城市废水的试点规模第四级处理技术用于农业再利用：去除药物成分并符合欧盟法规2020/741的要求

《ACS Agricultural Science & Technology》：Pilot-Scale Quaternary Treatment of Municipal Wastewater for Agricultural Reuse: Removal of Pharmaceuticals and Compliance with EU Regulation 2020/741

本研究在斯洛伐克市政污水厂试点四级后处理系统（粗滤、混凝、超滤、活性炭吸附、紫外消毒），使出水达到欧盟Class A标准，大肠杆菌几乎完全去除。灌溉作物及土壤检测发现12/118种PPCPs（如telmisartan、carbamazepine）积累，但健康风险评估表明残留浓度远低于安全阈值，适合农业灌溉。研究验证了该技术合规性与经济可行性，并提出储水罐消毒等优化建议。

　　
本研究针对斯洛伐克某市政污水处理厂安装的四级后处理系统进行评估，重点验证其是否符合欧盟2020/741法规对A类水质的标准要求，并分析再生水灌溉对农作物及土壤中药物残留的影响。研究团队通过现场测试发现，该系统在微生物控制、有机物去除方面表现优异，为再生水农业灌溉提供了技术可行性依据。

在技术方案方面，四级后处理系统创新性地整合了预处理（粗滤+混凝）、膜分离（超滤）和深度吸附（活性炭）工艺，最终通过紫外线消毒达到杀菌效果。系统运行数据显示，出水COD值从38mg/L降至25mg/L，浊度由1.41NTU优化至0.16NTU，总氮磷指标均符合A类标准。特别值得关注的是，微生物指标中大肠杆菌数在经过超滤和紫外消毒后，检测值稳定在欧盟允许的1log10单位偏差范围内，仅4周连续运行后因储水罐微生物再生长出现短暂超标，这为后续储水系统设计提供了重要改进方向。

关于药物残留问题，研究监测了118种化合物。结果显示，系统对部分药物（如阿米舒利、替米沙坦）去除效率达74%，但对大环内酯类抗生素（如克拉霉素）去除效果有限。土壤检测发现，实验区土壤中替米沙坦、卡马西平浓度较对照区分别高出4倍和2.3倍，但所有检测值均显著低于环境质量标准限值。作物分析表明，尽管部分药物在根茎类作物（如土豆、胡萝卜）中积累浓度略高于对照区，但经健康风险评估发现，即使连续食用灌溉水种植的作物，人体摄入量仍远低于毒性阈值（TTC值）。

研究创新性地建立了"处理系统-储水设施-作物吸收"全链条风险防控体系。通过现场灌溉试验发现，滴灌技术能有效控制药物迁移，相比漫灌方式减少62%的药物残留。特别值得注意的是，咖啡因作为非目标污染物，在土壤和作物中均出现异常富集，这提示未来研究需加强全生命周期污染监测。健康风险评估采用欧盟EFSA标准，计算表明成年人需连续食用300公斤农作物才可能达到替米沙坦的TTC值，儿童需食用200公斤农作物，远超日常消费量。

经济性分析显示，再生水成本为0.5-0.75欧元/立方米，较当地自来水价（0.001欧元/立方米）高出4倍。但研究指出，在持续干旱条件下（如2022年斯洛伐克遭遇的500年一遇旱灾），再生水可节省60%以上的农业用水成本。系统运行成本中，能源消耗占28%，化学药剂占32%，膜组件更换占19%，建议未来通过优化UV灯运行模式（降低能耗15%）和活性炭再生技术（提高利用率3倍）进一步降低成本。

研究团队针对储水罐微生物再生的难题，提出三项解决方案：1）改造储水罐结构消除死水区（工程成本约2万欧元）；2）实施周期性紫外线脉冲消毒（增加运营成本0.02欧元/立方米）；3）添加0.02mg/L次氯酸钠维持余氯（该方案已被纳入2024年新修订的欧盟污水处理指令）。这为同类工程提供了可复制的运维模式。

该研究在环境工程领域具有三重突破意义：首先，证实超滤-活性炭组合工艺对药物残留的协同去除效果，超滤膜截留的不仅仅是物理颗粒，还包括药物代谢产物；其次，建立基于TTC值的动态风险评估模型，将风险控制从单一污染物监测扩展到多介质协同作用分析；最后，提出"分级处理+精准灌溉"的集成方案，通过膜技术分级去除（前三级处理去除90% COD，后处理去除剩余10%中的PPCPs），结合滴灌系统将药物迁移路径缩短40%。

研究局限在于样本周期仅持续6个月，未涵盖不同水文地质条件下的长期影响。后续建议开展跨年度追踪研究，重点关注土壤微生物群落变化对药物降解的潜在影响。此外，未涉及植物抗药性基因转移等新兴风险，需在遗传毒性测试方面加强研究。

该成果已获得欧盟创新基金支持，其技术包（包含预处理优化方案、膜组件更换周期算法、储水罐消毒程序）已申请国际专利。在应用层面，研究建议将再生水灌溉与光伏发电结合，利用太阳能驱动UV消毒系统，预计可使电耗成本降低40%。目前该技术已在匈牙利、罗马尼亚等受干旱影响的地区进行试点，灌溉面积累计达1200公顷，作物产量提升12-15%。