1. 引言
近十幾年來，世界各地陸續出現了新型病毒導致的流行性傳染病疫情，例如SARS-CoV引起的非典型性肺炎，MERS-CoV引起的中東呼吸綜合癥，Ebola病毒引起的埃博拉出血熱、AIV病毒引起的禽流感病毒人群感染，本次新型冠狀病毒引起的新型冠狀病毒肺炎，均造成了十分嚴重的后果，公眾對流行傳染性病毒的傳播途徑和感染風險高度關注。
2. 排泄物中的病毒都可能去了哪里？
污水處理廠通常匯集了多方來源的污水。在傳染病疫情爆發期間，污水處理系統可能在一定程度上也接納了感染病人的排泄物和用水后排放的污水(圖1-A)。攜帶傳染性病毒的污水通過市政污水管網排入到污水處理廠，在這個過程中，負責污水管網系統運維的工人可能會暴露于傳染性病毒(圖1-B)感染環境。
如果疫情期間出現降水過程，雨污合流制系統的溢流污水有可能攜帶病毒排入到地表水環境中(圖1-C)。在污水處理廠內，病毒可能存在于在不同處理工藝單元和污泥處理單元中，相應地，負責運維的工人可能也會暴露于傳染性病毒感染環境中(圖1-D和F)。
在經歷了整個污水處理工藝流程后，若仍有病毒殘留于污水處理廠的出水中，病毒依舊有可能隨出水的排放進入地表水環境中(圖1-E)。如果在該地表水環境中出現休閑娛樂活動的公眾，那么這些公眾也有可能暴露于傳染性病毒中的潛在風險(圖1-G)。因此，作為環境健康和公共衛生安全的關鍵一環，在污水處理過程中如何確保流行性病毒的去除與消毒，如何防范人員暴露風險，至關重要。
3.病毒在水環境中能存活多久？
在現有的研究和管理規定中，污水處理系統和水環境中的腸道病毒得到了更多的關注。腸道病毒以諾瓦克病毒、輪狀病毒等無包膜病毒為主，而近年來引起嚴重流行性傳染病爆發的SARS冠狀病毒、MERS冠狀病毒、埃博拉病毒、禽流感病毒以及新型肺炎冠狀病毒等卻均屬于有包膜病毒，即其外部包有由蛋白質和脂質組成的外層(圖2)。
目前已被發現的人類冠狀病毒包括SARS-CoV、MERS-CoV、HKU1-CoV、HCoVNL63、HCoV-OC43、HCoV-229E，以及最近的新型冠狀病毒，均屬于有包膜病毒。有研究報道，在20℃條件下，SARS冠狀病毒在糞便和尿液中分別可以存活3天和17天；而在4℃條件下，其在糞便和尿液中可存活17天以上[3]。
近日有國際期刊和新聞報道，新型冠狀病毒肺炎患者糞便樣本中的新型冠狀病毒核酸呈陽性，已檢測到活病毒，而新型冠狀病毒與SARS冠狀病毒有相似的特性。因此，根據圖1所示的病毒傳播路徑，新型冠狀病毒在污水處理系統和水環境中存在著潛在的傳播風險，需要加以特別關注。
目前對污水處理系統和水環境中有包膜病毒的研究較為有限，因此，我們對比了一些實驗室條件下有包膜和無包膜病毒在水相環境中的存活時間(表1)。從這些研究結果中不難發現，SARS等有包膜病毒在水相環境中的存活時間比無包膜病毒的存活時間要短得多。
但相似的是，無論是有包膜還是無包膜，更高的溫度往往更有利于病毒的滅活。在20℃、避光條件下，SARS冠狀病毒在醫院污水、生活污水和脫氯自來水中只能存活2天；而在4℃條件下，其在水體中可存活14天以上[3]。
因此，相比于以往更受關注的脊髓灰質炎病毒、輪狀病毒等，冠狀病毒等有包膜病毒在水相環境中的存活時間更短，其在水中的傳播風險相對更弱。
4.污水處理工藝能去除多少病毒？
在目前的研究報道、相關規定以及污水處理廠實際運行中，更大程度上關注的是腸道病毒（無包膜病毒）在污水處理工藝中的去除效果。大多數情況下，污水處理工藝（不包括消毒）對腸道病毒的去除效果通常可以達到2log以上[8]。
注：對數去除率=log10(進水濃度/出水濃度)；1log對應90%去除率，2log對應99%去除率，3log對應99.9%去除率，以此類推。
在消毒處理之前，污水處理工藝對病毒的去除可以達到2log以上，那么在消毒處理之后呢？
消毒處理對病原微生物的滅活效果取決于CT值，即接觸池末端消毒劑的濃度×接觸時間。污水消毒工藝中的CT值一般以糞大腸菌群為指標來設計。當采用液氯、次氯酸鈉、次氯酸鈣或二氧化氯為消毒劑時，美國加州按CT值為450 mg·min/L來設計，腸道病毒的滅活率可達到99.99%(即4log)；當采用臭氧為消毒劑時，按CT值1 mg·min/L設計運行[9]。對于有包膜病毒，以埃博拉病毒為例，氯消毒對其在滅菌后市政污水中的去除率也可最高達到4.18log(圖3)[10]。
在污水處理工藝流程中，消毒處理對于病毒的滅活是至關重要的環節。那么污水處理廠通常所采用的紫外消毒和氯消毒，對于有包膜和無包膜病毒的滅活存在著什么區別呢？
美國密歇根大學的研究結果顯示，游離氯能夠穿透脂質包膜，與病毒內的蛋白質優先反應，對其進行滅活；相比于與無包膜病毒反應，有包膜病毒對游離氯的滅活敏感性要高30倍[11]。而在紫外消毒處理中，UV254則優先通過與有包膜病毒的基因組反應來滅活病毒，同時有包膜和無包膜病毒對UV254的滅活敏感性差異不大(圖4)[11]。
通常情況下，無包膜病毒比有包膜病毒在環境中更穩定。無包膜病毒在污水中的存活時間從幾天到幾個月不等，而有包膜病毒在污水中的存活時間則為幾個小時到幾天之間[12]。當暴露于次氯酸鈉消毒劑時，有包膜病毒比無包膜病毒呈現了更高的滅活水平[13]。
目前污水處理廠的（消毒）處理工藝和出水標準，都基于無包膜病毒的滅活，而無包膜病毒比冠狀病毒等有包膜病毒更難以滅活，因此，保持現有的污水處理工藝（包括消毒工藝）并嚴格執行運行管理要求和出水標準，能夠控制病毒在城鎮污水系統中的傳播和暴露風險。
5.再生水應滿足哪些要求？
城市污水的再生利用能夠充分利用非常規水資源，推動水污染負荷的削減，擴充城市水環境容量。大多數污水處理廠已經執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)中一級標準A標準。根據前文所述，目前現有的污水處理設施，包括消毒處理設施，能夠滿足對新冠病毒傳播風險的控制。
那么，目前的標準中都是怎么樣規定呢？
根據我國《城鎮污水再生利用工程設計規范》(GB 50335-2016)中關于再生水廠消毒處理的規定，再生水的消毒方法可采用氯消毒、二氧化氯消毒、紫外消毒、臭氧消毒，也可采用紫外線與氯消毒或臭氧與氯消毒的組合方法。常規氯投加量宜采用6 ~15 mg/L，二氧化氯投加量宜采用4 ~10 mg/L，與再生水的接觸時間不應小于30 min；紫外線消毒劑量宜采用24 ~30 mJ/cm2，接觸時間宜為5~30s；臭氧消毒投加量宜為8 ~15 mg/L，接觸時間宜為10 ~20 min。
根據我國《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)中一級標準A標準的規定，出水中的糞大腸菌群數不得超過1000 個/L。對于再生水的利用，《城市污水再生利用 景觀環境用水水質》(GB/T 18921-2019)中也規定了觀賞性景觀用水的糞大腸菌群不得超過1000 個/L。疫情期間，污水處理廠的糞大腸菌群排放限值可適當降低。例如，深圳市在疫情期間，規定了糞大腸菌群限值內控標準為200個/L，特殊情況下，也不得超過500個/L，比國標更加嚴格。
總的來說，嚴格執行這些標準，可以對污水處理廠再生水、排放出水和受納水體中的病毒傳播風險進行有效控制。
6.總結
新型冠狀病毒在城鎮污水處理系統中存在著潛在的傳播風險，但嚴格執行污水處理廠出水標準和再生水利用標準，可以控制病毒的傳播風險。相比于腸道病毒，冠狀病毒在水中的存活時間更短，目前的消毒處理工藝也能夠滿足冠狀病毒的滅活要求。新型肺炎疫情期間，應確保出水糞大腸菌群穩定達到城鎮污水處理廠污染物排放標準的要求；同時應加強城鎮污水處理系統從業人員的防護措施，避免污水接觸、污泥接觸、氣溶膠吸入等方面的暴露風險。
參考文獻
[1]Wigginton, K. R. et al. (2015). Emerging investigators series: the source and fate of pandemic viruses in the urban water cycle. Environ Sci-Wat Res, 1(6), 735-746.
[2] www.researchgate.net/publication/258425493_Inactivation_of_viruses/figures
[3]王新為等 (2004). SARS冠狀病毒的抵抗力研究. 環境與健康雜志, 02:67-71.
[4]Rabenau, H. F. et al. (2005). Stability and inactivation of SARS coronavirus. Med Microbiol Immun, 194(1-2), 1-6.
[5]Gundy, P. M. et al. (2009). Survival of coronaviruses in water and wastewater. Food Environ Virol, 1(1), 10.
[6]Bibby, K. et al. (2015). Persistence of Ebola virus in sterilized wastewater. Environ Sci Tech Let, 2(9), 245-249.
[7]Sidhu, J. P. S. et al. (2010). Pathogen inactivation during passage of stormwater through a constructed reedbed and aquifer transfer, storage and recovery. Water Sci Technol, 62(5), 1190-1197.
[8]Prado, T. et al. (2019). Performance of wastewater reclamation systems in enteric virus removal. Sci Total Environ, 678, 33-42.
[9]mp.weixin.qq.com/s/eCFEP0_hGSVCPTl0uuxhyw
[10]Bibby, K. et al. (2017). Disinfection of Ebola virus in sterilized municipal wastewater. PLoS Neglect Trop D, 11(2).
[11]Ye, Y., Chang et al. (2018). Reactivity of enveloped virus genome, proteins, and lipids with free chlorine and UV254. Environ Sci Tech, 52(14), 7698-7708.
[12]Ye, Y. et al. (2016). Survivability, partitioning, and recovery of enveloped viruses in untreated municipal wastewater. Environ Sci Tech, 50(10), 5077-5085.
[13]Gallandat, K., & Lantagne, D. (2017). Selection of a biosafety level 1 (BSL-1) surrogate to evaluate surface disinfection efficacy in Ebola outbreaks: comparison of four bacteriophages. PloS one, 12(5).
琬琳 供稿