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北極星水處理網訊:
01 微生物氣溶膠的產生及分佈1.1 微生物氣溶膠中的病毒
汙水處理廠的待處理廢水中不可避免地攜帶著細菌、真菌和病毒等微生物。針對汙水處理廠微生物氣溶膠的研究大多集中於細菌、真菌及放線菌領域，其中關於病毒的研究較少。實際上，汙水處理廠操作人員的部分疾病，如胃腸道疾病，大概率是與感染空氣中散佈的病毒有關。
表1中展示了部分國家或地區在原廢水或二級廢水中檢測出的病毒濃度。雖然各個國家或地區的廢水中檢出的病毒濃度不一，但不論是原廢水還是二級廢水，均能檢測到病毒的存在。Katrine Uhrbrand等人在汙水處理廠不同處理單元的水樣中均檢測到諾如病毒和腺病毒，其中沉砂池水樣中的諾如病毒達到了1.79×103 copies/ml。病毒不但存在於待處理廢水中，還能夠存活於氣溶膠化的液滴中，並保持一定的傳染性。對醫院廢水進行處理的汙水處理廠中，待處理廢水病毒含量可能更高，但先進的處理工藝會大大減小病毒氣溶膠的產生。K. Uhrbrand等人對一所採用膜生物反應器（MBR）工藝的醫院廢水處理設施進行評估時發現，廢氣存在較低濃度的諾如病毒。
汙水處理廠中病毒氣溶膠的濃度高低，與當地的經濟狀況、衛生條件等相關，並且可以間接反映出此地區的病毒感染狀況，具有十分重要的研究意義。近年來，國內外研究關於汙水處理廠的病毒氣溶膠主要為腺病毒、輪狀病毒、諾如病毒等。
表1 部分國家原廢水及二級出水中檢出的病毒濃度
1.2 微生物氣溶膠的產生
汙水處理廠氣溶膠中的微生物，部分來源於待處理的廢水。汙水處理過程特別是曝氣單元中不可避免會產生氣泡，氣泡破裂會使水濺到空氣中，攜帶著微生物的水滴被分散成細小液滴，並在霧化後形成微生物氣溶膠。氣泡破裂產生的液滴氣溶膠化是微生物氣溶膠產生的主要原因；水力跌落大、湍動劇烈的汙水處理單元也容易形成氣溶膠，汙水提升、除渣、除砂等預處理單元的氣溶膠中微生物濃度也相對較高。
由表2可以看出，不論是病毒還是細菌，各處理單元水相中的微生物通常也能在氣相中被檢測到。不同種類微生物濃度在氣相中的遠低於水相中的，且比值存在較大差異，如大腸桿菌噬菌體；不同類別的微生物，其氣/液濃度比值可相差3個數量級。研究也發現，水相中微生物濃度與其在氣相中的濃度並沒有呈現直接的相關關係，這可能與不同類別的微生物從水相到氣相逸散速率不同有關。還有研究表明，廢水中固相組分對包膜病毒對吸附率比非包膜病毒（如諾如病毒、脊髓灰質炎病毒等）高20%,不同的附著率也可能是導致不同類型的病毒從水相向氣相逸散速率不同的關鍵原因。
有研究者對空氣中微生物來源進行進一步分析，Kaixiong Yang等分析汙水處理廠中空氣中細菌來源時發現，空氣樣本病原體中平均有22.25%的病原體來源是汙水。也有研究人員研究發現，在氧化溝曝氣單元的空氣中，其細菌38.27%來源於待處理的汙水，45.56%來源於上風向區；而在汙泥脫水池，高達72.15%的細菌來源於汙水，來源於上風向區的細菌僅為15.38%。
表2 汙水處理系統中微生物的氣/液兩相濃度
注：實驗室部分指研究者在實驗室內進行的模擬汙水處理廠曝氣時得到的數據，非汙水處理廠內實際檢測數據。
1.3 微生物氣溶膠的分佈
隨著汙水處理程度的加深，汙水中的病毒會逐步被去除。表3展示了在病毒定量檢測中，檢出病毒陽性的樣本數佔總樣本的比例，及檢出樣本中的病毒濃度。可以看出，汙水處理廠進水時病毒含量較高，出水中的病毒濃度可以降低1-2個數量級。這與Katayama 等人的研究結果相似：某日本汙水處理廠中，腸病毒在進水和出水中的濃度分別為17和0.044 RT-PCR units/ml，腺病毒在進水和出水中的濃度分別為320和7 PCR units/ml；汙水處理廠進水中病毒陽性率在67%-97%之間，經過A2O工藝處理後病毒陽性率降低22%-46%的；消毒處理後的出水樣本病毒濃度已低於檢測線。Ottoson 等的研究也發現，二級生物處理對腸道病毒和諾如病毒的去除率分別為93.91%和87.45%。由此可見，常規汙水處理工藝對病毒的去除在1-2l g的範圍；MBR對病毒有著顯著的去除效果，其出水的病毒含量能夠降低到較為安全的程度。
表3 汙水處理廠進出水的病毒去除
雖然汙水處理廠的出水中病毒含量已相對較低，但微生物從水相到氣相的轉移可以發生在汙水處理工藝的每個環節，包括格柵間、初沉池、曝氣池、汙泥濃縮池、汙泥脫水間等在內的處理單元。圖1展示了氣溶膠中微生物在不同處理單元的濃度，在不同汙水處理廠，其氣相中微生物的濃度也有所不同。圖1-a中，汙水廠在生物處理單元（汙水廠A為活性汙泥工藝；汙水廠B和E為氧化溝工藝）的細菌氣溶膠濃度最大，汙水廠C和D則在汙泥脫水間濃度最大。在圖1-b和1-c中，真菌和放線菌氣溶膠在生物處理單元（曝氣池/氧化溝）和汙泥脫水間的濃度也較大。圖1-d中可以看出，不同處理單元的氣相中病毒濃度也存在較大差異，諾如病毒基因組Ⅱ在沉砂池的濃度較高，而大腸桿菌噬菌體和腺病毒則在活性汙泥池的濃度較高。圖1中並未考慮汙水處理廠處理規模的問題，但有研究發現，汙水廠規模越大，預處理單元的氣溶膠濃度越高。
生物處理單元氣溶膠中微生物濃度較高的原因是曝氣增加氣泡破裂的速率，顯著影響周圍空氣的生物氣溶膠水平。汙水的機械攪拌會產生氣載顆粒的湍流，從而加快微生物從液相到氣相的擴散。這與lwona B.在研究波蘭一所汙水處理廠時，發現曝氣池是微生物汙染最嚴重區域的結論相一致。可以認為，曝氣池是微生物氣溶膠的重要發源地。但除此之外，汙泥脫水間等其他汙水處理設施產生微生物氣溶膠的能力也不可小覷。
a 細菌濃度
b 真菌濃度
c 放線菌濃度
d 病毒濃度
圖1 不同處理單元微生物濃度
02 微生物氣溶膠的傳播
表4分別從與汙水水面不同垂直距離及與汙水處理廠不同水平距離兩個角度，對空氣中微生物氣溶膠濃度進行總結。在春、夏、冬三季，採樣點與汙水水面距離從0.1 m增加到1.5 m時，微生物濃度分別降低為原水平的84.39%、46.23%、8.33%；距離從0.1 m增加到3.0 m時，微生物濃度分別降低為原水平的12.97%、10.05%、2.08%。由此可見，隨著採樣點高度的增加，微生物濃度迅速下降；並且冬季微生物氣溶膠濃度下降最為顯著。Wang Yanjie等人在研究時還發現，與汙水水面距離從0.1 m增加到3.0 m時，氣體中顆粒總量也在逐漸下降，且細顆粒物佔比增加。
細菌和真菌氣溶膠在離汙水處理廠不同水平距離（100-500 m）範圍濃度變化並不顯著，但與上風向相比均有所增加，這說明距汙水廠500 m處的氣溶膠濃度仍然保持較高水平；在汙水處理廠的下風向處，其微生物氣溶膠的健康風險要比上風向處高。以曝氣池為中心進行檢測時同樣發現，下風向處氣溶膠濃度比上風向處明顯升高，250 m內各類微生物均有所減少，但250 m之外濃度則有不同程度並不顯著的增加。Kaixiong Yang等人的研究中也發現，當距離氧化溝由0 m增加到25 m，55 m，210 m時，空氣中細菌濃度在逐漸下降。而在與汙水處理廠水平距離從0 m增加到300 m時，氣溶膠中病毒濃度驟減到7個數量級；100 m增加到300 m時，減少2個數量級。隨著水平距離進一步增加時，氣相中病毒濃度沒有顯著變化。這可能病毒的繁殖條件有關，當環境中沒有活的寄主細胞時，病毒就無法繼續繁殖生存，從而使氣溶膠中病毒濃度急劇下降。由此可得初步結論，在一定範圍距離內，隨著與微生物氣溶膠發源地水平距離的增加，微生物氣溶膠的濃度會快速降低；與細菌相比，病毒濃度的下降更為顯著。
表4 不同距離的微生物氣溶膠濃度
注：-250 m指上風向250 m處。
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