水处理工程中如何去除细菌和病毒？

2025-07-08

在现代水处理工程中，去除水中的细菌和病毒是保障饮用水安全和环境水质的重要环节。由于细菌和病毒的体积微小、种类繁多，并且部分病原微生物具有较强的抗逆性，因此需要采用多种物理、化学和生物方法进行有效去除。本文将从常见技术手段出发，系统介绍水处理过程中如何高效去除细菌和病毒。

物理过滤是水处理中最基础也是最常用的去除微生物的方法之一。通过不同孔径的滤料或膜材料，可以有效地拦截水中的悬浮颗粒、胶体以及附着在其上的细菌和病毒。常见的过滤方式包括砂滤、活性炭过滤和膜过滤。

其中，膜过滤技术近年来发展迅速，尤其适用于对病毒等更小颗粒的去除。根据孔径大小的不同，膜分为微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO）。微滤和超滤主要用于去除细菌和大部分病毒，而纳滤和反渗透则能进一步去除溶解性有机物和离子，实现更高的水质净化效果。

消毒是杀灭水中病原微生物的关键步骤，通常用于过滤之后，以确保水中残余的细菌和病毒被彻底清除。目前常用的消毒方法包括氯消毒、紫外线消毒和臭氧消毒。

氯消毒 是最为广泛使用的传统消毒方法。其优点在于成本低、操作简便，并能在水中保持一定的余氯浓度，持续抑制微生物再生。然而，氯与水中有机物反应可能生成三卤甲烷等有害副产物，因此需严格控制加氯量并结合其他预处理工艺使用。

紫外线消毒 利用特定波长的紫外光破坏微生物DNA结构，从而达到杀菌目的。该方法不产生消毒副产物，对耐氯病毒如腺病毒也有较好的灭活效果。但紫外线穿透力有限，要求水中浊度较低，否则会影响消毒效果。

臭氧消毒 具有强氧化性，能迅速杀灭大多数细菌和病毒，同时还能降解有机污染物。但臭氧不稳定，难以维持残余浓度，通常需与其他消毒方式配合使用。

对于某些顽固性病毒或抗药性强的病原微生物，单一的消毒方法可能无法完全灭活。此时可采用高级氧化技术（AOPs），如臭氧/H₂O₂、UV/H₂O₂、Fenton试剂等，通过产生高活性自由基（如羟基自由基·OH）来氧化分解微生物细胞结构，达到深度灭活的目的。

这些技术特别适用于处理受污染严重的水源或回用水，但由于能耗较高、设备复杂，通常作为补充手段应用于高标准水处理流程中。

虽然生物处理主要用于去除有机物和氮磷营养物质，但在某些情况下也能辅助去除细菌和病毒。例如，在生物滤池或人工湿地中，微生物群落可通过竞争作用、捕食作用及吸附沉淀等方式减少水中病原微生物的数量。

此外，一些天然材料如沸石、生物炭等也被研究用于吸附和固定病毒粒子，增强后续处理单元的去除效率。

实际水处理工程中，单一方法往往难以满足全面去除细菌和病毒的需求。因此，通常采用多级串联处理工艺，形成“屏障效应”，提高整体处理效果。例如：

通过合理组合物理截留、化学灭活和生物调控等多种机制，可以在保证出水水质稳定的同时，降低运行风险和处理成本。

为确保水处理系统的有效运行，必须建立完善的水质监测体系。针对细菌和病毒的检测指标主要包括总大肠菌群、耐热大肠菌群、噬菌体等指示微生物。现代分子生物学技术如PCR（聚合酶链式反应）已广泛应用于病毒快速检测中，有助于及时发现潜在污染风险。

此外，加强水源保护、优化工艺参数、定期维护设备以及培训专业人员，都是保障水处理系统长期稳定运行的重要措施。

随着人们对饮水安全要求的不断提高，水处理工程中去除细菌和病毒的技术也在不断进步。从传统的过滤与氯消毒到新兴的膜分离与高级氧化技术，各种方法各具优势，也存在一定的局限性。因此，在实际应用中应根据水源特性、处理目标和经济条件，科学设计处理流程，构建多层次防护体系，最终实现安全、高效、可持续的供水目标。