有被檢測(cè)的蛋白酶源均顯示出抗病毒活性，但活性取決于病毒類型。Ming等發(fā)現(xiàn)混合垃圾中1型脊髓灰質(zhì)炎病毒（PO1）失活的部分原因是由垃圾中的細(xì)菌產(chǎn)生的蛋白水解酶引起的。

此外，研究表明不同環(huán)境條件下微生物對(duì)病毒的滅活效果不同。Hurst發(fā)現(xiàn)在好氧微生物的作用下人類脊髓灰質(zhì)炎病毒1型菌株LSc-2ab的滅活可增高2-3倍，而厭氧微生物作用下未發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，認(rèn)為土壤中的抗病毒活性作用可歸因于好氧微生物的存在。Scheuerman等也發(fā)現(xiàn)與厭氧消化（0.33log10/d）相比，污泥好氧消化（0.77log10/d）對(duì)病毒的滅活率更高。