19
Mar
2020

污泥中病毒的滅活

發布者:Piaopiao Zheng 瀏覽次數:23

由于污泥是一種高含水、多介質的復雜體系,和水等均勻介質存在較大的差異,導致污水中常用的消毒方法(如氯消毒、臭氧消毒等)應用于污泥時,消毒效果不理想。因此,國內外對污泥中病毒的滅活開展了一系列研究和工程實踐,總體可分為物理法(高溫、輻射、干燥等)、化學法(石灰穩定法、二氧化氯、過氧乙酸等)、生物法(酶等)等三大類。

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1.物理法

高溫滅活:高溫可破壞病毒的蛋白質,從而實現病毒的滅活,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。有研究發現采用巴氏殺菌法(70℃,30min)可殺滅濃縮污泥中沙門氏菌和細胞病變腸道病毒。用熱處理滅活貽貝中甲型肝炎病毒(HAV)時發現在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等研究發現超聲波與傳統熱處理結合還可以實現低頻超聲波和熱的協同作用,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(用來自60Co或137Ce)在室溫下(20℃)照射污泥,可實現污泥的消毒。張韶華等[71]采用γ射線和電子束照射城市污水廠污泥時發現較低劑量(1 kGy)輻照即可大幅降低活性污泥中的細菌總數。Robert等 發現污泥中的脊髓灰質炎病毒對微波輻射最敏感;艾柯病毒對γ輻射比脊髓灰質炎病毒更敏感。不過,輻射的消毒效果會受到污泥厚度的影響,研究發現污泥厚度會影響糞性鏈球菌、真菌、放線菌和細菌總數的消毒效果。

干燥滅活:有研究發現腸道病毒會隨著污泥自然蒸發干燥而滅活,干燥過程中脊髓灰質炎病毒的活性明顯降低。在污泥干燥過程中病毒顆粒可被分解,釋放出遺傳物質,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 ,此過程主要是基于熱效應發揮消毒作用。

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2.化學法

通過添加堿性材料(如石灰、氨水、爐渣等)將pH調節至12或者以上,實現病毒的滅活,是一種簡單、經濟的消毒方法。Bruna等研究發現堿法穩定能在2-24h內滅活污泥中的大腸桿菌、沙門氏菌等病原指示微生物。石灰穩定法還可在24h內將接種到堆肥和生污泥中的腺病毒5型,輪狀病毒Wa和雄性特異性大腸桿菌噬菌體MS2降至低于檢出限。研究發現革蘭氏陰性桿菌與腸道病毒對熟石灰較為敏感,且利用熟石灰消毒時,有機物和溫度對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]發現污泥中加入石灰后溫度可由20℃升至98℃。堿法穩定法還常與熱處理等聯合使用,可增強滅菌效果,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、過氧乙酸等。Tsai等發現次氯酸鹽比二氧化氯對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,即污泥濃度越低,攪拌速度越快,消毒效果越好。他們還發現與濃縮污泥相比,兩種消毒劑對二沉污泥的消毒效果更好。過氧乙酸(PAA)是一種結構簡單的過氧化有機酸,氧化性強是高效滅活病毒的主要原因。張景麗研究發現次氯酸鈉和過氧乙酸兩種消毒劑對MBR工藝的污泥消毒均有效,但前者效果略優于后者;采用次氯酸鈉對污泥消毒時會產生消毒副產物(如CHCl3),而過氧乙酸消毒過程中無明顯副產物的生成,認為過氧乙酸更佳。朱丹等[87]發現對沉降了30min的活性污泥進行消毒可減少過氧乙酸的投加量。

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3.生物法

污泥微生物可通過捕食、拮抗和營養競爭等方式實現病原微生物的殺滅,還可利用降解病毒蛋白質外殼的酶實現病毒的滅活。Paluszak等表明在堆肥過程中豬瘟病毒的滅活與污泥中的微生物緊密相關。Lipson等研究表明污泥細菌可以利用病毒作為生長基質,從而促進病毒的滅活。Cliver等發現污泥中柯薩奇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程污泥中微生物產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等發現厭氧消化污泥中,脊髓灰質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。一些研究表明土壤和混合垃圾中細菌的產生酶也具有滅活病毒的現象,Nasser等研究土壤中銅綠假單胞菌產生的純蛋白酶、蛋白酶和胞外酶對MS2大腸桿菌噬菌體和一系列腸道病毒失活的影響,發現所有被檢測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等發現混合垃圾中1型脊髓灰質炎病毒(PO1)失活的部分原因是由垃圾中的細菌產生的蛋白水解酶引起的。

此外,研究表明不同環境條件下微生物對病毒的滅活效果不同。Hurst發現在好氧微生物的作用下人類脊髓灰質炎病毒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現這一現象,認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等也發現與厭氧消化(0.33log10/d)相比,污泥好氧消化(0.77log10/d)對病毒的滅活率更高。

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