19
Mar
2020

污泥中病毒的灭活

发布者:Piaopiao Zheng 浏览次数:23

由于污泥是一种高含水、多介质的复杂体系,和水等均匀介质存在较大的差异,导致污水中常用的消毒方法(如氯消毒、臭氧消毒等)应用于污泥时,消毒效果不理想。因此,国内外对污泥中病毒的灭活开展了一系列研究和工程实践,总体可分为物理法(高温、辐射、干燥等)、化学法(石灰稳定法、二氧化氯、过氧乙酸等)、生物法(酶等)等三大类。

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1.物理法

高温灭活:高温可破坏病毒的蛋白质,从而实现病毒的灭活,常用的方法主要包括巴氏杀菌法(一般在60-82℃)、热处理法(>100℃)等。有研究发现采用巴氏杀菌法(70℃,30min)可杀灭浓缩污泥中沙门氏菌和细胞病变肠道病毒。用热处理灭活贻贝中甲型肝炎病毒(HAV)时发现在60℃下处理30min,80℃浸泡10min和100℃浸泡1min均不足以灭活所有病毒;需要在100℃浸泡2min才能完全灭活病毒。Zenker等研究发现超声波与传统热处理结合还可以实现低频超声波和热的协同作用,提高病原体的灭活效果。

辐射消毒:辐射消毒通常采用β或γ射线(用来自60Co或137Ce)在室温下(20℃)照射污泥,可实现污泥的消毒。张韶华等[71]采用γ射线和电子束照射城市污水厂污泥时发现较低剂量(1 kGy)辐照即可大幅降低活性污泥中的细菌总数。Robert等 发现污泥中的脊髓灰质炎病毒对微波辐射最敏感;艾柯病毒对γ辐射比脊髓灰质炎病毒更敏感。不过,辐射的消毒效果会受到污泥厚度的影响,研究发现污泥厚度会影响粪性链球菌、真菌、放线菌和细菌总数的消毒效果。

干燥灭活:有研究发现肠道病毒会随着污泥自然蒸发干燥而灭活,干燥过程中脊髓灰质炎病毒的活性明显降低。在污泥干燥过程中病毒颗粒可被分解,释放出遗传物质,因而这种灭活是不可逆的。目前利用人工热源可将污泥含水率降至20%以下 ,此过程主要是基于热效应发挥消毒作用。

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2.化学法

通过添加碱性材料(如石灰、氨水、炉渣等)将pH调节至12或者以上,实现病毒的灭活,是一种简单、经济的消毒方法。Bruna等研究发现碱法稳定能在2-24h内灭活污泥中的大肠杆菌、沙门氏菌等病原指示微生物。石灰稳定法还可在24h内将接种到堆肥和生污泥中的腺病毒5型,轮状病毒Wa和雄性特异性大肠杆菌噬菌体MS2降至低于检出限。研究发现革兰氏阴性杆菌与肠道病毒对熟石灰较为敏感,且利用熟石灰消毒时,有机物和温度对其消毒效果影响较小。此外,添加石灰引起的温度升高也是杀灭病原微生物的重要原因。Boost等[86]发现污泥中加入石灰后温度可由20℃升至98℃。碱法稳定法还常与热处理等联合使用,可增强灭菌效果,并提高污泥脱水性能。

除石灰、氨水外,常用的消毒剂还有次氯酸钠、过氧乙酸等。Tsai等发现次氯酸盐比二氧化氯对大肠杆菌的消毒效果更好,且消毒效果与污泥特性及浓度、搅拌速度有关,即污泥浓度越低,搅拌速度越快,消毒效果越好。他们还发现与浓缩污泥相比,两种消毒剂对二沉污泥的消毒效果更好。过氧乙酸(PAA)是一种结构简单的过氧化有机酸,氧化性强是高效灭活病毒的主要原因。张景丽研究发现次氯酸钠和过氧乙酸两种消毒剂对MBR工艺的污泥消毒均有效,但前者效果略优于后者;采用次氯酸钠对污泥消毒时会产生消毒副产物(如CHCl3),而过氧乙酸消毒过程中无明显副产物的生成,认为过氧乙酸更佳。朱丹等[87]发现对沉降了30min的活性污泥进行消毒可减少过氧乙酸的投加量。

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3.生物法

污泥微生物可通过捕食、拮抗和营养竞争等方式实现病原微生物的杀灭,还可利用降解病毒蛋白质外壳的酶实现病毒的灭活。Paluszak等表明在堆肥过程中猪瘟病毒的灭活与污泥中的微生物紧密相关。Lipson等研究表明污泥细菌可以利用病毒作为生长基质,从而促进病毒的灭活。Cliver等发现污泥中柯萨奇A-9型病毒可被蛋白水解菌(尤其是铜绿假单胞菌)灭活。有研究表明厌氧消化过程污泥中微生物产生的蛋白酶可增加大肠杆菌噬菌体MS2的失活,是引起污泥中肠道病毒衰变的重要因素之一。Ward等发现厌氧消化污泥中,脊髓灰质炎病毒的核糖核酸和两种最大的病毒蛋白都被裂解,这可能与污泥中的核糖核酸酶和蛋白酶有关。一些研究表明土壤和混合垃圾中细菌的产生酶也具有灭活病毒的现象,Nasser等研究土壤中铜绿假单胞菌产生的纯蛋白酶、蛋白酶和胞外酶对MS2大肠杆菌噬菌体和一系列肠道病毒失活的影响,发现所有被检测的蛋白酶源均显示出抗病毒活性,但活性取决于病毒类型。Ming等发现混合垃圾中1型脊髓灰质炎病毒(PO1)失活的部分原因是由垃圾中的细菌产生的蛋白水解酶引起的。

此外,研究表明不同环境条件下微生物对病毒的灭活效果不同。Hurst发现在好氧微生物的作用下人类脊髓灰质炎病毒1型菌株LSc-2ab的灭活可增高2-3倍,而厌氧微生物作用下未发现这一现象,认为土壤中的抗病毒活性作用可归因于好氧微生物的存在。Scheuerman等也发现与厌氧消化(0.33log10/d)相比,污泥好氧消化(0.77log10/d)对病毒的灭活率更高。

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