埃及全规模污水处理厂活性污泥与稳定化塘去除污染物与病原体的比较性能

为什么清洁污水与日常生活息息相关

在包括埃及在内的许多干旱国家，经过处理的污水越来越多地被用于灌溉农作物和绿地。在淡水资源减少和气候变暖的背景下，这种做法合情合理，但它也提出了一个重要的公共卫生问题：这些水有多干净，尤其是当它们可能仍携带致病微生物时？本研究追踪了两座埃及大型处理厂中污水的流向，比较每种工艺在将污物、营养盐和致病微生物去除到排放或再利用前的效果。

处理污水的两种不同途径

研究人员关注两座服务数十万至数百万人口的全规模处理厂。一座称为WWTP‑A，采用“活性污泥”系统，将污水与氧气和密集的细菌群混合，细菌快速降解有机污染物。另一座WWTP‑B则依赖一系列开放的稳定化塘。在这些塘中，阳光、藻类和天然微生物随着水从一个池塘流向下一个池塘而逐步净化水体。两厂处于相似气候并处理相似类型的污水，使得并列比较成为可能。

它们去除污染物的效果如何？

研究团队在七个月内每月对进水和出水取样并测量常见的污染指标，包括化学需氧量和生化需氧量（COD与BOD），它们反映有机物含量，以及氮、磷等营养盐，这些营养盐若排入河道或运河会促使藻类暴发。活性污泥厂几乎去除了近90%的COD和超过80%的BOD，出水有较低的有机物含量。相比之下，塘系平均仅去除约56%的COD与BOD，且其处理效果随时间波动较大。塘中高浓度藻类和枯死植物残体可能导致出水有机污染较高。在营养盐方面，两厂均降低了氮和磷，但活性污泥系统表现更好，尤其在去除磷方面更为有效，这既因生物吸收也因化学结合所致。

有害细菌的命运如何？

除了基本水质外，研究还追踪了表明粪便污染的大类细菌，如总大肠菌群与大肠埃希氏菌，以及特定病原体，包括沙门氏菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和李斯特菌。两种工艺都能将细菌水平降低若干数量级，这归功于沉降、自然死亡，以及在活性污泥中，细菌随污泥絮凝并被去除的高效机制。活性污泥厂在对一些易附着颗粒的致病菌种上持续实现略高的对数降幅。然而，即使经过处理，两系统的最终出水中仍可检测到可测数量的细菌和病原体，这表明未经进一步防护即排放或再利用仍可能存在感染风险。

被忽视的挑战：易钻空子的病毒

由于病毒体积小且往往比细菌更耐受，研究人员还测量了几类与人类相关的病毒与病毒样标志物，包括腺病毒、轮状病毒、名为crAssphage的细菌噬菌体和体细胞大肠菌噬菌体。结果显示，病毒水平仅下降约一至三个数量级，远低于细菌的去除幅度。活性污泥厂在某些病毒（如腺病毒）方面总体表现更好，而塘系在其他病毒上表现较佳，但两种技术都未能持续将病毒去除到很低水平。统计分析表明，常用的细菌指标并不能可靠地预测残留病毒量，这强调了——仅凭现行细菌标准“合格”并不等于水对病毒性感染安全。

对安全水再利用的意义

对于必须通过再利用处理污水以应对缺水的国家而言，本研究传达了明确的信息。现代活性污泥厂在去除有机污染、营养盐和细菌方面可以优于简单的塘系，但两者在清除顽固的人类病毒方面均面临困难。仅依赖传统的细菌检测标准可能带来虚假的安全感，因为病毒可能在细菌计数看似可接受时仍然存留。作者建议水务管理者在评估处理性能时应包括病毒特异性的目标和标志物，如crAssphage。增加额外的处理工序或防护措施——尤其在人们可能接触或吸入再利用水体的飞沫时——对于将污水从健康风险转变为可靠资源至关重要。

引用: 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

关键词: 废水处理, 活性污泥, 稳定化塘, 水再利用, 水传播病毒