城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)中病毒特性和規(guī)律相關(guān)研究分析

導(dǎo)語(yǔ)：根據(jù)新型冠狀病毒的生物學(xué)特征，研究了病毒在水體中的賦存狀態(tài)，分析總結(jié)了國(guó)內(nèi)外污水處理中病毒的相關(guān)研究，認(rèn)為污水處理廠只要保持正常穩(wěn)定運(yùn)行，就能夠有效降低污水中病毒的濃度，可阻斷腸道病毒和呼吸道病毒通過(guò)污水處理廠出水進(jìn)行傳播。對(duì)比分析了污水處理消毒過(guò)程中的臭氧消毒、氯消毒、紫外線消毒工藝，再生水處理過(guò)程的多級(jí)屏障作用可以有效去除病毒，結(jié)合工藝控制可以保障出水安全。此外，指出了污水處理工藝中可能產(chǎn)生氣溶膠風(fēng)險(xiǎn)的位置，給出了相應(yīng)的防護(hù)建議。這對(duì)新冠肺炎期間指導(dǎo)城鎮(zhèn)污水處理廠安全穩(wěn)定運(yùn)行，防止新型冠狀病毒進(jìn)一步傳播擴(kuò)散有著重要參考意義。

2019年12月，武漢暴發(fā)了一種以肺炎為特征的新型呼吸系統(tǒng)疾病，經(jīng)分離鑒定，確認(rèn)病原為一種新型冠狀病毒，疫情發(fā)展迅速。2020年2月1日我國(guó)研究人員在新冠肺炎確診患者的糞便中檢測(cè)出新型冠狀病毒(COVID-19)核酸陽(yáng)性，2月13日中國(guó)疾控中心在患者排泄物中檢測(cè)到了活體病毒。這一重大發(fā)現(xiàn)引起了污水處理行業(yè)的極大關(guān)注，生態(tài)環(huán)境部緊急發(fā)布了《關(guān)于做好新型冠狀病毒感染的肺炎疫情醫(yī)療污水和城鎮(zhèn)污水監(jiān)管工作的通知》，明確要求各地必須加強(qiáng)醫(yī)療污水和城鎮(zhèn)污水的監(jiān)管工作，避免新型冠狀病毒通過(guò)污水傳播擴(kuò)散。

01 病毒在污水中的賦存狀態(tài)

1.1 污水中的病毒

根據(jù)流行病學(xué)研究，人和動(dòng)物的排泄物中往往含有大量的病毒顆粒，這些病毒顆?？赡芡ㄟ^(guò)污水排放、化糞池系統(tǒng)滲濾液和農(nóng)業(yè)區(qū)徑流進(jìn)入水環(huán)境。國(guó)內(nèi)外科研工作者針對(duì)污水處理過(guò)程中致病菌的研究較多，對(duì)病毒的研究相對(duì)較少，而病毒的發(fā)生、存活和衰變與致病菌有很大不同[1]。目前在生活污水中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了150多種腸道病毒[2]，當(dāng)人類(lèi)通過(guò)受污染的水或食物接觸到這些病毒時(shí)，理論上就存在一定的被感染風(fēng)險(xiǎn)。絕大多數(shù)關(guān)于城市水循環(huán)中病毒賦存狀態(tài)的研究主要集中在腸道病毒上，而包膜病毒在結(jié)構(gòu)上不同于腸病毒，因此一般認(rèn)為包膜病毒在水中表現(xiàn)出的特性也有所不同。近年來(lái)，污水中的病毒宏基因組顯示了人類(lèi)病毒的多樣性，這其中就包括一些包膜病毒[3]。

目前人類(lèi)已知的五種冠狀病毒粒子(MERS-CoV，HKU1-CoV，HCoVNL63，HCoV-OC43，HCoV-229E)在人體排泄物中都已經(jīng)被檢測(cè)到，綜合國(guó)內(nèi)外研究結(jié)論，可以認(rèn)為冠狀病毒不太可能對(duì)城市水循環(huán)衛(wèi)生系統(tǒng)構(gòu)成重大威脅[4]。

病毒感染人類(lèi)需要同時(shí)具備4個(gè)必要條件: a. 病毒的存在;b. 一定量的病毒濃度;c. 易感染人員接觸病毒;d. 病毒與易感染體表面受體結(jié)合。目前尚未見(jiàn)到污水廠進(jìn)水中檢測(cè)出新冠病毒的報(bào)道，排泄物存在病毒不能簡(jiǎn)單推斷為市政綜合污水一定會(huì)感染人，污水的凈化處理仍然是人類(lèi)控制疫情傳播不可替代的有效手段之一，但是從業(yè)人員的暴露風(fēng)險(xiǎn)確實(shí)增大。

關(guān)于COVID-19在污水系統(tǒng)中生命周期特征、規(guī)律的研究還較為有限，但COVID-19作為病毒的一種，其在污水中表現(xiàn)出的特征應(yīng)該與其他病毒，尤其是冠狀病毒有一定的相似性。因此，綜合分析已有研究成果對(duì)于指導(dǎo)本次疫情期間污水廠安全穩(wěn)定運(yùn)行，防止新型冠狀病毒傳播擴(kuò)散有著重要參考價(jià)值。

1.2 污水中的病毒濃度

污水中的病毒濃度取決于受感染人數(shù)和受感染個(gè)人傳播病毒的速度。大多數(shù)污水中病毒數(shù)據(jù)是關(guān)于腸道病毒和qPCR法測(cè)量的，污水廠進(jìn)水中基因組濃度高達(dá)108～109拷貝/L，受限于細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)和病毒提取方法，污水中病毒粒子數(shù)量的報(bào)道很少，只能由人體糞便或尿液樣本中的病毒量大致推測(cè)。比如，Noroviru病毒在人類(lèi)糞便樣本中的基因組濃度可以達(dá)到1010拷貝/L[5-6]，而在非疫情期間，該數(shù)值為109拷貝/L[7]。JCPyV病毒和BKPyV病毒在人類(lèi)尿液中的基因組濃度為1010拷貝/L，在污水中的濃度為108拷貝/L[8]。SARS病毒在患者腹瀉排泄物中的基因組濃度為1010拷貝/L，而患者尿液中的基因組濃度為2.5×107拷貝/L[9]。綜合分析已有研究信息，疫情期間人類(lèi)排泄物中病毒濃度可能提高1個(gè)數(shù)量級(jí)，而污水中病毒濃度比排泄物中約低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

1.3 病毒在污水中的存活時(shí)間

病毒離開(kāi)宿主細(xì)胞后能夠存活一定時(shí)間，具體存活時(shí)間的長(zhǎng)短跟病毒種類(lèi)和環(huán)境條件有關(guān)，包括溫度、有機(jī)物和微生物，其中溫度是病毒存活的關(guān)鍵影響因素。病毒在污水中一般會(huì)吸附在泥砂、粘土、礦物等懸浮固體表面，這些物質(zhì)可以為病毒提供保護(hù)，使病毒具有一定的逆境抗性從而延長(zhǎng)其存活時(shí)間[10]。但同時(shí)如果這些固體沉淀下來(lái)，也可以成為去除病毒的一種機(jī)制[11]。需要注意的是，當(dāng)病毒顆粒以聚集狀態(tài)存在時(shí)，可以提高其在不利環(huán)境因素下的存活幾率，這也同時(shí)提醒污水廠要高度重視污水處理工程中的污泥無(wú)害化處理環(huán)節(jié)。

病毒在生物體外表現(xiàn)出一系列對(duì)環(huán)境因素的敏感性，其中T90值(即在水環(huán)境中達(dá)到90%失活的時(shí)間)從幾分鐘到幾年不等。污水管網(wǎng)水力停留時(shí)間一般少于半天，因此污水處理廠進(jìn)水中有可能存在病毒。通常認(rèn)為帶有脂膜的病毒在水環(huán)境中很容易喪失感染性，但并不是所有的包膜病毒都能迅速失去傳染性。病毒失活率受溫度和基質(zhì)影響較大，溫度和鹽度越高，病毒的失活率也越高[12-13]。在兩項(xiàng)有關(guān)水中人類(lèi)冠狀病毒的研究中發(fā)現(xiàn)，溫度對(duì)病毒的活性有顯著影響，室溫條件下的病毒樣本的失活率比4℃條件下高出一個(gè)數(shù)量級(jí)[14]。研究表明，病毒存活率隨著溫度的升高而降低，這主要是由病毒外殼蛋白變性和環(huán)境中降解蛋白質(zhì)的胞外酶活性增加引起的[10]。

污水的成分(有機(jī)氮組分、細(xì)菌病毒)和處理過(guò)程對(duì)病毒的生存影響較大，經(jīng)過(guò)滅菌的污水中病毒的失活速率大于未滅菌的污水，污水中懸浮物和有機(jī)物提高了病毒在水環(huán)境中的生存能力。但是污水中的某些物質(zhì)也能導(dǎo)致病毒加速失活，如冠狀病毒在巴氏消毒的污水的T90遠(yuǎn)低于蒸餾水培養(yǎng)基[12]。

冠狀病毒在未經(jīng)過(guò)濾的初級(jí)污水中的存活時(shí)間比在過(guò)濾的初級(jí)污水中更長(zhǎng)[14]。一項(xiàng)關(guān)于冠狀病毒在水中存活時(shí)間的研究表明，TGEV和MHV兩種冠狀病毒在水(試劑純)、地表水和巴氏殺菌的污水中可以長(zhǎng)期存活，但傳染性都很低，而且溫度越高病毒的活性越低[11]。另外有研究表明冠狀病毒在水環(huán)境中的傳播要比腸道病毒少，因?yàn)楣跔畈《驹趶U水中會(huì)更快地失活，病毒粒子可在2～3天內(nèi)減少99.9%，這與SARS-CoV存活數(shù)據(jù)相當(dāng)[14-15]。可見(jiàn)，污水組分對(duì)病毒失活的影響是復(fù)雜的，并且不同的病毒和環(huán)境樣本之間的關(guān)系存在顯著差異，但污水處理過(guò)程對(duì)病毒去除作用無(wú)疑是正向的。

編輯：王媛媛