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自然系统对于污水中细菌及寄生物的去除效率
Roberto Reinosoa,*, Linda Alexandra Torresa , Eloy Beacute;caresb】
aEnvironmental Research Institute, University of Leoacute;n, La Serna 58, 24007 Leoacute;n, Spain
bDepartment of Biodiversity and Environmental Management, Faculty of Biological and Environmental Sciences, University of Leoacute;n,
24071 Leoacute;n, Spain
文章相关信息 摘要
一项结合了兼性塘（FP）、表面流湿地（SF）和潜流湿地（SSF）的人工湿地的研究从2004年12月至次年9月在西班牙西北部开展，其目的是评估该人工湿地对致病性和指示微生物的去除效率，并确定他们之间的关系。微生物去除率变化幅度根据所用处理系统的不同可以从78%的大肠杆菌噬菌体到超过99%的寄生虫虫卵之间。出现在稳定塘的指示细菌的最高去除率（总大肠菌群，大肠埃希氏菌，粪便链球菌，产气荚膜梭菌）分别为84%，96%，89%，78%。然而，在SSF湿地发现的原生动物病原体（隐孢子虫和贾第鞭毛虫）和大肠杆菌噬菌体的最大去除率分别是98%，97%，94%。相比之下，当考虑表面去除率时，SF湿地的病原体去除率最高。季节性差异对于微生物去除在研究阶段不具有统计学意义。一阶去除率常数根据微生物及湿地类型，其变化幅度为0.0027-0.71m/d。在处理系统的进水中，致病性寄生虫和肠道病毒指示物有着显著的相关关系，但是不存在于其他采样点，这表明上述关系的变化是由微生物在不同系统的存活率差异而产生的。
copy; 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.
Article history:
Received 13 October 2007
Received in revised form
5 February 2008
Accepted 24 February 2008
关键词：
自然系统
污水处理方
病原体
肠道病毒指示物
寄生虫
人工湿地
污水再利用
1. 引言
在最近几年里，天然的污水处理系统作为传统系统的替代形式以其低能耗和低维修成本已被广泛应用在小型社区的卫生设施体系当中(Mara et al., 1992; Brix, 1994; Vymazal, 2002; Beacute;cares, 2006;Puigagut et al., 2007)。过去的研究者们往往把注意力放在这些系统降低微生物的能力上，尤其是对于指示微生物，例如细菌中的大肠菌群（总大肠菌群和粪大肠菌群）以及细菌中的粪链球菌（如Garciacute;a and Beacute;cares, 1997; Perkins and Hunter, 2000; Hench et al., 2003)。替代的肠道病毒指示物（体内大肠杆菌噬菌体、厌氧性产气荚膜梭状芽孢杆菌）和致病微生物，即原生动物和寄生虫也被纳入，以便提供更多有关自然系统污水处理的消毒能力的信息(Grimason et al., 1996; Karpiscak et al., 2001; Stott et al., 2003)。在温度、理化特性、光照等条件相同的条件下，孢子囊十分耐环境压力，比起传统的指示细菌可以在污水中存活多达数数周(Fayer et al.,1998; Araki et al., 2001; Karim et al., 2004).
*通讯作者：Environmental Research Institute, University of Leoacute;n, La Serna 58, Leoacute;n 24007, Spain. Tel.: 34 987 238001; fax: 34
987 291563.
E-mail address: rreit@unileon.es (R. Reinoso).
0048-9697/$ – see front matter copy; 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.
doi:10.1016/j.scitotenv.2008.02.03
这些观点与之前的地表水和淡水沉积物的观点(Davies et al., 1995; Medema et al.,
1997)是一致的。然而，在这一调查领域的主要限制因素之一，相比在自然污水处理系统中指示细菌和致病性微生物的去除率的研究，上述调查的研究很缺乏。本项研究的目的是评估一种组合性人工湿地（兼性塘、表面流湿地、潜流湿地）在去除总大肠菌群、大肠埃希氏菌、粪链球菌、产气荚膜梭菌、体内大肠杆菌噬菌体、肠道蠕虫虫卵、以及原生动物寄生虫（隐孢子虫和贾地鞭毛虫）（ii），以研究肠道病毒指示物和致病性寄生虫在系统的不同水生环境，并确定他们的去除机制。
- 资料和方法
2.1 选址说明
这项研究在一个位于莱昂省（西班牙西北部）库比利亚斯德罗索特罗斯的有150位居民的小村庄的污水处理厂。其污水处理系统每天连续不断接纳未经处理过的生活污废水，流速为20.04msup3;day-1，有机负荷为1.17gBODm-2day-1。该系统包括一个面积为1073㎡、深1.6m，水力停留时间（HRT）为75.9天,进水有机负荷为1.86gBODm-2day-1
,后面接种有宽叶香蒲的表面流湿地（
44㎡，级配为6-8mm的层厚30cm的砾石，水深40cm，水力停留时间为1.2天，进水有机负荷为19.1gBODm-2day-1），之后是种植有沙柳的潜流湿地（585㎡，级配6-8mm的层厚55cm的砾石，水力停留时间为5.7天，进水有机负荷为2.14gBODm-2day-1）。
2.2 样品采集
从2004年12月到次年9月在处理系统的不同阶段每月都有污水样本被取出，存在无菌塑料容器中。（其中10L用来研究致病性寄生虫，1L是研究细菌和大肠杆菌的噬菌体的），之后运送到实验室进行分析。所有的污水样本在用于微生物分析之前都将进行冷冻保存，该操作要保证在取样数小时之内完成。
2.3 微生物分析
根据污水处理检测（APHA,1998）通过膜过滤的方法可将总大肠菌群、大肠埃希氏菌、粪链球菌检测出来,采用的膜过滤器 (Millipore Corp.,Berdford, MA)其孔径为
0.45mu;m，并采用选择培养基，肠球菌培养基（大肠埃希氏菌和总大肠菌群）以及KF链球菌琼脂（粪链球菌）。C.产气荚膜梭菌用亚硫酸铁琼脂（Angelotti et al., 1962）稀释后可以在试管中被测试出来。体内大肠杆菌噬菌体可以通过双层琼脂法，利用大肠埃希氏菌，菌株编号ATCC 13706，正如Adams（1959）所描述。所有的细菌培养基从Merck（达姆施塔特, 德国）处获得。隐孢子虫卵囊和贾地鞭毛虫囊肿可在钙碳酸盐絮凝过程中（Vesey et al., 1993）。对卵囊/囊肿需要用特定的荧光单克隆抗体（Aqua-Glo G/C Direct,Waterborne, Inc.,New Orleans, La.）进行可视化染色,使用放大倍数为200times;和400times;的荧光显微镜（奥林巴斯BX 60 F5配以干涉光自动成像，其中蓝色滤光镜480nm激发滤光片，520nm发射率光片）检测异硫氰酸荧光素单克隆抗体标记的卵囊；紫外滤光片（350nm激发滤光片，450nm发射滤光片）检测细胞核染料DAPI。对于这些采收率的研究,污水样本（10L）过去都被认定为是有害的，因为隐孢子虫是由1times;104纯化隐孢子虫卵囊（Iowa Strain Lot#
60710, Sterling Parasitol. Lab., Tucson, Arizona）中选出。对废水的浓缩和进一步鉴定其中的肠道寄生虫虫卵是应用改良了的Bailenger法应用于废水处理 (Bouhoum and Schwartzbrod,1989)。每升废水中卵的数量随后可由麦克马斯特技术确定。所有的微生物都一式三份进行分析。
表1— —进水和最终出水平均微生物密度 （在日志 10 单位为细菌和体内大肠杆菌噬菌） 和在每个阶段的联合人工湿地的去效率 （%）
表2— — (方差分析、 Tukey-HS事后检验，p lt; 0.05) 在不同的湿地微生物的去除效果之间的显著差异
2.4 数据分析
采用STATISTICA 6.0 软件(StatSoft, Inc., 2001)来进行统计分析，一种方差分析方法（ANOVA）被用来检查在去除微生物中考虑到的各因子（湿地和季节变化的类型）的影响。方差分析的假设预先检查过，在必要时对数据进行对数变换（log10 X 1）。随后的成对比较采用Tukey HSD事后检验（HSD， 显著差异）。生物去除动力学常数用下列方程来估算：lnC0/C1=k1/HLR (Garciacute;a et al., 2004)，其中C0和C1的进水和出水有机物浓度、K1是一级动力学常数，HLR是水力负荷率。
- 结果
3.1 人工湿地系统对微生物的去除
表1中总结了在进水和最终出水的平均微生物浓度和湿地中的平均去除率。除了大肠杆菌噬菌体，进水中所有微生物的平均浓度明显高于（1–3量级）最终出水。系统中的整体去除率范围从大肠杆菌噬菌体的78.39%到蠕虫的大于99.99%。SSF湿地对原生动物病原体（隐孢子虫和贾第虫）和大肠杆菌噬菌体达到最高去除率，去除率分别为98.8%，97.6%和94.8%。相比之下，对指示菌最高的去除效率出现于兼性塘中（78–96%）。蠕虫，主要是蛔虫和绦虫物种（H.nana和H. diminuta），只在原污水和出水塘中检测到。偶尔发现鞭虫卵，弓蛔虫属和圆线虫。
微生物去除率统计学上的差异（plt;0.05）高度依赖于湿地的类型（表2），（OO）胞比起粪便指标有更大的差异。表3显示了在不同的湿地系统中微生物的去除率（去除CFU /胞mminus;2天minus;1）。SF湿地在冬季和夏季对（OO）胞和卵的去除最有效。与此相反，兼性塘在冬季而不是在夏天获得了对所有细菌较高的去除率。对成对事后比较的评估表明，在研究期间，微生物去除几乎没有季
节性变化。显著性差异（P＜0.05）只出现在SF湿地（冬季和夏季）对贾第鞭毛虫和粪链球菌的去除中。
为了确定HLR有机物去除效果的影响，评估在每种微生物在不同的湿地系统，包括在冬季和夏季中的动力学常数（kd）（表4）。
由于在研究期间流量的低差异，线性回归分析在某些情况下并不显著。线性回归的正斜率范围从0.0027到0.71米/天，取决于特定的生物和湿地的类型。
表3— —三种湿地：兼性塘 (FP)表面流湿地 (SF) 和潜流湿地 (SSF)在不同季节冬季 (n = 4) 和夏季 (n = 6)的去除加速率
表 4 — — 生物在不同的湿地系统的冬天 （k d，w）和夏天 （k d，s）的衰变常数 （k d; m/d）
3.2. 肠道寄生虫和指示微生物之间的关系
在未经处理的污水中，致病性寄生虫（隐孢子虫、贾地鞭毛虫以及蠕虫）和肠道病毒指示物（表5中总大肠菌群、大肠埃希氏菌和粪链球菌）之间存在着显著的相关关系(r-Spearman,plt;0.05)。然而，在任何一个取样点没有发现其他显著的相关关系。这种关联的缺失可能是由微生物在不同的湿地环境中存活率的不同造成的。另一方面，当考
虑所有样本（包括进水和出水）在寄生虫和肠道病毒指示物（不包括大肠杆菌噬菌体）之间被指出有显著的统计学相关性(r-Spearman, plt;0.01)。
4. 论述
在自然污水处理系统中，微生物去除可能涉及不同过程。他们的存活、分布受到湿地类型以及其他能导致它们失活的相关因素
的影响。在这项研究中，通过组合人工湿地我们评估了致病性和指示性微生物，指出了每一种微生物主要的衰变因素
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