飘啊飘的污水厂病毒气溶胶 一文说清来龙去脉！

01  微生物气溶胶的产生及分布

1.1 微生物气溶胶中的病毒

污水处理厂的待处理废水中不可避免地携带着细菌、真菌和病毒等微生物。针对污水处理厂微生物气溶胶的研究大多集中于细菌、真菌及放线菌领域，其中关于病毒的研究较少。实际上，污水处理厂操作人员的部分疾病，如胃肠道疾病，大概率是与感染空气中散布的病毒有关。

表1中展示了部分国家或地区在原废水或二级废水中检测出的病毒浓度。虽然各个国家或地区的废水中检出的病毒浓度不一，但不论是原废水还是二级废水，均能检测到病毒的存在。Katrine Uhrbrand等人在污水处理厂不同处理单元的水样中均检测到诺如病毒和腺病毒，其中沉砂池水样中的诺如病毒达到了1.79×103 copies/ml。病毒不但存在于待处理废水中，还能够存活于气溶胶化的液滴中，并保持一定的传染性。对医院废水进行处理的污水处理厂中，待处理废水病毒含量可能更高，但先进的处理工艺会大大减小病毒气溶胶的产生。K. Uhrbrand等人对一所采用膜生物反应器（MBR）工艺的医院废水处理设施进行评估时发现，废气存在较低浓度的诺如病毒。

污水处理厂中病毒气溶胶的浓度高低，与当地的经济状况、卫生条件等相关，并且可以间接反映出此地区的病毒感染状况，具有十分重要的研究意义。近年来，国内外研究关于污水处理厂的病毒气溶胶主要为腺病毒、轮状病毒、诺如病毒等。

表1 部分国家原废水及二级出水中检出的病毒浓度

1.2 微生物气溶胶的产生

污水处理厂气溶胶中的微生物，部分来源于待处理的废水。污水处理过程特别是曝气单元中不可避免会产生气泡，气泡破裂会使水溅到空气中，携带着微生物的水滴被分散成细小液滴，并在雾化后形成微生物气溶胶。气泡破裂产生的液滴气溶胶化是微生物气溶胶产生的主要原因；水力跌落大、湍动剧烈的污水处理单元也容易形成气溶胶，污水提升、除渣、除砂等预处理单元的气溶胶中微生物浓度也相对较高。

由表2可以看出，不论是病毒还是细菌，各处理单元水相中的微生物通常也能在气相中被检测到。不同种类微生物浓度在气相中的远低于水相中的，且比值存在较大差异，如大肠杆菌噬菌体；不同类别的微生物，其气/液浓度比值可相差3个数量级。研究也发现，水相中微生物浓度与其在气相中的浓度并没有呈现直接的相关关系，这可能与不同类别的微生物从水相到气相逸散速率不同有关。还有研究表明，废水中固相组分对包膜病毒对吸附率比非包膜病毒（如诺如病毒、脊髓灰质炎病毒等）高20%,不同的附着率也可能是导致不同类型的病毒从水相向气相逸散速率不同的关键原因。

有研究者对空气中微生物来源进行进一步分析，Kaixiong Yang等分析污水处理厂中空气中细菌来源时发现，空气样本病原体中平均有22.25%的病原体来源是污水。也有研究人员研究发现，在氧化沟曝气单元的空气中，其细菌38.27%来源于待处理的污水，45.56%来源于上风向区；而在污泥脱水池，高达72.15%的细菌来源于污水，来源于上风向区的细菌仅为15.38%。

表2 污水处理系统中微生物的气/液两相浓度

注：实验室部分指研究者在实验室内进行的模拟污水处理厂曝气时得到的数据，非污水处理厂内实际检测数据。

1.3 微生物气溶胶的分布

随着污水处理程度的加深，污水中的病毒会逐步被去除。表3展示了在病毒定量检测中，检出病毒阳性的样本数占总样本的比例，及检出样本中的病毒浓度。可以看出，污水处理厂进水时病毒含量较高，出水中的病毒浓度可以降低1-2个数量级。这与Katayama 等人的研究结果相似：某日本污水处理厂中，肠病毒在进水和出水中的浓度分别为17和0.044 RT-PCR units/ml，腺病毒在进水和出水中的浓度分别为320和7 PCR units/ml；污水处理厂进水中病毒阳性率在67%-97%之间，经过A2O工艺处理后病毒阳性率降低22%-46%的；消毒处理后的出水样本病毒浓度已低于检测线。Ottoson 等的研究也发现，二级生物处理对肠道病毒和诺如病毒的去除率分别为93.91%和87.45%。由此可见，常规污水处理工艺对病毒的去除在1-2l g的范围；MBR对病毒有着显著的去除效果，其出水的病毒含量能够降低到较为安全的程度。

表3 污水处理厂进出水的病毒去除

虽然污水处理厂的出水中病毒含量已相对较低，但微生物从水相到气相的转移可以发生在污水处理工艺的每个环节，包括格栅间、初沉池、曝气池、污泥浓缩池、污泥脱水间等在内的处理单元。图1展示了气溶胶中微生物在不同处理单元的浓度，在不同污水处理厂，其气相中微生物的浓度也有所不同。图1-a中，污水厂在生物处理单元（污水厂A为活性污泥工艺；污水厂B和E为氧化沟工艺）的细菌气溶胶浓度最大，污水厂C和D则在污泥脱水间浓度最大。在图1-b和1-c中，真菌和放线菌气溶胶在生物处理单元（曝气池/氧化沟）和污泥脱水间的浓度也较大。图1-d中可以看出，不同处理单元的气相中病毒浓度也存在较大差异，诺如病毒基因组Ⅱ在沉砂池的浓度较高，而大肠杆菌噬菌体和腺病毒则在活性污泥池的浓度较高。图1中并未考虑污水处理厂处理规模的问题，但有研究发现，污水厂规模越大，预处理单元的气溶胶浓度越高。

生物处理单元气溶胶中微生物浓度较高的原因是曝气增加气泡破裂的速率，显著影响周围空气的生物气溶胶水平。污水的机械搅拌会产生气载颗粒的湍流，从而加快微生物从液相到气相的扩散。这与lwona B.在研究波兰一所污水处理厂时，发现曝气池是微生物污染最严重区域的结论相一致。可以认为，曝气池是微生物气溶胶的重要发源地。但除此之外，污泥脱水间等其他污水处理设施产生微生物气溶胶的能力也不可小觑。

a 细菌浓度

b 真菌浓度

c 放线菌浓度

d 病毒浓度

图1 不同处理单元微生物浓度

02  微生物气溶胶的传播

表4分别从与污水水面不同垂直距离及与污水处理厂不同水平距离两个角度，对空气中微生物气溶胶浓度进行总结。在春、夏、冬三季，采样点与污水水面距离从0.1 m增加到1.5 m时，微生物浓度分别降低为原水平的84.39%、46.23%、8.33%；距离从0.1 m增加到3.0 m时，微生物浓度分别降低为原水平的12.97%、10.05%、2.08%。由此可见，随着采样点高度的增加，微生物浓度迅速下降；并且冬季微生物气溶胶浓度下降最为显著。Wang Yanjie等人在研究时还发现，与污水水面距离从0.1 m增加到3.0 m时，气体中颗粒总量也在逐渐下降，且细颗粒物占比增加。

细菌和真菌气溶胶在离污水处理厂不同水平距离（100-500 m）范围浓度变化并不显著，但与上风向相比均有所增加，这说明距污水厂500 m处的气溶胶浓度仍然保持较高水平；在污水处理厂的下风向处，其微生物气溶胶的健康风险要比上风向处高。以曝气池为中心进行检测时同样发现，下风向处气溶胶浓度比上风向处明显升高，250 m内各类微生物均有所减少，但250 m之外浓度则有不同程度并不显著的增加。Kaixiong Yang等人的研究中也发现，当距离氧化沟由0 m增加到25 m，55 m，210 m时，空气中细菌浓度在逐渐下降。而在与污水处理厂水平距离从0 m增加到300 m时，气溶胶中病毒浓度骤减到7个数量级；100 m增加到300 m时，减少2个数量级。随着水平距离进一步增加时，气相中病毒浓度没有显著变化。这可能病毒的繁殖条件有关，当环境中没有活的寄主细胞时，病毒就无法继续繁殖生存，从而使气溶胶中病毒浓度急剧下降。由此可得初步结论，在一定范围距离内，随着与微生物气溶胶发源地水平距离的增加，微生物气溶胶的浓度会快速降低；与细菌相比，病毒浓度的下降更为显著。

表4 不同距离的微生物气溶胶浓度

注：-250 m指上风向250 m处。