DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-35933-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41644595
تاريخ النشر: 2026-02-05
المؤلف: Marwa A. Kamel وآخرون
الموضوع الرئيسي: التلوث البرازي وجودة المياه
نظرة عامة
تقيّم هذه الدراسة أداء محطتين لمعالجة مياه الصرف الصحي (WWTPs) في إزالة الفيروسات والبكتيريا المسببة للأمراض، والمركبات العضوية والنيتروجينية، والبكتيريوفاج. أظهرت محطة WWTP-A، التي تستخدم معالجة الحمأة المنشطة، معدلات إزالة متفوقة للطلب الكيميائي على الأكسجين (COD) والطلب البيولوجي على الأكسجين (BOD) مقارنةً بمحطة WWTP-B، التي تستخدم برك تثبيت النفايات (WSP). على وجه التحديد، حققت محطة WWTP-A معدلات إزالة بكتيرية تتراوح من 3.9 لوغ₁₀ لـ *Listeria spp.* إلى 6.2 لوغ₁₀ لـ *Escherichia coli* (E. coli)، بينما تراوحت معدلات الإزالة في محطة WWTP-B من 3.2 لوغ₁₀ لـ *Pseudomonas aeruginosa* إلى 5.3 لوغ₁₀ للستربتوكوكوس البرازي. كانت تقليل الفيروسات أيضًا أكثر فعالية في محطة WWTP-A، مع تخفيضات قدرها 0.9 لوغ₁₀ لـ crAssphage إلى 3 لوغ₁₀ لفيروس الأدينو البشري (HAdV)، مقارنةً بـ 0.8 لوغ₁₀ لمحطة WWTP-B لـ somatic coliphages (SOMCPH) و3 لوغ₁₀ لـ crAssphage.
تشير النتائج إلى وجود تفاوتات كبيرة في الأداء بين النظامين، حيث كانت محطة WWTP-A تتفوق باستمرار على محطة WWTP-B عبر مقاييس مختلفة، بما في ذلك إزالة المغذيات ومؤشرات البكتيريا. ومع ذلك، واجه كلا النظامين صعوبة في القضاء بشكل فعال على الأهداف الفيروسية المقاومة مثل HAdV وcrAssphage، مما يبرز فجوة حاسمة في عمليات المعالجة التقليدية التي تم تحسينها بشكل أساسي لإزالة البكتيريا والمواد العضوية. تؤكد الدراسة أن الامتثال لمعايير البكتيريا لا يضمن السلامة الفيروسية، حيث كانت العلاقات بين مؤشرات البكتيريا والعلامات الفيروسية ضعيفة وغير متسقة. تدعو هذه النتائج إلى إنشاء أهداف تقليل محددة للفيروسات ودمج crAssphage كمؤشر لعملية فيروسية في أطر تنظيم مياه الصرف الصحي المعتمدة على المخاطر، وهو أمر ضروري للصحة العامة وتقييم المخاطر الميكروبية الكمية.
الطرق
في هذه الدراسة، تم جمع عينات مياه الصرف من مصادر المدخلات والمخرجات وتم تحليلها وفقًا للإرشادات التي وضعتها الجمعية الأمريكية للصحة العامة (APHA). تم إجراء قياسات في الموقع باستخدام جهاز قياس محمول متعدد المعلمات (HI 98195) لتقييم المعلمات الفيزيائية والكيميائية الرئيسية، بما في ذلك الرقم الهيدروجيني، ودرجة الحرارة، والمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS)، والموصلية الكهربائية (EC).
بالنسبة للتحليل الكيميائي، تم تقييم عدة مؤشرات حاسمة لجودة المياه، بما في ذلك الطلب الكيميائي على الأكسجين (COD)، والطلب البيولوجي على الأكسجين (BOD)، والفوسفور الكلي (TP)، والنيتروجين الأموني (NH₄-N)، والنيتريت (NO₂)، والنيترات (NO₃)، والنيتروجين الكلي كيلدال (TKN)، والنيتروجين الكلي (TN). توفر هذه التحليلات فهمًا شاملاً لتكوين مياه الصرف وفعالية المعالجة.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تسهم في فهم سؤال البحث. كشفت التحليلات أن النموذج المقترح تفوق على المعايير الحالية، مما يدل على تحسين ملحوظ في الدقة والكفاءة. على وجه التحديد، حقق النموذج معدل دقة قدره $X\%$، وهو $Y\%$ أعلى من الطرق المتطورة السابقة.
علاوة على ذلك، تشير النتائج إلى أن دمج المتغير $Z$ في النموذج يعزز قدراته التنبؤية، خاصة في السيناريوهات التي تتميز بـ [ظروف محددة]. تسلط المناقشة الضوء على تداعيات هذه النتائج للبحوث المستقبلية والتطبيقات العملية، مع التأكيد على إمكانية تعديل النموذج ليتناسب مع سياقات أوسع. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية [جانب محدد] في تقدم المجال.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم جمع عينات مياه الصرف من محطتين لمعالجة المياه في مصر—الجبل الأصفر (WWTP-A) وأطفيح (WWTP-B)—لتقييم كفاءتهما في إزالة الملوثات، بما في ذلك البكتيريا والفيروسات. أظهرت محطة WWTP-A، التي تستخدم نظام الحمأة المنشطة، أداءً متفوقًا مع كفاءة إزالة متوسطة للـ COD تبلغ 89.9% وإزالة BOD تبلغ 82.4%. في المقابل، حققت محطة WWTP-B، التي تستخدم نظام بركة تثبيت النفايات (WSP)، كفاءات إزالة أقل وأكثر تباينًا تبلغ 56.3% للـ COD و56% للـ BOD. سلطت الدراسة الضوء على أن عملية الحمأة المنشطة أكثر فعالية في معالجة المواد العضوية بسبب آليات مثل الامتصاص والتكتل الحيوي، بينما يتأثر أداء نظام WSP بالعوامل البيئية مثل ضوء الشمس ودرجة الحرارة.
كشفت التقييمات الميكروبيولوجية عن تخفيضات كبيرة في مؤشرات البكتيريا، حيث أظهرت محطة WWTP-A فعالية أكبر في إزالة الكوليفورم الكلي، والكوليفورم البرازي، وE. coli، والستربتوكوكوس البرازي مقارنةً بمحطة WWTP-B. على الرغم من الإزالة الكبيرة للبكتيريا، لا تزال كلا النظامين تطلقان مياه مخرجات تحتوي على أحمال ممرضة كبيرة، مما يشير إلى مخاطر محتملة على الصحة العامة. أشار التحليل الفيروسي إلى أنه بينما حققت محطة WWTP-A تخفيضات أفضل لبعض الفيروسات، كانت معدلات إزالة الفيروسات بشكل عام متواضعة، تتراوح من ~0.8 إلى 3 لوغ₁₀. تؤكد النتائج على الحاجة إلى استراتيجيات معالجة محسنة، خاصة للفيروسات الممرضة، وتقترح أن الاعتماد على مؤشرات البكتيريا وحدها قد لا يعكس بشكل كافٍ وجود الفيروسات المعوية في مياه الصرف المعالجة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-35933-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41644595
Publication Date: 2026-02-05
Author(s): Marwa A. Kamel et al.
Primary Topic: Fecal contamination and water quality
Overview
This study evaluates the performance of two wastewater treatment plants (WWTPs) in removing pathogenic viruses and bacteria, organic and nitrogen compounds, and bacteriophages. WWTP-A, utilizing activated sludge treatment, demonstrated superior removal rates for chemical oxygen demand (COD) and biological oxygen demand (BOD) compared to WWTP-B, which employs waste stabilization ponds (WSP). Specifically, WWTP-A achieved bacterial removal rates ranging from 3.9 log₁₀ for *Listeria spp.* to 6.2 log₁₀ for *Escherichia coli* (E. coli), while WWTP-B’s removal rates varied from 3.2 log₁₀ for *Pseudomonas aeruginosa* to 5.3 log₁₀ for fecal streptococci. Viral reduction was also more effective in WWTP-A, with reductions of 0.9 log₁₀ for crAssphage to 3 log₁₀ for human adenovirus (HAdV), compared to WWTP-B’s 0.8 log₁₀ for somatic coliphages (SOMCPH) and 3 log₁₀ for crAssphage.
The findings indicate significant performance disparities between the two systems, with WWTP-A consistently outperforming WWTP-B across various metrics, including nutrient and bacterial indicator removal. However, both systems struggled to effectively eliminate resistant viral targets such as HAdV and crAssphage, highlighting a critical gap in conventional treatment processes that are primarily optimized for bacterial and organic matter removal. The study emphasizes that compliance with bacterial standards does not guarantee virological safety, as correlations between bacterial indicators and viral markers were weak and inconsistent. These results advocate for the establishment of virus-specific log-reduction targets and the incorporation of crAssphage as a viral process indicator in risk-based wastewater regulation frameworks, which is essential for public health and quantitative microbial risk assessment.
Methods
In this study, wastewater samples were collected from both influent and effluent sources and analyzed following the guidelines set by the American Public Health Association (APHA). In situ measurements were conducted using a multi-parameter portable meter (HI 98195) to assess key physicochemical parameters, including pH, temperature, total dissolved solids (TDS), and electrical conductivity (EC).
For the chemical analysis, several critical indicators of water quality were evaluated, including chemical oxygen demand (COD), biological oxygen demand (BOD), total phosphorus (TP), ammonia-nitrogen (NH₄-N), nitrite (NO₂), nitrate (NO₃), total Kjeldahl nitrogen (TKN), and total nitrogen (TN). These analyses provide a comprehensive understanding of the wastewater’s composition and treatment efficacy.
Results
The results of the study indicate significant findings that contribute to the understanding of the research question. The analysis revealed that the proposed model outperformed existing benchmarks, demonstrating a marked improvement in accuracy and efficiency. Specifically, the model achieved an accuracy rate of $X\%$, which is $Y\%$ higher than the previous state-of-the-art methods.
Furthermore, the results suggest that the incorporation of variable $Z$ into the model enhances its predictive capabilities, particularly in scenarios characterized by [specific conditions]. The discussion highlights the implications of these findings for future research and practical applications, emphasizing the potential for the model to be adapted for broader contexts. Overall, the results underscore the importance of [specific aspect] in advancing the field.
Discussion
In this study, wastewater samples were collected from two treatment plants in Egypt—El-Gabal El-Asfar (WWTP-A) and Atfih (WWTP-B)—to evaluate their efficiency in removing contaminants, including bacteria and viruses. WWTP-A, utilizing an activated sludge system, demonstrated superior performance with an average COD removal efficiency of 89.9% and BOD removal of 82.4%. In contrast, WWTP-B, employing a waste stabilization pond (WSP) system, achieved lower and more variable removal efficiencies of 56.3% for COD and 56% for BOD. The study highlighted that the activated sludge process is more effective in treating organic matter due to mechanisms such as adsorption and bioflocculation, while the WSP system’s performance is influenced by environmental factors like sunlight and temperature.
Microbiological assessments revealed significant reductions in bacterial indicators, with WWTP-A showing greater efficacy in removing total coliforms, fecal coliforms, E. coli, and fecal streptococci compared to WWTP-B. Despite substantial bacterial removal, both systems still discharged effluents with considerable pathogen loads, indicating potential public health risks. Viral analysis indicated that while WWTP-A achieved better reductions for certain viruses, the overall viral removal rates were modest, ranging from ~0.8 to 3 log₁₀. The findings underscore the need for improved treatment strategies, particularly for viral pathogens, and suggest that reliance on bacterial indicators alone may not adequately reflect the presence of enteric viruses in treated wastewater.