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飲用水廠腸道病毒去除與控制

賓州州立大學解躍峰教授

哈爾濱工業大學/中國工程院馬軍院士

病毒是水中一類重要的病原微生物。根據世界衛生組織（WHOGuidelinforDrinking-WatQualiti第四版，飲用水中健康風險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，健康風險適中的病毒包括腺病毒和星狀病毒。而關于冠狀病毒在飲用水中的特性和行為報導不多，世界衛生組織WHO認為其在飲用水中的健康風險還不確定或尚缺乏證據（evidisinconclusorlack近年來，飲用水廠病毒控制引起人們關注，上海純水設備本文通過簡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險提供參考和借鑒。

美國環保局（USEPA 飲用水水質規范對菌落總數、總大腸菌群包括糞大腸菌群和大腸埃希氏菌)軍團菌、病毒、隱孢子蟲、賈第鞭毛蟲微生物指標進行了限定，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消毒工藝的滅活來實現。處置工藝之后殘留的病毒需通過控制消毒工藝CT值來實現滅活。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，如表1所示。針對現行的混合+絮凝+沉淀+過濾”慣例處置工藝，當濾后水濁度低于0.3NTU時，USEPA 認可病毒的去除率為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%達到USEPA 去除規范。

表1.不同消毒劑病毒滅活的CT值和劑量

針對腸道病毒，水溫為1oC紫外的為腺病毒）

根據美國環保局（USEPA LongTerm2EnhancSurfacWaterTreatmentRule:ToolboxGuidancManual整理得出

雖然我國現行《生活飲用水衛生規范（GB5749-2006尚未對病毒的最高允許濃度進行限定，但《規范》中對濁度和消毒的要求也間接地保證了飲用水處置工藝對病毒的削減，即去除和滅活。國《規范》要求龍頭水濁度低于1NTU為了達到此濁度標準，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，病毒的去除率可達到2log國《規范》同時要求，出廠水中游離氯余量不得小于0.3mg/L接觸時間不得小于30min計算得到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病毒的去除率也應大于1log即90%國《規范》自由氯消毒標準的CT值為9.0mg/L?min對應病毒滅活率大于3log病毒通過去除和滅活的總削減率為1+3=4log即99.99%也達到USEPA 病毒去除規范。國《規范》同時規定供水管網中總余氯最低值為0.05mg/L管網中余氯或余二氧化氯也可以滅活致病菌，有效控制由于管網二次污染造成的微生物風險。

國《規范》規定臭氧消毒時臭氧余量不得小于0.3mg/L接觸時間不得小于12min由于臭氧接觸反應方式多樣，同時臭氧濃度在接觸池中變化較大，需根據實際設計參數與操作條件來計算其CT值。一般臭氧的病毒滅活率為24log國使用臭氧作為主消毒劑的水廠很少，但有相當一局部水廠采用臭氧與生物活性炭聯用（O3-BA C深度處置工藝，處置能力占全國地表水總處理量的1020%因此，采用臭氧消毒或O3-BA C深度處置工藝的水廠，對病毒的去除能力較強。對于有條件的水廠，采用臭氧和游離氯聯合消毒病毒滅活率更高，更為平安可靠。

按《規范》規定的最低消毒劑余量和接觸時間，氯胺和二氧化氯消毒可能難以達到2log99%病毒滅活率。對于含有氨氮的水質，即使是投加氯（或次氯酸鈉）當氯與氨的比值小于7.6比1時（質量比）水中的氯實質上主要以氯胺形式起消毒作用。上海純水設備盡管紫外線消毒對賈第蟲和隱孢子蟲“兩蟲”滅活效果很好，但其病毒滅活的CT值（基于腺病毒）很高。紫外線照射強度（I值，單位：mW/cm2與有效接觸時間（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遠高于目前水廠常用的40mJ/cm2劑量。現有的紫外消毒設施可通過投加氯（次氯酸鈉）或臭氧有效地強化病毒的滅活。國超濾工藝應用越來越廣泛，一般將膜孔徑在0.05μm以下的低壓膜定義為超濾膜。超濾單元對賈第蟲和隱孢子蟲等致病微生物有很好的去除效果，對細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行條件和破損情況而變化。USEPA 沒有明確定義超濾膜對病毒的去除率，美國絕大多數州不認可超濾膜過濾對病毒的去除，要求消毒工藝具有4log即99.99%病毒滅活率。

對于現行的慣例處置工藝水廠，可通過降低濾后水濁度進一步提高對病毒的去除。而現行的超濾工藝則需要強化消毒工藝，確保4log即99.99%病毒滅活率。對于僅采用氯氨、二氧化氯或紫外消毒的慣例處置工藝水廠，建議強化處置工藝對濁度的去除，同時根據表1所列CT值和我國《規范》增加自由氯消毒，適當提高出廠水或管網的氯氨或二氧化氯余量，可以提高病毒的去除率。對于含有氨氮的原水，建議強化去除氨氮、提高投氯量達到折點后用游離氯進行消毒；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病毒的總削減率一般為4log99.99%以上,達到USEPA 病毒去除規范。

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的自用水（沉淀池排泥水和反沖洗水）微生物會在沉淀池和濾池中得以富集。建議特殊時期應停止未處置過沉淀池排泥水和濾池反沖洗水回收，并經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行個人預防。