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飲用水廠腸道病毒去除與控制

賓州州立大學(xué)解躍峰教授

哈爾濱工業(yè)大學(xué)/中國(guó)工程院馬軍院士

病毒是水中一類重要的病原微生物。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHOGuidelinforDrinking-WatQualiti第四版，飲用水中健康風(fēng)險(xiǎn)高的病毒包括腸道病毒、甲肝病毒、戊肝病毒、輪狀病毒、諾如病毒和札幌病毒等，健康風(fēng)險(xiǎn)適中的病毒包括腺病毒和星狀病毒。而關(guān)于冠狀病毒在飲用水中的特性和行為報(bào)導(dǎo)不多，世界衛(wèi)生組織WHO認(rèn)為其在飲用水中的健康風(fēng)險(xiǎn)還不確定或尚缺乏證據(jù)（evidisinconclusorlack近年來，飲用水廠病毒控制引起人們關(guān)注，上海純水設(shè)備本文通過簡(jiǎn)要綜述與分析飲用水中腸道病毒的去除與控制效能，為控制飲用水中的微生物風(fēng)險(xiǎn)提供參考和借鑒。

美國(guó)環(huán)保局（USEPA 飲用水水質(zhì)規(guī)范對(duì)菌落總數(shù)、總大腸菌群包括糞大腸菌群和大腸埃希氏菌)軍團(tuán)菌、病毒、隱孢子蟲、賈第鞭毛蟲微生物指標(biāo)進(jìn)行了限定，其中病毒指腸道病毒，要求病毒的削減率不低于4log即99.99%水中微生物的削減一般通過處置工藝的去除和后續(xù)消毒工藝的滅活來實(shí)現(xiàn)。處置工藝之后殘留的病毒需通過控制消毒工藝CT值來實(shí)現(xiàn)滅活。CT值為消毒劑有效濃度（即消毒劑余量）C值，單位：mg/L與有效接觸時(shí)間（T值，單位：min乘積，與微生物種類、消毒劑類型和有效濃度、水溫和pH值等密切相關(guān)，如表1所示。針對(duì)現(xiàn)行的混合+絮凝+沉淀+過濾”慣例處置工藝，當(dāng)濾后水濁度低于0.3NTU時(shí)，USEPA 認(rèn)可病毒的去除率為2log即99%如果自由氯消毒的CT值為5.8mg/L?min比方，0.5mg/L自由氯余量和11.6分鐘的有效接觸時(shí)間）病毒的消毒滅活率為2log即99%病毒通過去除和滅活的總削減率為4log即99.99%達(dá)到USEPA 去除規(guī)范。

表1.不同消毒劑病毒滅活的CT值和劑量

針對(duì)腸道病毒，水溫為1oC紫外的為腺病毒）

根據(jù)美國(guó)環(huán)保局（USEPA LongTerm2EnhancSurfacWaterTreatmentRule:ToolboxGuidancManual整理得出

雖然我國(guó)現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范（GB5749-2006尚未對(duì)病毒的最高允許濃度進(jìn)行限定，但《規(guī)范》中對(duì)濁度和消毒的要求也間接地保證了飲用水處置工藝對(duì)病毒的削減，即去除和滅活。國(guó)《規(guī)范》要求龍頭水濁度低于1NTU為了達(dá)到此濁度標(biāo)準(zhǔn)，水廠一般要求更低的濾后水濁度。如果水廠濾后水濁度為0.3NTU以下，病毒的去除率可達(dá)到2log國(guó)《規(guī)范》同時(shí)要求，出廠水中游離氯余量不得小于0.3mg/L接觸時(shí)間不得小于30min計(jì)算得到CT值為9.0mg/L?min滿足病毒滅活率大于3log要求。病毒通過去除和滅活的總削減率為5log即99.999%如果水廠濾后水濁度為0.5-1.0NTU病毒的去除率也應(yīng)大于1log即90%國(guó)《規(guī)范》自由氯消毒標(biāo)準(zhǔn)的CT值為9.0mg/L?min對(duì)應(yīng)病毒滅活率大于3log病毒通過去除和滅活的總削減率為1+3=4log即99.99%也達(dá)到USEPA 病毒去除規(guī)范。國(guó)《規(guī)范》同時(shí)規(guī)定供水管網(wǎng)中總余氯最低值為0.05mg/L管網(wǎng)中余氯或余二氧化氯也可以滅活致病菌，有效控制由于管網(wǎng)二次污染造成的微生物風(fēng)險(xiǎn)。

國(guó)《規(guī)范》規(guī)定臭氧消毒時(shí)臭氧余量不得小于0.3mg/L接觸時(shí)間不得小于12min由于臭氧接觸反應(yīng)方式多樣，同時(shí)臭氧濃度在接觸池中變化較大，需根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)與操作條件來計(jì)算其CT值。一般臭氧的病毒滅活率為24log國(guó)使用臭氧作為主消毒劑的水廠很少，但有相當(dāng)一局部水廠采用臭氧與生物活性炭聯(lián)用（O3-BA C深度處置工藝，處置能力占全國(guó)地表水總處理量的1020%因此，采用臭氧消毒或O3-BA C深度處置工藝的水廠，對(duì)病毒的去除能力較強(qiáng)。對(duì)于有條件的水廠，采用臭氧和游離氯聯(lián)合消毒病毒滅活率更高，更為平安可靠。

按《規(guī)范》規(guī)定的最低消毒劑余量和接觸時(shí)間，氯胺和二氧化氯消毒可能難以達(dá)到2log99%病毒滅活率。對(duì)于含有氨氮的水質(zhì)，即使是投加氯（或次氯酸鈉）當(dāng)氯與氨的比值小于7.6比1時(shí)（質(zhì)量比）水中的氯實(shí)質(zhì)上主要以氯胺形式起消毒作用。上海純水設(shè)備盡管紫外線消毒對(duì)賈第蟲和隱孢子蟲“兩蟲”滅活效果很好，但其病毒滅活的CT值（基于腺病毒）很高。紫外線照射強(qiáng)度（I值，單位：mW/cm2與有效接觸時(shí)間（T值，單位：s乘積為IT值（即紫外線照射劑量）滅活病毒2log所需紫外線劑量值為100mJ/cm2遠(yuǎn)高于目前水廠常用的40mJ/cm2劑量�，F(xiàn)有的紫外消毒設(shè)施可通過投加氯（次氯酸鈉）或臭氧有效地強(qiáng)化病毒的滅活。國(guó)超濾工藝應(yīng)用越來越廣泛，一般將膜孔徑在0.05μm以下的低壓膜定義為超濾膜。超濾單元對(duì)賈第蟲和隱孢子蟲等致病微生物有很好的去除效果，對(duì)細(xì)菌也有非常顯著的去除作用。而病毒尺寸小，超濾不能使之徹底去除，且去除率隨著膜工藝運(yùn)行條件和破損情況而變化。USEPA 沒有明確定義超濾膜對(duì)病毒的去除率，美國(guó)絕大多數(shù)州不認(rèn)可超濾膜過濾對(duì)病毒的去除，要求消毒工藝具有4log即99.99%病毒滅活率。

對(duì)于現(xiàn)行的慣例處置工藝水廠，可通過降低濾后水濁度進(jìn)一步提高對(duì)病毒的去除。而現(xiàn)行的超濾工藝則需要強(qiáng)化消毒工藝，確保4log即99.99%病毒滅活率。對(duì)于僅采用氯氨、二氧化氯或紫外消毒的慣例處置工藝水廠，建議強(qiáng)化處置工藝對(duì)濁度的去除，同時(shí)根據(jù)表1所列CT值和我國(guó)《規(guī)范》增加自由氯消毒，適當(dāng)提高出廠水或管網(wǎng)的氯氨或二氧化氯余量，可以提高病毒的去除率。對(duì)于含有氨氮的原水，建議強(qiáng)化去除氨氮、提高投氯量達(dá)到折點(diǎn)后用游離氯進(jìn)行消毒；或者采用臭氧與氯胺組合消毒。采用自由氯或臭氧消毒的慣例處置工藝對(duì)病毒的總削減率一般為4log99.99%以上,達(dá)到USEPA 病毒去除規(guī)范。

沉淀與過濾是去除病毒、賈第蟲和隱孢子蟲以及其它致病微生物的有效屏蔽過程，如果水廠回收利用廠內(nèi)的自用水（沉淀池排泥水和反沖洗水）微生物會(huì)在沉淀池和濾池中得以富集。建議特殊時(shí)期應(yīng)停止未處置過沉淀池排泥水和濾池反沖洗水回收，并經(jīng)過消毒等平安處置后排放。考慮到病毒等微生物在濾池和反沖洗水中的富集以及某些病毒通過空氣飛沫、密切接觸的傳達(dá)途徑特性，建議水廠操作人員在濾池氣水反沖洗和其它曝氣工段中佩戴口罩和勤洗手進(jìn)行個(gè)人預(yù)防。