高级氧化工艺对再生水微生物安全性的影响机制及优化策略研究

本研究针对再生水微生物安全性的关键问题，系统评估了臭氧-活性炭吸附-紫外-氯消毒多级AOPs工艺对大肠杆菌(E. coli)的去除效能。通过芬兰两个污水处理厂(FI1/FI2)全年动态监测，发现温度波动显著影响处理效率，组合工艺可实现4.16 log的E. coli去除率，最终出水满足欧盟2020/741法规A类标准。该研究为寒冷地区再生水安全回用提供了关键技术支撑。

　　

随着全球水资源短缺加剧，再生水回用成为解决供需矛盾的关键策略。然而，微生物风险始终是制约再生水大规模应用的核心瓶颈。在芬兰这样的高纬度国家，极端气温波动更使传统消毒工艺面临严峻挑战——冬季低温会显著抑制生物处理效率，而夏季温度升高又可能导致病原微生物爆发性增殖。欧盟2020/741法规虽然对再生水微生物指标提出严格要求，但现有单一消毒技术难以实现全年稳定达标。针对这一国际性难题，波兰华沙理工大学的Klara Ramm和Monika Wojciechowska团队在《Desalination and Water Treatment》发表重要研究成果，通过创新性设计多级高级氧化工艺(AOPs)系统，为寒冷地区再生水安全回用提供了关键技术方案。

研究团队采用模块化技术路线：首先构建包含臭氧氧化(OZ)、活性炭吸附(AF)、紫外线消毒(UV)和氯化(CL)的四级处理系统；选取芬兰两个典型污水处理厂(FI1/FI2)的出水作为原水，其中FI1含30%地表径流且无深度过滤，FI2则配备砂滤工艺；通过全年周期采样(包括-20°C极寒条件)，采用ISO标准方法检测E. coli等指标；运用对数去除率(log reduction)量化不同工艺段的消毒效能，并与欧盟/ISO标准进行对比验证。

3.1 Escherichia coli

研究发现FI1进水E. coli最高达415,000 CFU/100ml，经OZ-AF-UV-CL四级处理后实现100%去除。温度显著影响初级消毒效率：冬季(<-7°C)臭氧仅能实现1.05-2.77 log去除，而夏季(>20°C)可达3.33-4.16 log。值得注意的是，活性炭吸附在低温下仍保持0.52-2.45 log的稳定去除率，证明其抗温度波动的优势。

3.2 理化特性

总悬浮固体(TSS)与消毒效率呈强相关性：未配置砂滤的FI1进水TSS达200mg/L，经AF后才满足UV处理要求(<1NTU)；而预过滤的FI2进水TSS仅10.9mg/L，直接UV即可达标。研究同时发现活性炭会暂时提高pH(9.88)，需通过预冲洗解决。

3.3 气象条件

温度剧烈波动(-20°C至25°C)导致FI1工艺稳定性显著下降：5月水温骤升时COD、BOD₅分别激增至170mg/L和39mg/L，但积雪融化使实际水温滞后于气温变化，揭示出气候过渡期是风险管控关键窗口。

这项研究开创性地证实：在极端气候条件下，臭氧氧化联合活性炭吸附能有效克服温度对消毒效率的抑制，而紫外-氯化作为终端屏障可确保最终出水E. coli<10 CFU/100ml。其科学价值在于揭示了TSS-turbidity-disinfection的级联效应机制，实践意义则是为《欧盟城市污水处理指令》修订提供了寒冷地区工艺选型依据。研究团队特别指出，未来需重点监测消毒副产物(DBPs)的形成规律，这对再生水农业回用的长期生态安全评估至关重要。