上海城建設計研究總院張顯忠：城鎮污水處理廠消毒與自然水體微生态關系的思考

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現行标準要求下，環保部門對污水處理廠排放的微生物名額要求較高。為了保證出水達标，污水處理廠普遍采用消毒方式進行處置。但是，部分消毒劑跟随出水進入水體，對自然水體的微生态造成了破壞，并不利于水環境品質的提升。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标和水生态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态環境帶來危害，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）大腸菌群數為标志來評價。大腸菌群一般指與糞便污染有關的腸杆菌科細菌，包括大腸埃希氏菌（俗稱“大腸杆菌”）、沙門氏菌、陰溝腸杆菌及産氣克雷伯氏菌等，它們絕大多數為緻病菌或條件緻病菌，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症。

我國規定的城鎮污水處理廠一級A排放标準對大腸菌群數限值為103個/L，一級B和二級排放标準限值為104個/L，三級标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标準，而且部分區域還禁止對出水進行消毒。

針對新一輪污水提标改造，如何處理未被消除的大腸菌群與環境及人畜健康之間的沖突，我國标準規範針對大腸杆菌等消毒名額是否可以調整，本文對此進行探讨。

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，進而達到殺菌目的。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

氯溶于水後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。這些衆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名額普查來看，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“淨菌力”的壓制。另一方面，從微生态學的角度，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）淨菌壓制

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“淨菌力”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後，其會遭到來自環境微生物的淨菌力的抑制，其機制主要有以下幾種。

① 占位與營養競争

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着場所，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，進而無法繁殖，最終因饑餓自溶。

② 直接觸殺

某些芽孢杆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、後生動物即草履蟲、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産生的一些抑菌代謝産物，這些産物包括有機酸、細菌素（抗生素）等。例如乳杆菌屬的細菌能夠産生乳酸、乳酸菌素、過氧化氫等産物；枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等能夠産生杆菌肽、多黏菌素等産物，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、後生動物外，螺蛳、河蚌、河蚬、水蚯蚓等底栖動物也可攝食、濾食包括大腸菌群在内的有害菌群，進而使其在環境中的數量大為減少。

出水消毒的負面影響

為滿足污水廠消毒名額限值要求，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裝置能耗高達幾十甚至幾百千瓦，電能消耗較大，且以上裝置使用壽命普遍不長，若廢棄裝置得不到合理處置，則還可能造成以重金屬污染為主的二次污染。

（2）次生産物，緻癌後患

投加消毒劑進行消毒可能會産生一些有害的、難降解的次生産物或一些危害不明顯但環境友好性不明确的物質，通稱“消毒副産物”。如使用液氯消毒可能産生鹵代烴、鹵代呋喃；使用臭氧消毒可能産生溴酸鹽等。除此之外，還有很多可能産生的、具有潛在或直接危害的消毒副産物，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相容性欠佳，當其進入自然水體後會自然地消亡。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争議。

（4）有益菌群，同歸于盡

污水中除了大腸菌群外，還有占更大比例的衆多的環境友好性極佳的微生物群，如動膠菌屬、短杆菌屬、芽孢杆菌屬、紅螺菌屬、紅假單胞菌屬、紅球菌屬及一些原、後生動物等具有淨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衆多的有益微生物，與目前自然水體的微生态失調、生态系統失衡繼而自淨力下降的現狀息息相關。換言之，消毒越徹底，可能局部水體生态系統越差。

基于自然水體微生态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态平衡，又增加了污水廠建設與運作成本，對城鎮污水處理廠出水消毒的做法需要進一步探讨。從微生态學的角度來說，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、後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，具有高淨菌力的芽孢杆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産物還能促進有益菌群生長。

（2）投加微生态制劑

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淨菌力的發酵合成型複合微生态制劑如典型的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、減少污泥産生量，并消除惡臭等，對污水處理廠的提标也有很大幫助。更可貴的是，EM制劑或其他具有高淨菌力的發酵合成型微生态制劑是具有顯著環境友好性的有益菌群的強大集合，它們随出水排放至自然水體中，對自然水體的自淨力恢複也有顯著的促進作用。

（3）采用選擇性殺菌措施

在出水處設定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。這種做法對恢複環境微生态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，水中的緻病微生物大多數粘附在懸浮顆粒上，是以，如混凝、沉澱和過濾一類的過程也可去除相當部分的緻病微生物。

（5）加強生态建設

加強生态建設在于恢複自然水體的自淨力，與此同時也恢複其生物多樣性，讓大腸菌群等有害菌群能夠更快地自然消亡，進而減小對人畜的危害。

結論與建議

随着“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漸增加，統籌污水收集管網、泵站、污水處理廠等設施建設、運作，連同污水處理設施服務範圍内的河、湖等地表水體的運維、排程等相關工作，使“廠網河湖”形成良性循環的運作系統，以再生水補充河道，建構成人、水和諧相處的城市生态“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标準制定。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、公共遊泳區域、非全身接觸等分不同區域與不同季節考核消毒标準，配套有合流制溢流或雨水淨化設施，可制定相對彈性的淨化标準及消毒名額。

原标題：城鎮污水處理廠消毒與自然水體微生态關系的思考

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