冠狀病毒在水和廢水中傳播特征、可能遏制策略與研究挑戰(zhàn)

全康環(huán)保:成果簡介

近日，西安理工大學水利水電學院趙亞乾教授團隊與西班牙、法國等大學團隊合作在國際知名期刊Chemical Engineering Journal上發(fā)表了題為 “Where dowe stand to oversee the coronaviruses in aqueous and aerosol environment? Characteristics of transmission and possible curb strategies”的綜述論文，通過總結(jié)已發(fā)表文獻（含預印本）、新聞通訊和科學網(wǎng)站等關于SARS-CoV-2可能的環(huán)境傳播研究，旨在全面介紹冠狀病毒在水、污泥和氣溶膠環(huán)境中的傳播特性，尤其是在水和廢水環(huán)境中的傳播特征，進而揭示可能的遏制策略。

全文速覽

新型嚴重急性呼吸綜合癥冠狀病毒(SARS-CoV-2)具有強傳播性，已累計超過7000萬人感染，在222個國家和地區(qū)造成170萬以上患者死亡。盡管SARS-CoV-2的主要傳播途徑是通過呼吸道飛沫和直接接觸，但水和廢水、氣溶膠也是重要的潛在傳播途徑。盡管尚無直接證據(jù)佐證在COVID-19爆發(fā)期間存在糞-口傳播和空氣傳播，但SARS-CoV-2在水和氣溶膠中的檢出和可感染性證明了病毒傳播的風險。在城市和農(nóng)村的水循環(huán)、封閉及半封閉場所都存在病毒傳播的風險和隱患。改進和消除這些隱患可進一步遏制病毒的傳播及其引發(fā)的持續(xù)大流行。本文總結(jié)了有關SARS-CoV-2可能的環(huán)境傳播方式方面的最新研究，詳細討論了其在水和廢水、氣溶膠中傳播的可能性、生存特性以及SARS-CoV-2的滅活方式。同時，本文探討了在類似大流行疫情中水和廢水處理的挑戰(zhàn)和潛在的研究方向和研究進展。

引言

在過去的二十年中，冠狀病毒已引起三次大規(guī)模疫情。水、空氣、土壤是可能冠狀病毒傳播的重要媒介。在原污水及二級處理后的出水中，甚至用于城市灌溉的非飲用水中都檢出SARS-CoV-2的RNA。新冠病毒感染者的糞便和尿液中也檢測到了具有傳染性的冠狀病毒。另一方面，越來越多的證據(jù)表明SARS-CoV-2可以在氣溶膠中存活。因此，除了呼吸道飛沫和直接接觸之外，環(huán)境中冠狀病毒的存在引起人們對其它可能的傳播途徑高度關注。圖1 是本文論述框架結(jié)構(gòu)圖。

圖1 本文論述框架

圖文導讀

新冠病毒感染者可能含有SARS-CoV-2的糞便、尿液、唾液和各種呼吸道分泌物，都有可能將以各種途徑進入環(huán)境中，尤其是城市水環(huán)境中。圖2 歸納了世界各地水環(huán)境中對SARS-CoV-2 RNA的檢出報道。

圖2 世界各地水和廢水中檢出SARS-CoV-2報道

含冠狀病毒的廢物/廢水可由多種途徑進入水環(huán)境，進而危害公共健康（圖3）?？赡艿耐緩接校?）廢水的收集和處理不充分；2）未經(jīng)處理的污水直排進入水體；3）使用被污染了的水源。同樣，破損的污水管網(wǎng)也是潛在的污染途徑。與城市的集中式水處理系統(tǒng)不同，欠發(fā)達地區(qū)的大部分農(nóng)村的供排水模式為分散式供排水，且未經(jīng)處理。農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)是潛在病毒的主要來源，已有貓、狗和貂等動物被冠狀病毒感染的報道。

圖3 水和廢水中冠狀病毒在城市（a）和農(nóng)村（b）的傳播途徑

水環(huán)境中冠狀病毒的生存特性與廢水特性（水溫、pH、有機物、懸浮物等）密切相關。目前，關于冠狀病毒在水和廢水中的生存特性研究較為有限。SARS-CoV-2可以在室溫下于pH 3-10保持穩(wěn)定。同時，SARS-CoV-2在室溫（20 °C）下的廢水和自來水可存活數(shù)天（1.6天以上），而在50 °C和70 °C的水環(huán)境下，其將在數(shù)分鐘失活。因此高溫可使冠狀病毒迅速失活。冠狀病毒在低溫存活能力強，在冬季需要特別注意，以防止“第二波”疫情爆發(fā)。

常規(guī)廢水處理工藝（活性污泥工藝）可有效去除SARS-CoV-2。利用活性污泥法去除病毒的機制主要為污泥的吸附和沉淀池的沉淀分離。而病毒失活主要依靠消毒工藝和化學氧化劑。紫外線可破壞病毒基因組和蛋白，化學氧化劑可破壞包膜結(jié)構(gòu)，建議采用紫外線和化學氧化消毒聯(lián)合的方法以更高效地滅活冠狀病毒。

飲用水處理過程中，絮凝、沉淀和過濾均可在一定程度上去除病毒。氯消毒是一種常見的飲用水消毒方法。WHO建議在pH <8.0的條件下接觸至少30分鐘后，使游離氯≥0.5 mg L-1。雖然強氧化劑（例如臭氧和氯）可以有效地滅活污泥中病毒，但是處理成本較高并可能產(chǎn)生致癌物。而石灰穩(wěn)定法是一種經(jīng)濟可靠的方法，但污泥量的增加不可小覷，所以在處理醫(yī)院和集中式醫(yī)療中心的廢水過程中產(chǎn)生的污泥必須嚴格按照危險廢物規(guī)定進行處置。同時值得注意的是，處理飲用水、廢水和污泥的水務工人面臨直接暴露的風險。這些風險不僅來自可能涉及病毒或病毒RNA的水和/或污泥，還來自于污水中氣溶膠的逸出。

圖4 冠狀病毒在氣溶膠中的傳播途徑概述（a）和可能的預防和控制策略（b）

已經(jīng)在一些相對不通風區(qū)域的空氣中的氣溶膠中檢測出SARS-CoV-2 RNA陽性，如醫(yī)院洗手間、合唱廳、餐廳、健身房等。病毒在空氣中的存活取決于多種因素，例如環(huán)境溫度、風速和方向以及相對濕度。MERS-CoV可在25°C和79％RH的條件下，霧化60 min后仍保持可感染性，而SARS-CoV-2在氣溶膠中甚至可維持3小時以上。較高的環(huán)境溫度將有助于遏制SARS-CoV-2傳播，而較低的溫度可能會增加其傳播。

生態(tài)學、環(huán)境科學在病毒追蹤、傳播、健康暴露等方面起著關鍵作用。迄今為止對新冠狀病毒如何在水和廢水系統(tǒng)傳播的了解甚少，因此迫切需要進一步的研究。多學科的合作將從科學的角度加速與病毒的戰(zhàn)斗，以建立科學的控制和預防策略。1、更全面地了解環(huán)境介質(zhì)中病毒的特性及環(huán)境行為，有利于制定更加科學的控制策略，提供從醫(yī)務和水務工作者的人身安全出發(fā)的可靠的改進方案；2、完善多環(huán)境介質(zhì)中SARS-CoV-2的定性和定量監(jiān)測，即在污水管網(wǎng)中選擇代表性的采樣點，對受感染者糞便和尿液中的活病毒和RNA濃度進行監(jiān)測，并進一步量化廢水樣本中的病毒載量以估算人群中的感染數(shù)。利用社區(qū)范圍內(nèi)的廢水監(jiān)測體系，對社區(qū)感染情況進行監(jiān)測，以此對社區(qū)內(nèi)輕微或無癥狀的病患進行準確調(diào)查；利用排水管道和污水處理廠范圍內(nèi)的采樣和監(jiān)控體系對區(qū)域內(nèi)的冠狀病毒的傳播方位進行更好更快的估算。3、開發(fā)從水和廢水中去除SARS-CoV-2的工藝。面對目前持續(xù)和未來可能再次發(fā)生的大流行疫情，應針對性的開發(fā)專一性模塊化水媒介病原體處理工藝。同時需要對在傳統(tǒng)污水處理中如何減少或避免曝氣產(chǎn)生的可能攜帶病毒的生物氣溶膠，作進一步的探究；4、亟需開發(fā)具有成本效益的紫外線和化學消毒冠狀病毒的分散水處理工藝，應用于不發(fā)達偏遠地區(qū)水處理；5、防范環(huán)境次生風險。大規(guī)模和過度使用的消毒劑、抗病毒和消炎藥產(chǎn)生的藥物殘留和代謝產(chǎn)物最終將排入環(huán)境中。對于由此產(chǎn)生的潛在的環(huán)境次生風險，需評估其排放造成的生態(tài)破壞，并在最大程度上減輕它們的影響。

總結(jié)

水和廢水、污泥和氣溶膠均可能是冠狀病毒潛在的傳播途徑。盡管尚無直接證據(jù)證明在COVID-19爆發(fā)期間糞便傳播，但如果不及時采取相應的預防和控制策略，在城鄉(xiāng)水循環(huán)下病毒傳播的現(xiàn)狀將可能進一步惡化。同時應考慮到相關的其他環(huán)境風險，為中低收入國家和偏遠農(nóng)村地區(qū)，需要針對性的開發(fā)含有冠狀病毒消毒工藝的分散式水和廢水處理設施。而越來越多的證據(jù)表明，氣溶膠中SARS-CoV-2可能是正在進行的COVID-19大流行的主要原因，因此加強建筑通風系統(tǒng)和個人防護措施對于最大程度地降低風險至關重要。

對病毒傳播和生存特征的更全面了解是建立可靠控制策略的基礎，快速而精確的病毒監(jiān)控工具是至關重要的。廢水監(jiān)測應該成為實時追蹤社區(qū)，甚至公共建筑中疫情演變的戰(zhàn)略工具和捕捉病毒進化的強大盟友。將廢水中的精確傳感器與機器學習策略相結(jié)合，將為在某些社區(qū)出現(xiàn)癥狀之前做出預測提供有價值的方案。