Сравнительная эффективность активированного илового процесса и стабилизационных прудов для удаления загрязнений и патогенов на очистных сооружениях в Египте

Почему очистка сточных вод важна для повседневной жизни

Во многих сухих странах, включая Египет, очищенные стоки всё чаще повторно используют для орошения сельскохозяйственных культур и озеленения. Это логично в условиях глобального потепления и сокращающихся запасов пресной воды, но в то же время ставит важный вопрос для общественного здравоохранения: насколько чиста эта вода, особенно если в ней всё ещё могут находиться возбудители заболеваний? В этом исследовании прослеживается путь сточных вод через два крупных очистных сооружения в Египте с целью сравнить, насколько эффективно каждое из них удаляет взвешенные вещества, питательные вещества и патогенные микроорганизмы до выпуска или повторного использования воды.

Два разных подхода к очистке загрязнённой воды

Исследователи сосредоточились на двух полноразмерных сооружениях, обслуживающих от сотен тысяч до миллионов человек. Одно сооружение, обозначенное как WWTP‑A, использует систему «активированного ила», где сточные воды насыщают кислородом и контактируют с плотными сообществами бактерий, которые быстро разлагают органическое загрязнение. Другое, WWTP‑B, опирается на цепочку открытых стабилизационных прудов. В этих прудах солнце, водоросли и естественные микробы медленно очищают воду по мере её перемещения из бассейна в бассейн. Оба объекта работают в похожих климатических условиях и принимают схожие типы стоков, что делает их удобными для сравнения бок о бок.

Насколько хорошо они удаляют загрязнения?

Команда брала пробы входной и выходной воды ежемесячно в течение семи месяцев и измеряла распространённые показатели загрязнения. Сюда вошли химическая и биологическая потребность в кислороде (COD и BOD), отражающие количество органического вещества, а также питательные вещества, такие как азот и фосфор, способные стимулировать цветение водорослей при попадании в реки или каналы. Завод с активированным илом удалял почти 90% COD и более 80% BOD, давая гораздо более прозрачный выброс с низким содержанием органики. Система прудов, напротив, в среднем удаляла лишь около 56% COD и BOD, и её эффективность сильно варьировала во времени. Высокие уровни водорослей и разлагающейся растительности в прудах, вероятно, поддерживали более высокий уровень органического загрязнения на выходе. По питательным веществам оба объекта снижали содержание азота и фосфора, но вновь лучше с этим справлялся активированный ил, особенно по фосфору, удаляемому как за счёт биологического поглощения, так и химического связывания.

Что происходит с вредными бактериями?

Помимо базового качества воды, исследование отслеживало крупные группы бактерий, указывающих на фекальное загрязнение, такие как общие колиформы и Escherichia coli, а также специфические патогены, включая Salmonella, Pseudomonas, Staphylococcus и Listeria. Оба объекта снижали уровни бактерий на несколько порядков благодаря отстаиванию, естественной гибели и — в случае активированного ила — эффективному схватыванию и удалению бактерий вместе с илом. Завод с активированным илом последовательно показывал несколько большие логарифмические редукции, чем пруды, особенно в отношении патогенных видов, склонных прилипать к частицам. Тем не менее даже после очистки в конечной воде обеих систем оставались измеримые количества бактерий и патогенов, что указывает на то, что сброс или повторное использование без дополнительных мер защиты всё ещё может нести риск инфекции.

Скрытая проблема: вирусы, которые проскальзывают

Поскольку вирусы малы и часто более устойчивы, чем бактерии, исследователи также измеряли несколько человеческих вирусов и вирусоподобных маркеров, включая аденовирусы, ротавирусы, бактериофаг crAssphage и соматические колифаги. Они обнаружили, что уровни вирусов падали лишь примерно на один–три порядка величины, что значительно меньше, чем редукция у бактерий. Завод с активированным илом в целом показывал лучшие результаты по некоторым вирусам, таким как аденовирус, тогда как пруды были эффективнее по другим, но ни одна технология не обеспечивала стабильного удаления вирусов до очень низких уровней. Статистические тесты показали, что обычные бактериальные индикаторы не могут надежно предсказать остаточный уровень вирусов, подчёркивая, что «соответствие» действующим бактериальным стандартам не означает автоматически защиту от вирусных инфекций.

Что это значит для безопасного повторного использования воды

Для стран, вынужденных повторно использовать очищенные сточные воды в условиях дефицита воды, это исследование посылает чёткое сообщение. Современные сооружения с активированным илом могут превосходить простые пруды в удалении органического загрязнения, питательных веществ и бактерий, но обе технологии испытывают трудности с удалением стойких человеческих вирусов. Ориентация только на традиционные бактериальные проверки в нормативных актах может создать ложное чувство безопасности, поскольку вирусы могут сохраняться даже при приемлемых показателях по бактериям. Авторы утверждают, что менеджерам водоснабжения следует включать вирус-специфические цели и маркеры, такие как crAssphage, при оценке работы очистных сооружений. Добавление дополнительных ступеней очистки или защитных мер — особенно в местах, где люди могут контактировать с водой или вдыхать её аэрозоли — будет необходимо, чтобы превратить сточные воды из угрозы для здоровья в надёжный ресурс.

Цитирование: Kamel, M.A., Rizk, N.M., Gad, M. et al. Comparative performance of activated sludge and waste stabilization ponds for the removal of pollutants and pathogens in full-scale wastewater treatment plants in Egypt. Sci Rep 16, 5266 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35933-4

Ключевые слова: очистка сточных вод, активированный ил, стабилизационные пруды, повторное использование воды, водопередаваемые вирусы