城鎮污水處理廠消毒與自然水體微生態關系的思考
現行標準要求下，環保部門對污水處理廠排放的微生物指標要求較高。為了保證出水達標，污水處理廠普遍采用消毒方式進行處置。但是，部分消毒劑跟隨出水進入水體，對自然水體的微生態造成了破壞，并不利于水環境質量的提升。本文結合上海城建設計研究總院/上海雨洪工程研究中心張顯忠常務副主任的工程經驗和同濟大學環境學院戴曉虎院長的研究成果，對如何平衡水廠出水達標和水生態之間的問題進行分析和思考。
城鎮污水處理排放中，為了防止病原微生物對人畜健康及生態環境帶來危害，往往會對出水進行消毒處理，以減少廢水中的病原微生物數量。目前，廢水中的病原微生物主要以（糞）大腸菌群數為標志來評價。大腸菌群一般指與糞便污染有關的腸桿菌科細菌，包括大腸埃希氏菌（俗稱“大腸桿菌”）、沙門氏菌、陰溝腸桿菌及產氣克雷伯氏菌等，它們絕大多數為致病菌或條件致病菌，若其在生活用水中含量較高，則可能造成傷口感染、食物中毒等危害，對于體弱者、免疫缺陷者等特殊人群，還會引起一些嚴重的并發癥。
我國規定的城鎮污水處理廠一級A排放標準對大腸菌群數限值為103個/L，一級B和二級排放標準限值為104個/L，三級標準則對其不作限值要求。然而，德國、芬蘭、瑞典、丹麥等歐洲國家對出水中的大腸菌群數并不作統一限制，在不同區域實行不同標準，而且部分區域還禁止對出水進行消毒。
針對新一輪污水提標改造，如何處理未被消除的大腸菌群與環境及人畜健康之間的矛盾，我國標準規范針對大腸桿菌等消毒指標是否可以調整，本文對此進行探討。
污水廠出水消毒的現狀
目前城鎮污水處理廠多采用以下方式進行出水消毒。
（1）紫外線
采用UV-C波段的紫外線對水體進行過流照射，可使水體中大部分微生物的核酸遭到不可逆破壞、酶變性或鈍化，從而達到殺菌目的。此種方法簡便快捷，無需額外投加藥劑，但其殺菌效果受出水流速、出水濁度等因素影響較大。
（2）液氯
氯溶于水后可生成具有強氧化性的次氯酸，對病原微生物的殺滅作用較直接，但與其他消毒措施在同等濃度下相比，效果欠佳，尤其是對寄生蟲孢子的殺滅作用不甚理想。且液氯具有較大的毒性與腐蝕性，不便于運輸及管理等。
（3）臭氧
臭氧也是一種強氧化劑，其氧化性強大程度、殺菌效果及殺菌廣譜性遠超常見消毒劑，對病原微生物的殺滅作用是其他各種消毒劑的數百倍。但目前其制備效率不甚高，且能耗較大。
（4）其他方法及效果評價
除了上述方法外，還有二氧化氯、次氯酸鈉、光催化等消毒方法。這些眾多的方法各有優缺點，在不少廢水處理廠也取得了良好的應用效果，但根據污水廠出水消毒指標普查來看，總體效果仍欠佳。
有害菌群自我消亡機制
大腸菌群本身難以在自然水體中成為優勢菌種甚至難以存活，本身對自然水體的影響有限，主要是由于以下原因。
（1）環境脅迫
大腸菌群的主要來源為人畜糞物，其原有的生活環境為人畜消化道。但大腸菌群到了自然水體中，各種環境因素與原有生活環境及污水處理廠的設施環境相差甚遠，大腸菌群的繁殖會受到抑制；即使有一些菌株在環境壓力下得以生存，也難以在環境中形成優勢菌群，其主要原因在于“凈菌力”的壓制。另一方面，從微生態學的角度，大腸菌群的大量繁殖及形成優勢菌群需要依賴宿主即人畜消化道所分泌的一些特殊物質，而在自然水體中，此條件也是極難滿足的。
（2）凈菌壓制
某種微生物與其他微生物之間可能存在拮抗抑制作用，但目前對其的了解程度還不高。比嘉照夫提出的“凈菌力”用于描述有益微生物對病原微生物的抑制能力并衡量其強弱,大腸菌群被排入自然水體后，其會遭到來自環境微生物的凈菌力的抑制，其機制主要有以下幾種。
① 占位與營養競爭
環境中固有的或人工接種的有益微生物群大量繁殖，盡占水體中的微生物可附著場所，如水草、石碑、底泥等，使包括大腸菌群的有害菌群無立足之地，從而無法繁殖，最終因饑餓自溶。
② 直接觸殺
某些芽孢桿菌屬的細菌可以使接觸到自身的某些其他細菌裂解，其原因在于有害菌群給予其刺激而使其釋放溶菌物質。蛭弧菌屬的細菌有類似噬菌體的作用，但其對宿主菌體的特異性不明顯，能夠寄生并裂解絕大多數有害微生物，對大腸埃希氏菌、沙門氏菌等的消滅作用尤為顯著。除此之外，很多原、后生動物即草履蟲、輪蟲、水虱等可直接攝食有害微生物。
③ 化感作用
化感作用是指不同種的植物或微生物之間的抑制作用，俗稱“相生相克”，其機制主要在于有益微生物所產生的一些抑菌代謝產物，這些產物包括有機酸、細菌素（抗生素）等。例如乳桿菌屬的細菌能夠產生乳酸、乳酸菌素、過氧化氫等產物；枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌等能夠產生桿菌肽、多黏菌素等產物，對底泥等環境中的有害微生物具有抑制作用。
（3）轉歸被食
除了原、后生動物外，螺螄、河蚌、河蜆、水蚯蚓等底棲動物也可攝食、濾食包括大腸菌群在內的有害菌群，從而使其在環境中的數量大為減少。
出水消毒的負面影響
為滿足污水廠消毒指標限值要求，現有消毒方式存在一定的弊端，具體原因如下。
（1）能耗較大，資源浪費
大中型污水處理廠采用氯、紫外線或臭氧等進行出水消毒所使用的設備能耗高達幾十甚至幾百千瓦，電能消耗較大，且以上設備使用壽命普遍不長，若廢棄設備得不到合理處置，則還可能造成以重金屬污染為主的二次污染。
（2）次生產物，致癌后患
投加消毒劑進行消毒可能會產生一些有害的、難降解的次生產物或一些危害不明顯但環境友好性不明確的物質，通稱“消毒副產物”。如使用液氯消毒可能產生鹵代烴、鹵代呋喃；使用臭氧消毒可能產生溴酸鹽等。除此之外，還有很多可能產生的、具有潛在或直接危害的消毒副產物，目前已報道有600多種。
（3）看似衛生，實則不然
污水中以大腸菌群為代表的病原微生物大多與自然水體的兼容性欠佳，當其進入自然水體后會自然地消亡。一般情況下，市政供水的取水點與廢水處理廠的排放點相距甚遠，且自來水廠亦會對出廠水進行可靠的消毒，故污水廠出水執行嚴格消毒的必要性存在爭議。
（4）有益菌群，同歸于盡
污水中除了大腸菌群外，還有占更大比例的眾多的環境友好性極佳的微生物群，如動膠菌屬、短桿菌屬、芽孢桿菌屬、紅螺菌屬、紅假單胞菌屬、紅球菌屬及一些原、后生動物等具有凈水功能且功能較為強大的微生物。在出水消毒過程中，為了殺滅大腸菌群卻誤殺了眾多的有益微生物，與當前自然水體的微生態失調、生態系統失衡繼而自凈力下降的現狀息息相關。換言之，消毒越徹底，可能局部水體生態系統越差。
基于自然水體微生態協調的消毒方式建議
綜上所述，目前污水處理廠消毒時同步破壞了微生態平衡，又增加了污水廠建設與運行成本，對城鎮污水處理廠出水消毒的做法需要進一步探討。從微生態學的角度來說，最好的做法是采取能夠促進有益菌群而抑制大腸菌群及其他有害菌群的措施，具體有以下方法。
（1）增加曝氣面積
能夠吞食有害菌群的原、后生動物及能夠寄生于有害菌群的蛭弧菌屬細菌皆為專性好氧型微生物，具有高凈菌力的芽孢桿菌屬細菌在好氧環境下繁殖旺盛；增加曝氣面積可直接增加以上微生物的量，尤其是能夠直接吞食大腸菌群及其他有害菌群的原生動物。例如小囗鐘蟲和梨形四膜蟲可有效降低大腸埃希氏菌的數量，當這兩種纖毛蟲存在時，污水中大腸埃希氏菌的減少量達95%，且某些纖毛蟲和鞭毛蟲代謝產物還能促進有益菌群生長。
（2）投加微生態制劑
向污水處理廠進水處或主體設施如水解酸化池、生物反應池等處投加具有高凈菌力的發酵合成型復合微生態制劑如典型的EM（有效微生物群）制劑，可顯著減少出水中的大腸菌群及其他有害菌群的數量，且能夠降低出水CODCr、氨氮、減少污泥產生量，并消除惡臭等，對污水處理廠的提標也有很大幫助。更可貴的是，EM制劑或其他具有高凈菌力的發酵合成型微生態制劑是具有顯著環境友好性的有益菌群的強大集合，它們隨出水排放至自然水體中，對自然水體的自凈力恢復也有顯著的促進作用。
（3）采用選擇性殺菌措施
在出水處設置電氣石濾料或強磁水處理器，可對出水中的大腸菌群等有害菌群起到選擇性的殺傷作用，而對絕大多數有益菌群是安全的。這種做法對恢復環境微生態平衡有很大的積極作用。
（4）強化深度處理
在污水處理過程中，水中的致病微生物大多數粘附在懸浮顆粒上，因此，如混凝、沉淀和過濾一類的過程也可去除相當部分的致病微生物。
（5）加強生態建設
加強生態建設在于恢復自然水體的自凈力，與此同時也恢復其生物多樣性，讓大腸菌群等有害菌群能夠更快地自然消亡，從而減小對人畜的危害。
結論與建議
隨著“廠網河湖”一體化的推進，配套的污水處理廠規模和數量會逐步增加，統籌污水收集管網、泵站、污水處理廠等設施建設、運行，連同污水處理設施服務范圍內的河、湖等地表水體的運維、調度等相關工作，使“廠網河湖”形成良性循環的運行系統，以再生水補充河道，構建成人、水和諧相處的城市生態“海綿體”。
總之，城鎮污水廠消毒問題是個很重要的話題，可通過充分科學研究與全國區域調查，下一步進行分區域與分季節標準制定。充分考慮城鎮污水廠節能降耗和消毒的科學性，可對排入全身接觸、公共游泳區域、非全身接觸等分不同區域與不同季節考核消毒標準，配套有合流制溢流或雨水凈化設施，可制定相對彈性的凈化標準及消毒指標。
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