焦点提醒： 城镇污水系统中病毒特征和纪律相干研究阐发 本文作者王连杰天津创业环保团体股分无限公司李金河天津创业环保团体股分无限公司郑兴灿中国市政项目华北设想研究总院无限公司尚巍中国市政项目华北设想研究总院无限公司刘智晓北京初创股分无限公司姜威天津创业环保团体股分无限公司李殿海天津创业环保团体股分无限公司张 麟天津创业环保团体股分无限公司本文将登载在《中国给水排水》2020年第6期，敬请存眷！ 本文作者 王连杰天津创业环保团体股分无限公司 李金河天津创业环保团体股分无限公司 郑兴灿中国市政项目华北设想研究总院无限公司 尚巍中国市政项目华北设想研究总院无限公司 刘智晓北京初创股分无限公司 姜威天津创业环保团体股分无限公司 李殿海天津创业环保团体股分无限公司 张麟天津创业环保团体股分无限公司 本文将登载在《中国给水排水》2020年第6期，敬请存眷！ 导语：按照新型冠状病毒的生物学特点，研究了病毒在水体中的赋存状况，阐发总结了国表里污水处置中病毒的相干研究，认为污水处置厂只需连结一般不变运转，就可以够有用下降污水中病毒的浓度，可阻断肠道病毒和呼吸道病毒经由过程污水处置厂出水进行传布。对照阐发了污水处置消毒进程中的臭氧消毒、氯消毒、紫外线消毒工艺，再生水处置进程的多级樊篱感化能够有用去除病毒，连系工艺节制能够保障出水平安。另外，指出了污水处置工艺中可能发生气溶胶风险的位置，给出了响应的防护建议。这对新冠肺炎时代指点城镇污水处置厂平安不变运转，避免新型冠状病毒进一步传布分散有侧重要参考意义。 2019年12月，武汉爆发了一种以肺炎为特点的新型呼吸系统疾病，经分手判定，确认病原为一种新型冠状病毒，疫情成长敏捷。2020年2月1日我国研究人员在新冠肺炎确诊患者的粪便中检测出新型冠状病毒（COVID-19）核酸阳性，2月13日中国疾控中间在患者分泌物中检测到了活体病毒。这一严重发觉引发了污水处置行业的极年夜存眷，生态情况部告急发布了《关在做好新型冠状病毒传染的肺炎疫情医疗污水和城镇污水监督工作的通知》，明白要求各地必需增强医疗污水和城镇污水的监督工作，避免新型冠状病毒经由过程污水传布分散。 01 病毒在污水中的赋存状况 1.1 污水中的病毒 按照风行病学研究，人和动物的分泌物中常常含有年夜量的病毒颗粒，这些病毒颗粒可能经由过程污水排放、化粪池系统渗滤液和农业区径流进入水情况。国表里科研工作者针对污水处置进程中致病菌的研究较多，对病毒的研究相对较少，而病毒的产生、存活和衰变与致病菌有很年夜分歧[1]。今朝在糊口污水中已发觉了150多种肠道病毒[2]，当人类经由过程受污染的水或食品接触到这些病毒时，理论上就具有必然的被传染风险。绝年夜大都关在城市水轮回中病毒赋存状况的研究首要集中在肠道病毒上，而包膜病毒在布局上分歧在肠病毒，是以一般认为包膜病毒在水中表示出的特征也有所分歧。最近几年来，污水中的病毒宏基因组显示了人类病毒的多样性，这此中就包罗一些包膜病毒[3]。 今朝人类已知的五种冠状病毒粒子（MERS-CoV，HKU1-CoV，HCoVNL63，HCoV-OC43，HCoV-229E）在人体分泌物中都已被检测到，分析国表里研究结论，能够认为冠状病毒不太可能对城市水轮回卫生系统组成严重要挟[4]。 病毒传染人类需要同时具有4个需要前提: a. 病毒的具有；b. 必然量的病毒浓度；c. 易传染人员接触病毒；d. 病毒与易传染体概况受体连系。今朝还没有见到污水厂进水中检测出新冠病毒的报导，分泌物具有病毒不克不及简单揣度为市政分析污水必然会传染人，污水的净化处置依然是人类节制疫情传布不成替换的有用手段之一，可是从业人员的表露风险确切增年夜。 关在COVID-19在污水系统中生命周期特点、纪律的研究还较为无限，但COVID-19作为病毒的一种，其在污水中表示出的特点应当与其他病毒，特别是冠状病毒有必然的类似性。是以，分析阐发已有研究功效对指点本次疫情时代污水厂平安不变运转，避免新型冠状病毒传布分散有侧重要参考价值。 1.2污水中的病毒浓度 污水中的病毒浓度取决在受传染人数和受传染小我传布病毒的速度。年夜大都污水中病毒数据是关在肠道病毒和qPCR法丈量的，污水厂进水中基因组浓度高达108～109拷贝/L，受限在细胞培育手艺和病毒提取方式，污水中病毒粒子数目的报导很少，只能由人体粪便或尿液样本中的病毒量年夜致猜测。好比，Noroviru病毒在人类粪便样本中的基因组浓度能够到达1010拷贝/L[5-6]，而在非疫情时代，该数值为109拷贝/L[7]。JCPyV病毒和BKPyV病毒在人类尿液中的基因组浓度为1010拷贝/L，在污水中的浓度为108拷贝/L[8]。SARS病毒在患者腹泻分泌物中的基因组浓度为1010拷贝/L，而患者尿液中的基因组浓度为2.5×107拷贝/L[9]。分析阐发已有研究消息，疫情时代人类分泌物中病毒浓度可能提高1个数目级，而污水中病毒浓度比分泌物中约低1～2个数目级。 1.3病毒在污水中的存活时候 病毒分开宿主细胞后可以或许存活必然时候，具体存活时候的长短跟病毒品种和情况前提相关，包罗温度、无机物和微生物，此中温度是病毒存活的要害影响身分。病毒在污水中一般会吸附在泥砂、黏土、矿物等悬浮固体概况，这些物资能够为病毒供给庇护，使病毒具有必然的窘境抗性从而耽误其存活时候[10]。但同时假如这些固体沉淀下来，也能够成为去除病毒的一种机制[11]。需要留意的是，当病毒颗粒以堆积状况具有时，能够提高其在晦气情况身分下的存活概率，这也同时提示污水厂要高度正视污水处置项目中的污泥无害化处置环节。 病毒在生物体外表示出一系列对情况身分的敏感性，此中T90值(即在水情况中到达90%掉活的时候)从几分钟到几年不等。污水管网水力逗留时候一般少在半天，是以污水处置厂进水中有可能具有病毒。凡是认为带有脂膜的病毒在水情况中很轻易损失传染性，但其实不是所有的包膜病毒都能敏捷掉去沾染性。病毒掉活率受温度和基质影响较年夜，温度和盐度越高，病毒的掉活率也越高[12-13]。在两项相关水中人类冠状病毒的研究中发觉，温度对病毒的活性有显著影响，室温前提下的病毒样本的掉活率比4℃前提下超出跨越一个数目级[14]。研究注解，病毒存活率跟着温度的升高而下降，这首要是由病毒外壳卵白变性和情况中降解卵白质的胞外酶活性增添引发的[10]。 污水的成份（无机氮组分、细菌病毒）和处置进程对病毒的保存影响较年夜，颠末灭菌的污水中病毒的掉活速度年夜在未灭菌的污水，污水中悬浮物和无机物提高了病毒在水情况中的保存能力。可是污水中的某些物资也能致使病毒加快掉活，如冠状病毒在巴氏消毒的污水的T90远低在蒸馏水培育基[12]。 冠状病毒在未颠末滤的低级污水中的存活时候比在过滤的低级污水中更长[14]。一项关在冠状病毒在水中存活时候的研究注解，TGEV和MHV两种冠状病毒在水（试剂纯）、地表水和巴氏杀菌的污水中能够持久存活，但沾染性都很低，并且温度越高病毒的活性越低[11]。别的有研究注解冠状病毒在水情况中的传布要比肠道病毒少，由于冠状病毒在废水中会更快地掉活，病毒粒子可在2～3天内削减99.9%，这与SARS-CoV存活数据相当[14-15]。可见，污水组分对病毒掉活的影响是复杂的，而且分歧的病毒和情况样本之间的关系具有显著差别，但污水处置进程对病毒去除感化无疑是正向的。 02 污水处置对病毒的去除感化 一旦病毒从宿主细胞中释放出来，它们就会表露在各类物理、化学和生物等情况身分中，犹如生物年夜份子一样具有，在这些情况身分中，物理、化学和生物身分均起到了主要的感化，跟着市政污水处置厂处置流程的推动，病毒数目呈显著的下降趋向，终究出水中病毒的散布显现对数正态关系[16]。表1罗列了一些市政污水处置系统的进水和出水中病毒的散布环境[17-20]。 表1 病毒在市政污水处置系统中的散布 病毒品种 进水基因组浓度(拷贝/L) 深度处置出水基因组浓度 (拷贝/L) MBR出水基因组浓度(拷贝/L) Enteroviruses 2.2×103～7.9×103 6.8～250 1.5～53 Adenoviruses 106～107 103～104 Rotavirus 106～8.9 ×106 9.3×104～2×105 1.9～49 Noroviruses 5.6×102～8.3×103 6.9～250 Astroviruses 106～108 105 2.1污水常规处置 研究注解，常规活性污泥法处置市政污水进程中病毒的去除率为0.65lg～2.85lg[21]。一些病毒颠末超细格栅便可实现0.1lg～1.0lg的去除率，颠末生物段处置病毒浓度可进一步下降1.4lg～1.7lg[17]。有研究注解，砂滤凡是能够去除10%～98%的病毒，假如在砂滤之前插手混凝工艺，病毒的去除率可提高到3lg[22]。 活性污泥能够去除很年夜一部门病毒，这个进程首要产生在生物池和二沉池中，生物池中的活性污泥有较年夜的比概况积，生物池中的病毒粒子能够吸附活性污泥的概况，最初和活性污泥一路进入二沉池，经由过程固液分手富集到二沉池底部污泥中，吸附在残剩污泥上的病毒逐步掉去活性。分歧范围和处置工艺的污水处置进程可以使传染性肠病毒削减约0～2lg，使传染性腺病毒削减2lg～3lg。一项针对5座市政污水处置厂的查询拜访发觉，污水处置厂从进水到消毒后的病毒浓度下降幅度能够到达1.9lg～5.0lg[23]。别的也有研究注解，较长水力逗留时候和较低MLSS能够提高病毒的去除结果[24]。因为活性污泥的吸附感化也是物理进程，对病毒没有杀灭感化，后续的消毒工艺对削减出水中病毒的数目相当主要。 MBR法是活性污泥法和膜过滤的集成。MBR法去除病毒的道理可归因在四种机制，即病毒附着在夹杂固体颗粒上阻挡、病毒粒子被膜截留、病毒粒子被膜上附着层截留和活性污泥细菌对病毒的捕食和酶分化掉活[25]。仅从平安和消毒结果角度看MBR工艺劣势较着，颠末膜截留后下降了水的浊度，能够年夜幅度晋升消毒结果，下降了出水表露风险。据报导，在单一MBR法（出水未做进一步消毒处置）去除污水中的病毒效力在3.0lg～6.0lg之间[1]。MBR工艺的运转参数也会影响病毒的去除率。有报导注解，较长水力逗留时候和较短的污泥泥龄能够提高病毒的去除结果[26]，阐发认为可能与污泥吸附病毒并快速解除相关。 分歧处置工艺生物池夹杂液中病毒含量和病毒在液相和固相中的散布未见相干研究，可是，因为具有残剩污泥的排放进程，MBR工艺不会无穷浓缩富集病毒，水处置系统很快便可以到达稳态。别的，从活性污泥的吸附感化和病毒在污泥中宜在存活来看，固相浓度理论上应当高在液相，因为不异进水前提下分歧工艺生物池污泥总量根基不异，在完全夹杂的状况下，只需节制好气体和污泥处置环节，分歧工艺病毒表露风险应当不同不年夜。虽然如斯，即便MBR工艺滤液中依然能够检测到病毒的具有[1]，为了包管出水病毒的去除率，疫情时代需要高度正视污水消毒工作，建议采取紫外消毒的污水处置厂，弥补次氯酸钠消毒。 2.2 消毒处置 2.2.1 臭氧消毒 与氯比拟，臭氧消毒效力更高，可是需要更高的运转本钱。杀灭病毒时臭氧初始剂量通常是3～10 mg/L，接触时候约为10 min。有研究注解，臭氧和紫外线协同杀灭SARS CoV的速度比有用氯快数百倍，并且可杀死对氯消毒剂有高度反抗力的微生物[27]。水中臭氧含量为27.73mg/L，感化4min可完全灭活SARS病毒；臭氧含量为17.82mg/L感化4min和4.86mg/L感化10min，都可使SARS病毒的灭活率达100％[28]。这些参数能够为利用臭氧消毒的污水厂供给参考。 2.2.2 氯消毒 化学消毒剂如氯、二氧化氯、次氯酸钠和氯胺对病毒卵白质外壳的毁伤较年夜，足够高剂量的化学消毒剂还能够粉碎病毒的核酸。王新为等考查了次氯酸钠和二氧化氯对病院污水的消毒结果，成果发觉，SARS CoV在污水中对含氯消毒剂的反抗力比年夜肠杆菌低，当污水中游离余氯量连结在0.5 mg/L氯或2.19 mg/L二氧化氯以上时能够包管完全灭活污水中的SARS CoV[29]。 一般市政污水深度处置消毒氯的利用剂量为5～20mg /L，接触时候为30～60min。当氯的投加量﹥10 mg/L，接触时候为60 min时能够杀灭水体中的全数轮状病毒[8]。氯剂量为16和8 mg/L，接触时候为30 min，可别离杀灭污水中1.2lg和0.35lg的肠病毒。增添氯剂量或耽误接触时候，即提高CT值能够有用提高病毒的杀灭结果。二氧化氯、次氯酸钠和氯胺也是替换的消毒剂，高浓度的次氯酸钠溶液可用在去除装备和管道上附着的污泥[30]。含有用氯为200、400、600 mg /L的次氯酸钠溶液别离在20、20、10 min 对腺病毒灭活结果﹥4lg，600 mg /L的次氯酸钠感化20 min 灭活结果到达100%[31]。也有研究注解二氧化氯去除病毒的结果比氯更好，而氯胺杀灭病毒的结果较差。需要指出的是用含氯消毒剂消毒时各类水中氮形态和无机物的含量对消毒结果有比力年夜的影响[32]。 2.2.3 紫外线消毒 紫外线首要粉碎病毒的核酸，也会对病毒的卵白质外壳发生必然粉碎。徐丽梅研究了紫外线对Polioviru病毒的杀灭感化，低剂量的紫外光线能透过病毒卵白质外壳致使病毒RNA的毁伤[33]。波长为254 nm的紫外线照耀5 min时，病毒数目较着削减，254 nm紫外线照耀30 min时，传染细胞内检测不到病毒粒子。波长为254 nm的紫外线比365 nm的紫外线照耀灭活腺病毒气溶胶的结果更显著，254 nm紫外线和65 ℃热力对一些病毒有分歧水平的灭活感化，紫外线照耀可作为室内空间全体消毒的一种方式。分歧病毒需要的紫外线消毒剂量见表2。 表2 分歧病毒需要的紫外线消毒剂量mJ·cm-2 病毒品种 紫外线剂量 Coxsackievirus 20～27 Hepatitis A virus 12～20 Echovirus 16～25 Poliovirus 14～24 Adenovirus 125～167 Calicivirus 16～31 Rotavirus 23～44 Ansaldi等人研究了紫外线对SARS CoV、甲型流感病毒与呼吸道合胞病毒的灭活结果。紫外线（40 mW/cm2）下，别离感化2 min便可粉碎病毒的核酸，使病毒掉去全数活性[34]。 2.3 膜过滤 膜过滤工艺处置能够进一步削减水中病毒的数目，膜过滤法去除病毒是一个纯真的物理进程，即操纵膜孔隙通道截留水中的病毒粒子。因为年夜大都病毒颗粒（10～300 nm）凡是比微滤膜的孔径（100～1000 nm）小，是以过滤肇端阶段病毒去除率较低，微滤膜的去除结果不到1 lg，但跟着膜上污染物的堆集过滤效力有所增添，即便膜上污染物在水力反冲刷时微滤膜仍能连结较高的病毒去除率。别的按照报导混凝-微滤系统能够削减4lg的病毒，持久过滤进程中膜的不成逆污染会改良混凝-微滤系统中病毒的去除，即便没有混凝预处置，膜也能够有用过滤病毒颗粒[35]。 超滤膜孔径巨细约为2～50 nm，能完全滤除水中的细菌、铁锈、胶体等无害物资，并且能够物理消弭年夜大都病毒，而且跟着膜概况构成滤饼层加厚能够进一步提高病毒的去除效力[36]。另外，经由过程调剂跨膜压力(TMP)也能够实现更高的病毒去除率。带微量负电荷的超滤膜比带中性电荷的超滤膜更有益在病毒的断根[36]。 反渗入膜能够看做一种离子级的过滤器，能够过滤失落几近所有冠状病毒和其他绝年夜大都病毒，这一点已在2003年SARS时代在国内再生水厂运转成果获得充实证实。各类市政污水深度处置工艺对病毒的去除能力分歧，总结见表3。 表3 市政污水深度处置对病毒去除结果 处置工艺 工艺参数 去除结果/lg 备注 絮凝剂 铝盐、铁盐 1～2.86 微滤 混凝-微滤 0.2～5.1 混凝-微滤处置结果晋升 超滤 负电荷 >3.0 再生水支流工艺 纳滤 >5.4 反渗入 >6.5 可是，需要留意的是膜组件的断丝率是影响病毒去除率的要害身分，疫情时代应切实增强膜完全性检测。 2.4 市政污水处置厂出水中的病毒 从公共健康角度来看，能够认为污水厂进、出水中可能带有病毒，所以，上述病毒传染人的四个前提中知足了第一个前提，但这只是申明污水处置厂出水有病毒具有的可能性，美国进行的年夜量与污水回用相关的风行病研究注解，再生水操纵是平安的。2003年SARS爆发岑岭时代，天津市卫生防病中间对市内各污水处置厂进、出水进行了检测，也均未发觉SARS病毒。缘由多是污水处置厂一般运转时出水中病毒浓度和活性已很低，达不到病毒的检出前提，少数病毒跟着污水处置厂出水排放到地表水中，情况中的化学物资氧化、阳光中的紫外线等也会敏捷使病毒掉去活性[4]。 分析以上研究结论可知，现有城镇污水处置厂只需连结一般不变运转，便可有用去除、杀灭污水的COVID-19，是以污水处置厂不会成为新冠肺炎的沾染源。 2.5 污泥处置对病毒的去除感化 污水处置进程中纯真的沉淀和过滤进程仅是将病毒转移和富集到污泥中，是以，污泥中病毒的灭活也是不成轻忽的，在污泥措置时要充实斟酌到相干病毒学平安性问题。而污泥的不变化和无害化处置如脱水、堆肥、热处置和中温厌氧消化都可有用杀灭病毒，此中热处置是迄今为止病毒掉活效力最高的污泥措置方式。需要指出的是，活性污泥吸附的病毒依然具有传染风险，措置进程中操作人员需要采纳更加有用的防护手段。别的，已有证据注解，残剩污泥中的水份在措置进程中可能构成气溶胶，因为气溶胶中的病毒附着在其他物资而处在连系状况，可免受生物学（酶感化）和理化（温度、pH 和紫外线等）身分的灭活感化，从而能够持久连结其传染性，这些气溶胶假如不加处置可能发生必然风险[39]。 2.6 污水处置进程中的气溶胶 气溶胶是指悬浮在气体介质中由固态或液态颗粒构成的气态分离系统，在天然情况中遍及具有，气溶胶颗粒粒径一般在1～5μm。污水中气泡在外力感化下从污水中快速逸生产生爆裂，散落出很多年夜量细微固液颗粒即构成气溶胶，这个进程将会同时照顾污水中的微生物，酿成生物气溶胶。病毒比细菌更轻易被气溶胶照顾，有研究发觉包膜病毒比非包膜病毒更轻易附着在颗粒上。 今朝，对污水处置中气溶胶照顾病毒的研究较少，且首要针对肠道病毒的研究。研究注解，水力跌落年夜、湍动猛烈的污水处置单位构成气溶胶就越多。污水晋升、格栅间、除渣、曝气池、污泥浓缩池和污泥脱水机房等预处置进程气溶胶浓度高在其他处置区域。分歧处置工艺气溶胶风险的影响身分较多，保守市政污水处置工艺池体概况积年夜，工艺相对复杂，潜伏发生气溶胶的点位相对较多；MBR工艺固然曝气量年夜，但因为工艺相对较易封锁，在节制气溶胶风险上有必然劣势[38]。也有监测发觉，预处置进程气溶胶的浓度与处置厂的范围相干，范围越年夜，气溶胶浓度越高。对近几年鼓起的地下或半地下污水处置厂而言，因为其相对封锁、湿度较年夜，加倍需要严酷节制气溶胶的发生，切实做好全厂气流的组织和调控，各区域操作空间换气量必然要小在除臭排气量，封锁池体阔别抽气口的一端应当恰当打开，使操作空间和池体密闭空间真正构成气体的有序负压活动，避免构成空气畅通死区。假如简单封锁池体、加年夜地下操作空间的换气次数，反而可能会增年夜气溶胶在操作空间的分散风险。别的，研究注解生物除臭反映器在处置臭味气体的同时还能够有用削减微生物气溶胶[39]。 研究注解，污水系统工作人员更轻易传染肠道病毒引发的疾病[40]。2003年SARS时代，WHO认为传染SARS的危险职业包罗污水处置厂工人和食物和动物治理者。今朝COVID-19气溶胶传布路子尚待明白[41]，出在平安斟酌，污水处置操作人员要增强小我防护工作，佩带手套、面罩或护目镜和防护服，尽可能避免接触轻易发生气溶胶的区域。疫情时代排水管渠保护和清疏功课应以机器、水力为主，非非凡环境下不建议组织下井功课。对清算出来的固体废料必需实时用密闭运输车辆输送到合适划定的场合终究措置。污水处置厂应安身在“以报酬本”，对峙“底线思惟”，充实操纵在线仪表的劣势，尽可能削减人工化验检测频次，保障从业人员平安，保障污水处置厂的一般运转。 03 总结和瞻望 ①受传染者的分泌物中可能具有活性COVID-19，但其实不意味着病毒的首要传布路子产生转变，消化道（粪-口）传布在全数传布中的感化和意义仍需进一步研究。 ②病毒传染人类需要同时具有四个前提，不克不及从分泌物中检测到活体病毒，就简单揣度出污水处置厂也会成为COVID-19病毒的沾染源。 ③污水处置进程可以或许有用下降病毒浓度，下降幅度能够到达1.9lg～5.0lg。污水处置厂只需连结一般不变运转，便可完全阻断肠道病毒和呼吸道病毒。 ④污水处置进程必需高度正视消毒处置，消毒结果排序：臭氧消毒＞二氧化氯消毒＞液氯消毒＞次氯酸盐消毒。 ⑤必需高度正视污泥处置进程。污泥处置中脱水、堆肥、石灰处置对病毒均有杀灭感化，杀灭结果有差别。 ⑥再生水处置进程能够有用去除病毒，连系工艺节制能够保障出水平安。 ⑦为避免气溶胶表露风险，增强防护，削减人工取样和检测频次，增强除臭处置，地下污水处置厂正视气流和系统调控。 ⑧污水处置厂要充实操纵在线仪表劣势，保障从业人员平安的同时保障污水处置厂的一般运转。 ⑨今朝污水处置进程中的病毒的相干研究还良多空白，近期建议能够环绕生物池夹杂液中病毒在液相和固相中的散布比例和病毒分散、吸附纪律等展开。 参考文献： [1]Zhang C M, Xu L M, Xu P C,et al. 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城镇污水系统中病毒特征和纪律相干研究阐发 （本文将登载在《中国给水排水》2020年第6期，敬请存眷！）
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