污泥厭氧穩定化流程中腸道病毒的去除與歸趨

摘要：根據對典型腸道病毒的生物性研究，選取諾如病毒、腺病毒、輪狀病毒作為研究對象，以安徽某污泥廠作為研究地點，污泥廠采用的是離心濃縮?水解?厭氧消化?機械脫水?太陽能干化技術，旨在評估不同污泥處理工藝對這些病毒去除效果的影響。本研究利用實時熒光定量PCR 技術，對污泥處理各階段的病毒含量進行定量分析。研究表明，污泥厭氧消化是諾如病毒和腺病毒的去除效率最高的單元，其對數去除率分別為0.68 lg 和0.61 lg，太陽能干化單元是輪狀病毒的去除效率最高的單元，其對數去除率為0.73 lg。該污泥處理流程對諾如病毒、腺病毒、輪狀病毒總量的去除分別達到了98.7%，97.6%，98.4%，但由于進泥中病毒總量較高，最終污泥處置進入環境中含量為1.52×104 copies/g DW，5.17×104 copies/g DW，7.92×103 copies/g DW。

關鍵詞：腸道病毒；污泥廠；厭氧消化；去除率

中圖分類號：X 835 文獻標志碼：A

新冠疫情期間，病毒在全球肆虐成疾，研究表明確診患者體內的糞便會攜帶大量致病病毒例如腸道病毒、流感病毒、冠狀病毒等，這些病毒會以患者糞便作為載體，通過污水管道進入污水處理廠。2020 年2 月1 日，新型冠狀病毒核酸首次在確診患者糞便中檢出，同年2 月13 日，活體新冠病毒首次在患者糞便中檢出[1]。相關研究表明，部分病毒具有較強的環境適應能力，進入污水處理系統后仍然能保持一定的感染能力，持續時間最長有幾個月[2]。活性污泥法是國內目前最常見的污水二級處理工藝之一。在使用活性污泥對污水進行生化處理過程中，由于活性污泥中有機物含量高，水體中大量的病原體會被活性污泥所吸附，富集在污泥中[3]，大大削弱了消毒單元對病毒的去除效率 [4]。有證據表明，在污泥用于園林綠化土地利用的過程中，生物固體中的病毒將被霧化，病毒會通過空氣接觸人群產生重大健康風險[5-7]。國內目前正在大力推行污泥的穩定化、無害化、資源化處理處置，但是從發布的相關標準如《城鎮污水處理廠污泥泥質》（ GB24188 —2009） [8]、《農用污泥污染物控制標準》（GB4284—2018）[9]來看，其指標仍停留在糞大腸菌群、細菌總數、寄生蟲卵等，尚未對病毒有相關限制指標。因此，本研究通過對污泥處理全流程中的病毒檢測歸趨分析，可為污泥中病毒相關指標的制定提供相關理論支持。

病毒是一種由核酸（DNA 或RNA）和蛋白質構成的非細胞型生物，根據其包膜存在情況可分為無包膜類病毒和包膜類病毒。研究表明包膜類病毒在環境中的生存能力較差，容易被降解失活[3]，在污泥處理全流程監測過程中指示能力較差，因此本次實驗選擇非包膜病毒作為研究對象。研究表明，腺病毒、諾如病毒和輪狀病毒是污水污泥中最常見的腸道病毒，具有致病劑量小，環境中存活時間長，傳播途徑多樣，全人群易感等特點[10-12]。人體攝入少量活體病毒就有產生較高的感染風險，可能出現腸胃炎、結膜炎、呼吸道疾病，這將增加人群傷殘調整生命年（DALY），加重人類的疾病負擔。Pepper 等[13] 的研究表明，腺病毒對免疫力低的患者致死率較高，病例死亡率高達50%，Tozzoli 等[14] 的研究發現，諾如病毒和腺病毒經常在表層土壤改良劑、污水、污泥中均有檢出，Crawford 等[15] 的研究表明，輪狀病毒主要通過糞口途徑傳播，在易感宿主中，只需要少量病毒顆粒即可引起疾病。由病毒引起的傳染病每年都會出現，盡管大多數不會對公共衛生造成威脅[3]，但是對于污水污泥廠的職業人員來說仍需引起重視，因為他們是最容易受到這些病毒侵害的高危人群，也是切斷病毒傳播鏈中重要的一部分。

厭氧消化是國內外目前對污泥進行穩定化處理的常見方法[16]。厭氧消化使得污泥病原生物大量削減，污泥病原微生物豐度下降呈現良好的衛生學特性[17]。國內外已有大量研究證實，污泥厭氧消化能夠有效去除污泥中常見致病細菌和病蟲卵。Carraturo 等[18] 的研究表明，污泥厭氧消化能夠在較短時間內實現傷寒沙門氏菌和大腸桿菌濃度的大量削減， 24～ 48 h 后兩種微生物均未檢出。Al-Sulaimi 等[19] 的研究發現，嗜熱厭氧消化在51 d 內對蠕蟲蟲卵的滅活效率達到了43.6%，厭氧消化是去除蠕蟲蟲卵有效預處理步驟。 Yang等[20] 的研究表明，厭氧消化降低了病原菌的相對豐度，厭氧消化結合熱水解預處理可有效減少除產氣莢膜梭菌外的大多數致病菌。然而，國內外目前對污泥厭氧消化去除病原體的研究仍停留在致病細菌和病蟲卵，對腸道病毒的研究內容較少，沒有深入探究典型腸道病毒在污泥厭氧消化工藝處理全流程中的去除效果。因此，本研究選擇安徽某厭氧消化污泥廠作為病毒檢測地點，選取諾如病毒、輪狀病毒、腺病毒這3 種污泥中的典型腸道病毒作為研究對象，探究實際流程中厭氧消化對腸道病毒的去除效率。

1 材料與方法

1.1 污泥樣本采集

污泥樣本采自安徽六安某污泥處理廠，采用工藝為離心濃縮?水解?厭氧消化?機械脫水?太陽能干化技術。該污泥處理廠處理城區內3 所污水處理廠排出的剩余污泥，污泥處理規模為140 t/d，進泥含水率80%～99.2%，污泥在厭氧消化廠區進行厭氧消化和機械脫水后，污泥通過管道運輸至太陽能干化廠進一步脫水干化處理，設計出泥含水率為70% 以下，干化后的污泥用于園林綠化、制磚等。

2023 年3—5 月期間，在前兩日無雨的晴天早上8 時30 分，于圖1 所示進料緩存池、污泥水解池、消化緩存池、帶式脫水車間、太陽能干化棚中每個單元采取500 g 污泥樣品作為原污泥、水解污泥、消化污泥、脫水污泥、干化污泥，每個單元重復采3 次作為平行樣。

如圖1 所示，原污泥、水解污泥、消化污泥樣品泥質均勻，因此直接從罐體中采集，脫水污泥采集帶式脫水機脫水后污泥；如圖2 所示，由于太陽能干化棚中的干化污泥占地面積廣，為了采集的樣品具有較好的代表性，綜合參考國內外關于污染場地采樣布點的要求[21，22]，考慮到干化棚中污泥基本均勻，采用五點采樣法制備混合樣品來分析干化場中典型腸道病毒含量，對干化棚進行對角劃分，采取5 個點樣品，在中心點和離出口33.36 m 與對角線交界處的4 個點設置采樣點，每個點100 g，混勻合成500 g 后裝入無菌聚乙烯瓶運至實驗室檢測，該步驟重復3 次作為3 組平行樣進行質量控制，從圖3 檢測結果可得，當月的3 組平行樣檢測結果誤差較小，結果較為可靠。3，4，5 月檢測結果顯示干化污泥中諾如病毒的含量基本不變，保持在104 copies/g DW 左右，腺病毒和輪狀病毒含量在4 月有一個數量級的增長，5 月與4 月含量持平基本不變。

1.2 污泥樣本保存

現場采集的泥樣使用無菌聚乙烯瓶分裝保存在4 ℃ 冰盒中，1 h 內送至當地污水處理廠實驗室進行病毒洗脫濃縮預處理，將濃縮的病毒顆粒沉淀溶解在核酸保存液中后，使用泡沫箱加上10 kg干冰的保溫方式將病毒濃縮液快遞至合肥麟美檢測公司進行實時熒光定量PCR 檢測，運送途中干冰損耗有限，樣品始終低溫保存，多余樣品存放在?80 ℃ 冰箱中。

1.3 污泥樣本處理

1.3.1 實驗室測試環境

預處理實驗室位于當地污水處理廠水質處理檢測實驗室，實驗室具備CMA 檢測認證，實驗室桌面使用75% 酒精噴灑擦拭消毒，玻璃棒燒杯等玻璃儀器使用高壓蒸汽滅菌鍋消毒，實驗過程中樣品置于4 ℃ 冰盒中防止由于高溫引起的核酸斷裂消解損耗，使用磁力攪拌機和4 ℃ 水浴震蕩機進行機械洗脫、使用4 ℃ 冷凍離心機進行離心濃縮，具備對污泥樣品中病毒洗脫和濃縮的測試條件。病毒提取和實時熒光定量PCR 檢測由合肥麟美檢測公司負責。實驗室屬于清潔級實驗室，采用YEASEN 公司的Hifair II 1st Strand cDNASynthesis Kit 反轉錄試劑盒進行反轉錄，使用羅氏公司的LightCycler480 進行熒光定量檢測，實驗室具備病毒qPCR 測試條件，所有的槍頭和耗材都采用高壓蒸汽滅菌法消毒，實驗室桌面設備使用75% 酒精消毒，樣本使用核酸保存液存放于?80 ℃冰箱。實驗室環境空氣中可能存在環境中常見的核酸酶，會略微降低實驗樣本中病毒含量，但是環境空氣中酶含量較低，并且核酸保存液可以降低空氣中酶對樣本病毒的分解，因此空氣中酶對病毒檢測的干擾有限。

1.3.2 污泥中病毒的洗脫

污泥病毒的洗脫方法采用甘氨酸洗脫法。對于原污泥、水解污泥、消化污泥這3 種含水率較高呈現流態狀的污泥，先使用離心機在12 000g下離心1 min，分別得到50 g 固態污泥，脫水污泥和干化污泥均取50 g。使用150 mL 甘氨酸緩沖溶液（pH 9.5）以3∶1 的比例稀釋50 g 污泥樣品，以分離與有機物結合的病毒粒子。隨后用磁力攪拌機攪拌30 min，攪拌后的樣品用水浴震蕩機在4 ℃以250 r/min 震蕩10 min，在機械力的作用下洗脫附著在污泥固體顆粒上的病毒。用離心機在4 ℃，8 000g 工況下離心15 min 澄清樣品。將上清液倒入燒杯中，棄去沉淀，使用0.45 μm 孔徑的聚醚砜膜過濾上清液，過濾以去除細菌、腐殖質和真核細胞。通過緩慢加入1 mol/L HCl， 將上清液的pH 值調節至7.0，構成病毒提取物。

1.3.3 污泥中病毒的濃縮

目前，國內外病毒濃縮方法有聚乙二醇沉淀法、超速離心法、過濾法、鋁鹽沉淀法。本次實驗選用聚乙二醇沉淀法，因為此法相比其他方法更加成熟，適用的病毒廣，成本低，操作簡易。根據污泥洗脫上清液的體積，定量加入PEG8000和氯化鈉，形成PEG8000 含量為10% 和氯化鈉含量為2.3% 的洗脫混合液體系，將此洗脫混合液放置在4 ℃ 的水浴震蕩器中以150 r/min 震蕩2 h，隨后放入4 ℃ 冰箱過夜孵育，適宜的鹽濃度條件下，病毒顆粒會與聚乙二醇形成多聚體。隨后使用離心機以13 000g 離心90 min，將水溶液與病毒顆粒多聚體分開，使用移液槍吸取1 mL 核酸保存液，反復吹吸附著在離心管壁的病毒顆粒多聚體，瞬時離心，使所有液體聚集在管底，收集病毒顆粒多聚體形成的沉淀，用于后續核酸提取和實時熒光定量PCR 檢測。

1.3.4 污泥中病毒的熒光定量PCR 檢測

a. 病毒基因組基因合成

基因合成產物為本次實驗標準品。合成產物約5 μg，根據濃度與拷貝數換算公式，按照比例稀釋成9 組梯度，使用CurveExpert1.4 對數據進行擬合，用于標準曲線構建。

b. 引物設計

通過NCBI 查找諾如病毒（Norovirus GII）、腺病毒（Adenovirus 7）、輪狀病毒（Rotavirus）序列信息，并設計引物，如表1 所示。

c. DNA/RNA 提取

提取工作由合肥麟美生物科技有限公司負責， 2 種RNA 病毒（ 諾如病毒NV、輪狀病毒HRV）使用Trizol 法提取，1 種DNA 病毒（腺病毒HAV）使用吸附柱法（試劑盒）提取。

d. 反轉錄

采用YEASEN 公司的Hifair II 1st Strand cDNASynthesis Kit 反轉錄試劑盒進行反轉錄，合成cDNA第一鏈，詳細操作步驟參照試劑盒說明書進行。

e. qPCR 檢測

采用羅氏公司的LightCycler480 進行熒光定量檢測，擴增體系和擴增程序設置分別如表2 和表3所示。其中，SYBR Green qPCR Mix 是一種用于實時定量 PCR （qPCR） 實驗的預混試劑，它可以允許研究人員通過檢測熒光信號的強度來實時監控PCR 擴增過程。

1.4 污泥樣本分析

由圖4 可以看出，污泥濃縮、水解、厭氧消化工藝單元均提高了進料污泥的 pH 值。進料污泥的 pH 值平均在6.55，厭氧消化后污泥pH 值提高至平均7.21，而最終處理產物干化污泥的 pH 值平均為 6.54。污泥進泥溫度在20.1 ℃ 左右，進入水解池后在熱水管加熱作用下污泥溫度升高至38 ℃左右，進入厭氧消化罐后污泥溫度穩定在39.7 ℃左右，帶式脫水后污泥溫度降至22.4 ℃，最終在太陽能干化作用下，3—5 月的污泥溫度可上升至27.1 ℃ 左右。濃縮、水解和厭氧消化普遍可提高污泥電導率，而處理后的污泥在機械脫水和太陽能干化作用下電導率下降。厭氧消化可降低污泥TS 和有機質含量，這是由于厭氧消化可在厭氧條件下，通過細胞的內源代謝作用將污泥有機質轉化為甲烷，進而實現污泥減量。

從圖3 檢測結果來看，3 種病毒在當月3 組平行樣之間檢測結果誤差較小，檢測結果較為準確。對比3—5 月的數據，發現諾如病毒在每個處理單元的含量變化不大，基本在一個數量級內。腺病毒的含量呈現略微上升的趨勢，4 月每個單元有一個數量級的增長，5 月含量與4 月持平。輪狀病毒變化趨勢并不明顯，整體變化較小，僅3 月和4 月在干化單元有一個數量級的增長。

2 結果與討論

2.1 污泥中典型腸道病毒的去除

經過長達3 個月的污泥廠區中原污泥、水解污泥、消化污泥、脫水污泥、干化污泥的典型腸道病毒檢測，如圖5（d）所示，研究發現污泥進泥中腺病毒含量最高，達到了2.13×106 copies/g DW，其次是諾如病毒含量為1.16×106 copies/g DW，含量最少的是輪狀病毒，其含量為4.91×105 copies/g DW。通過對比進泥和出泥中病毒濃度水平，觀察到該污泥廠離心濃縮?水解?厭氧消化?機械脫水?太陽能干化技術流程對3 種典型腸道病毒的去除效果由高到低為諾如病毒，輪狀病毒，腺病毒，其對數去除率分別為1.88，1.79，1.61 lg。腺病毒為線性雙鏈DNA 病毒，輪狀病毒為雙鏈RNA 病毒，而諾如病毒為單股正鏈RNA 病毒。有研究表明人類DNA 病毒在污泥中具有較長的保持能力，受損的腺病毒基因組可以通過宿主細胞的脫氧核糖核酸修復機制進行修復[23]，具有DNA（ ssDNA和dsDNA）和dsRNA 的病毒比ssRNA 病毒具有更高的環境抗性[24]，這與我們觀察到的腺病毒相對于諾如病毒和輪狀病毒兩種RNA 病毒在污泥處理全流程中賦存濃度較高，未來可以考慮將腺病毒作為污泥指示病毒。

通過對污泥處理各環節中腺病毒、諾如病毒、輪狀病毒的含量變化和對數去除率數據分析。從圖5（a）～（c）中可以看到，諾如病毒和輪狀病毒的去除趨勢相對一致，兩者均在污泥厭氧消化和太陽能干化單元有較高的去除效率，各個處理單元對諾如病毒的去除效率由高到低為厭氧消化，太陽能干化，離心濃縮水解，帶式脫水，其對數去除率分別為0.68，0.45，0.42，0.33 lg；各個處理單元對輪狀病毒的去除效率由高到低為太陽能干化，厭氧消化，離心濃縮水解，帶式脫水，其對數去除率分別為0.73，0.52，0.28，0.26 lg；各個處理單元對腺病毒的去除效率由高到低為厭氧消化，離心濃縮水解，帶式脫水，太陽能干化，其對數去除率分別為0.61，0.50，0.29，0.21 lg。腺病毒作為DNA 病毒，其理化性質穩定具有較高的環境抗性，在復雜環境中能夠保持病毒核酸結構完整[25]，這與我們觀察到的腺病毒在污泥處理的各個階段與諾如病毒和輪狀病毒相比較檢出濃度較高，腺病毒在太陽能干化棚中低溫干化作用下病毒含量削減效果沒有諾如病毒和輪狀病毒顯著的現象相符。

2.2 各處理單元去除貢獻率

對各處理階段典型腸道病毒去除量分析，通常去除量分析采用去除貢獻率表示，去除貢獻率由目標處理單元病毒去除量與病毒總去除量的比值得出。

如表4 所示， 污泥濃縮水解單元對諾如病毒、腺病毒和輪狀病毒3 種典型腸道病毒的去除貢獻率最高，分別達到了62.78%，70.37%，48.37%。在污泥處理流程中，對諾如病毒和腺病毒去除貢獻率由高到低的單元依次為污泥濃縮水解單元，厭氧消化單元，機械脫水單元，太陽能干化單元，各處理單元對輪狀病毒去除貢獻率由高到低依次為污泥濃縮水解單元，厭氧消化單元，太陽能干化單元，機械脫水單元。濃縮水解單元和厭氧消化單元對典型腸道病毒的總去除貢獻率占比達到了85%～95%，污泥中病毒在污泥加藥濃縮，熱水解高溫和厭氧消化體系中微生物等復雜的作用下得到有效去除，污泥濃縮水解和厭氧消化單元為該污泥處理流程中去除病毒的主要單元。

2.3 污泥處理過程中腸道病毒歸趨

污泥進泥中3 種典型腸道病毒的含量水平達到了105～106 copies/g DW，賦存大量腸道病毒的原污泥在進入厭氧消化罐前首先要進行污泥加藥濃縮和熱水解預處理，通過濃縮和熱水解使污泥含水率和溫度達到消化條件才能通入厭氧消化罐體。污泥進泥含水率在99.2% 左右，在污泥緩存池內使用3 臺濃縮進泥泵（2 用1 備）運輸至4 臺濃縮機內，離心濃縮機處理能力為360～600 kgDS/h。污泥濃縮前首先經過加藥處理，從圖4 中可以看到，污泥濃縮水解和厭氧消化可以提高污泥電導率，而處理后的污泥經過離心脫水和太陽能干化會導致污泥電導率下降。加入的藥劑是濃度為0.2% 的聚丙烯酰胺（PAM），污泥和PAM 混合后會發生絮凝反應，泥水得到初步分離。病毒粒子會從污泥液相進一步的吸附到泥相中，加藥后的污泥進入污泥濃縮離心機，在離心力的作用下，污泥中的含水量減少，達到濃縮的效果，液相中的病毒隨離心機的脫水得到去除。污泥濃縮的病毒去除機理主要是與含水量有關，有研究表明環境濕度會影響病毒存活，濕度每降低10%，病毒可檢出量便會減少80%[26]。通過污泥濃縮后，污泥含水率由99.2% 降低到89.9%，病毒隨著污泥含水率降低而得到部分去除。濃縮后污泥進入水解池，該污泥廠設置兩座水解池，池體內部配置熱水盤管，池體配置功率為 11 kW 的頂部攪拌機，兩座水解池間歇運行，濃縮后的污泥在水解池內暫存，水解池中采用65 ℃ 的熱水管將污泥加熱至38 ℃ 左右，熱水解池中的污泥絮體在高溫高壓下會發生解體，污泥中的病菌、蟲卵大量削減，細胞逐漸破碎，隨著宿主細胞的死亡，腸道病毒難以在此環境中保持活性，大量病毒粒子被分解，污泥逐漸變成了流動性好、性質穩定、容易降解且傳染風險低的有機質基質。污泥加藥濃縮和熱水解單元去除了污泥中諾如病毒總量的62%，腺病毒總量的68.7%，輪狀病毒總量的47.6%，污泥濃縮和水解是該污泥處理流程中腸道病毒總量去除量最大的單元。水解池對病毒的去除機理主要是高溫，有研究表明，高溫會導致病毒的衣殼蛋白變性或被外界胞外蛋白酶分解，病毒存活率和存活時間降低[27]。

熱水解將污泥加熱至約 38 ℃ 后通過厭氧進泥泵輸送至厭氧消化罐，污泥廠設置3 座厭氧消化罐。單座罐體的直徑17 m，高度16 m，運行液位約 12 m，單座罐體有效容積為 2 700 m3，罐體總容積為 8 100 m3，系統進料設計濃度為 10%，設計停留時間約 29 d；厭氧消化罐采用內置式沼氣儲囊，單座儲囊儲存容積約為 700 m3。每座厭氧消化罐均采用兩臺 22 kW 的側壁式攪拌機進行攪拌，罐內設置熱盤管，可通入熱水對厭氧消化罐補充熱量。從圖4 中可以看到，厭氧消化可以使污泥有機質含量從水解污泥的49% 降低至45%，這是由于在無氧的條件下，由兼性厭氧細菌及專性厭氧細菌降解轉化有機物，其最終產物為二氧化碳和甲烷氣，從而使污泥達到減量化、穩定化。厭氧消化體系中的厭氧消化罐體與進泥緩存池和消化緩存池均使用管道直接密閉相連，無暴露點位，避免了病原微生物在整個生產過程的擴散。從圖6 可以看到，污泥厭氧消化去除了污泥中諾如病毒總量的30.1%，腺病毒總量的23.6%，輪狀病毒總量的36.7%。厭氧消化過程中污泥含水率基本不變，維持在88.6% 左右。因此，含水率在此階段對病毒去除效率的提升影響微弱，污泥厭氧消化對腸道病毒的去除機理主要與溫度、pH 值、游離氨和微生物有關。溫度的影響：隨著溫度上升，病毒的蛋白質會變性，酶類的活性消失， 進而導致病毒的存活時間和存活率降低。pH 值的影響：厭氧消化有產氫、產酸、產甲烷3 個階段，pH 值會在5～7.5 之間波動，會導致部分病毒的蛋白質衣殼和核酸造成破壞，厭氧消化產生揮發性脂肪酸（VFAs）和非荷電氨，會對病毒或宿主細胞的正常生理功能產生毒性等不利影響。游離氨的影響：有研究表明，厭氧消化污泥中脊髓灰質炎病毒會在污泥游離氨的作用下發生不可逆轉的滅活[28]；Magri 等[29] 研究發現，腺病毒和輪狀病毒對游離氨的抗性低于噬菌體。微生物的影響：有研究表明污泥微生物數量會影響病毒在污泥中的存活率，一些細菌和真菌能夠使用病毒衣殼蛋白作為底物生長，從而導致病毒的滅活[30]，厭氧消化過程中大腸桿菌噬菌體MS2 會在微生物產生的蛋白酶作用下失活，這是污泥中腸道病毒削減的重要因素之一[31]。

厭氧消化后的消化污泥進入到離心脫水機+帶式脫水機進行脫水處理。從圖6 中可以看到，污泥脫水去除諾如病毒總量的4.3%、腺病毒總量的3.8%、輪狀病毒總量的7%。該污泥處理廠使用離心脫水機加帶式脫水機構成機械脫水系統。離心脫水車間共有4 臺離心脫水機，2 臺韋斯伐里亞的離心機目前閑置停運，1 臺貝亞雷斯的離心機處理流量為 8 m3 /h，1 臺浙江三聯的離心機處理流量為12 m3 /h，離心脫水后污泥含水率降至80% 左右。帶式脫水機房設置4 臺高壓帶式脫水機，對含水率80% 污泥的處理能力為2.5～3.5 t/h，設計處理后污泥含水率在70% 左右。污泥脫水的病毒去除機理與含水率有關，檢測結果顯示機械脫水后污泥含水率由88.6% 降低到77.3%。由于病毒缺乏細胞器，無法獨立生長，只能依靠活的宿主細胞才能完成自身蛋白質衣殼和核酸的復制，而宿主細胞的存活需要水，因此污泥含水率降低會導致污泥中病毒含量的減少。

脫水后污泥通過卡車運輸，使用鏟車將污泥平鋪到太陽能干化棚，污泥廠共有6 條太陽能干化生產線，通過布料收料一體機的布料和翻拋，在日曬、風吹等自然條件下，形成一個高溫干燥的區域使污泥溫度保持在冬季27 ℃，夏季38 ℃左右，通過20 d 左右的干化處理，當污泥含水率降至40% 即可運出污泥處理廠。從圖6 中可以看到， 太陽能干化去除污泥中諾如病毒總量的2.4%、腺病毒總量的1.5%、輪狀病毒總量的7.1%。太陽能干化屬于低溫熱干化，分析數據可得其去除諾如病毒和輪狀病毒的效率比腺病毒高，太陽能干化單元影響病毒去除效果的主要因素是溫度和污泥含水率，然而腺病毒由于其對環境抗性高，太陽能干化對其去除效率不及諾如和輪狀病毒，其對數去除率為0.21 lg。研究表明，腺病毒本身對紫外線和消毒劑的耐受能力更強，其機理目前可分為兩種，一是根據 Schwarzenberger 和 Scheid的研究， 腺病毒進入水中后會被 Acanthamoeba（棘阿米巴屬變形蟲） 吸附，腺病毒雖不能在其體內繁殖，但能保持感染活性并減少各類消毒措施對腺病毒的殺滅效果[32]，并且 Mattana 等[33] 的研究表明原生動物對不同病毒的吸附能力不同，兩者之間存在一定的選擇性。二是因腺病毒為雙鏈DNA 結構，其在污泥中的穩定性要高于另兩種RNA 病毒。

最終出泥中僅有諾如病毒總量的1.3%、腺病毒總量的2.4%、輪狀病毒總量的1.6%，殘留在干化污泥中，但是由于病毒總量較大，其平均含量分別達到了1.52×103，5.17×104，7.92×103 copies/g DW。國內外目前沒有對污泥中腸道病毒的含量做限制指標，但據國外文獻統計，美國b 類污泥中檢出的腺病毒含量在3.7 × 100～4.3 × 102 copies/g DW，諾如病毒的含量在1.0 × 103～3.0 × 103 copies/g DW[34]，六安污泥中腸道病毒含量處在美國b 類污泥中的中高水平，殘留的諾如病毒、腺病毒、輪狀病毒的含量進入環境后仍有較高風險。

3 結 論

在污泥厭氧消化和太陽能干化系統中，3 種典型腸道病毒的去除效率由高到低為諾如病毒，輪狀病毒， 腺病毒， 其對數去除率分別為1.88，1.79，1.61 lg。腺病毒作為DNA 病毒，其自身分子結構穩定，環境抗性強，相比其他兩種RNA 病毒在該污泥處理系統中賦存含量較高，去除效果較差。

污泥厭氧消化單元和太陽能干化單元是該污泥廠去除典型腸道病毒的主要單元，其中厭氧消化單元對諾如病毒和腺病毒去除效率最高，其對數去除率分別達到了0.68 lg 和0.61 lg，太陽能干化單元對輪狀病毒去除效率最高，其對數去除率達到了0.73 lg。

通過對3 種典型腸道病毒歸趨分析可得，該污泥處理流程對諾如病毒、腺病毒、輪狀病毒總量的去除分別達到98.7%，97.6%，98.4%，但由于進泥中病毒總量較高，最終出泥中典型腸道病毒平均濃度仍有103～ 104 copies/g DW， 處在美國b 類污泥中腸道病毒含量的中高水平，其進入土壤環境后對人體仍有致病風險。

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（編輯：黃娟）

基金項目：國家重點研發計劃（2020YFC1908702）；國家自然科學基金重點資助項目（52192684）