城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)中病毒特性和規(guī)律相關研究分析

導語：根據(jù)新型冠狀病毒的生物學特征，研究了病毒在水體中的賦存狀態(tài)，分析總結了國內外污水處理中病毒的相關研究，認為污水處理廠只要保持正常穩(wěn)定運行，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污水處理廠出水進行傳播。對比分析了污水處理消毒過程中的臭氧消毒、氯消毒、紫外線消毒工藝，再生水處理過程的多級屏障作用可以有效去除病毒，結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生氣溶膠風險的位置，給出了相應的防護建議。這對新冠肺炎期間指導城鎮(zhèn)污水處理廠安全穩(wěn)定運行，防止新型冠狀病毒進一步傳播擴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，經分離鑒定，確認病原為一種新型冠狀病毒，疫情發(fā)展迅速。2020年2月1日我國研究人員在新冠肺炎確診患者的糞便中檢測出新型冠狀病毒(COVID-19)核酸陽性，2月13日中國疾控中心在患者排泄物中檢測到了活體病毒。這一重大發(fā)現(xiàn)引起了污水處理行業(yè)的極大關注，生態(tài)環(huán)境部緊急發(fā)布了《關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污水傳播擴散。

01 病毒在污水中的賦存狀態(tài)

1.1 污水中的病毒

根據(jù)流行病學研究，人和動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^污水排放、化糞池系統(tǒng)滲濾液和農業(yè)區(qū)徑流進入水環(huán)境。國內外科研工作者針對污水處理過程中致病菌的研究較多，對病毒的研究相對較少，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發(fā)現(xiàn)了150多種腸道病毒[2]，當人類通過受污染的水或食物接觸到這些病毒時，理論上就存在一定的被感染風險。絕大多數(shù)關于城市水循環(huán)中病毒賦存狀態(tài)的研究主要集中在腸道病毒上，而包膜病毒在結構上不同于腸病毒，因此一般認為包膜病毒在水中表現(xiàn)出的特性也有所不同。近年來，污水中的病毒宏基因組顯示了人類病毒的多樣性，這其中就包括一些包膜病毒[3]。

目前人類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被檢測到，綜合國內外研究結論，可以認為冠狀病毒不太可能對城市水循環(huán)衛(wèi)生系統(tǒng)構成重大威脅[4]。

病毒感染人類需要同時具備4個必要條件: 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合。目前尚未見到污水廠進水中檢測出新冠病毒的報道，排泄物存在病毒不能簡單推斷為市政綜合污水一定會感染人，污水的凈化處理仍然是人類控制疫情傳播不可替代的有效手段之一，但是從業(yè)人員的暴露風險確實增大。

關于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于指導本次疫情期間污水廠安全穩(wěn)定運行，防止新型冠狀病毒傳播擴散有著重要參考價值。

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)和受感染個人傳播病毒的速度。大多數(shù)污水中病毒數(shù)據(jù)是關于腸道病毒和qPCR法測量的，污水廠進水中基因組濃度高達108～109拷貝/L，受限于細胞培養(yǎng)技術和病毒提取方法，污水中病毒粒子數(shù)量的報道很少，只能由人體糞便或尿液樣本中的病毒量大致推測。比如，Noroviru病毒在人類糞便樣本中的基因組濃度可以達到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，疫情期間人類排泄物中病毒濃度可能提高1個數(shù)量級，而污水中病毒濃度比排泄物中約低1～2個數(shù)量級。

1.3 病毒在污水中的存活時間

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

病毒在生物體外表現(xiàn)出一系列對環(huán)境因素的敏感性，其中T90值(即在水環(huán)境中達到90%失活的時間)從幾分鐘到幾年不等。污水管網水力停留時間一般少于半天，因此污水處理廠進水中有可能存在病毒。通常認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]。在兩項有關水中人類冠狀病毒的研究中發(fā)現(xiàn)，溫度對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℃條件下高出一個數(shù)量級[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)境中降解蛋白質的胞外酶活性增加引起的[10]。

污水的成分(有機氮組分、細菌病毒)和處理過程對病毒的生存影響較大，經過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也能導致病毒加速失活，如冠狀病毒在巴氏消毒的污水的T90遠低于蒸餾水培養(yǎng)基[12]。

冠狀病毒在未經過濾的初級污水中的存活時間比在過濾的初級污水中更長[14]。一項關于冠狀病毒在水中存活時間的研究表明，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，因為冠狀病毒在廢水中會更快地失活，病毒粒子可在2～3天內減少99.9%，這與SARS-CoV存活數(shù)據(jù)相當[14-15]。可見，污水組分對病毒失活的影響是復雜的，并且不同的病毒和環(huán)境樣本之間的關系存在顯著差異，但污水處理過程對病毒去除作用無疑是正向的。

編輯：王媛媛