趙 燃

(北京市自來(lái)水集團(tuán)有限公司石景山公司，北京 100043)

2020年初，新型冠狀病毒(COVID-19)感染的肺炎疫情給人民生活和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生巨大影響，目前已經(jīng)確認(rèn)該病毒的傳播方式有飛沫傳播和直接傳播，但不排除存在糞口傳播的方式［2］，已在人體糞便中發(fā)現(xiàn)該病毒［3］，其具備了腸道病毒的部分特征。筆者梳理了水廠對(duì)腸道病毒的工藝控制和污染防范資料，以便為水廠在特殊時(shí)期采取合理積極的預(yù)防性措施，控制水質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)提供參考。

1 飲用水中的腸道病毒

1.1 飲用水中腸道病毒的傳播

腸道病毒可以通過(guò)飲用水傳播并感染人的胃腸道，腸道病毒感染者的糞便中含大量腸道病毒，受到污染的水體可能檢出腸道病毒。腸道病毒主要通過(guò)糞口傳播，也可通過(guò)呼吸道傳播［5］。這種類型的病毒個(gè)頭小、結(jié)構(gòu)特殊、致病性強(qiáng)，常見的腸道病毒有脊髓灰質(zhì)炎病毒、柯薩奇病毒、?？刹《疽约凹仔透窝撞《镜取１荒c道病毒污染的污水、固體和地表徑流，是飲用水受到腸道病毒污染的主要來(lái)源［6］。

大多數(shù)病原微生物不能在水體環(huán)境中無(wú)限期存活，病毒雖然不像某些細(xì)菌那樣在水體環(huán)境中增殖，但是可在水中存活較長(zhǎng)時(shí)間。有證據(jù)表明SARSCoV等病毒在自來(lái)水中可以存活2 d，仍然有較強(qiáng)的感染性［7］。腸道病毒在適宜的水環(huán)境中可以存活幾周，在大多自然水體和底泥中病毒比細(xì)菌的存活時(shí)間更長(zhǎng)［8］。

1.2 飲用水腸道病毒的控制標(biāo)準(zhǔn)

世界衛(wèi)生組織(WHO)編制的《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》，對(duì)病毒等可能對(duì)健康帶來(lái)危險(xiǎn)的病原體提出績(jī)效目標(biāo)的概念，即以目標(biāo)成分濃度減少的程度來(lái)評(píng)估飲用水中病原體的安全風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)行第四版中，以每升水源水有10個(gè)微生物為例，對(duì)病毒的水質(zhì)處理目標(biāo)為 5.96log(即 99.999 89%)［9］。

美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局(USEPA)編制的《國(guó)家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(NPDWRs)，明確了飲用水去除腸道病毒的數(shù)值，并作為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行。標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)病毒的滅活(去除)率大于4log(即99.99%)［10］。同時(shí)，USEPA建立了病毒污染物清單(candidate contaminant list 3，CCL 3)，遴選出腸道病毒等4種病毒作為病毒污染物，作為飲用水安全管理的目標(biāo)［11］。

我國(guó)現(xiàn)行的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)，對(duì)病毒控制提出原則性要求，即“生活飲用水中不得含有病原微生物”，其中病原微生物包括了病毒、細(xì)菌和原生動(dòng)物，將腸道病毒的限值規(guī)定為零。

1.3 腸道病毒的指示物

《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)對(duì)大腸埃希氏菌和耐熱大腸菌群規(guī)定了限值，且要求定期檢測(cè)。但是大腸桿菌或耐熱腸桿菌并不適合作為飲用水中是否存在腸道病毒的可靠標(biāo)志物［12］。因?yàn)椴《緦?duì)化學(xué)消毒的抗性較大腸桿菌更強(qiáng)［8］，出廠水中沒(méi)有大腸桿菌，但仍然可能存在病毒。關(guān)于水源性疾病暴發(fā)的研究結(jié)果表明，保障水質(zhì)安全不能完全依賴于大腸桿菌的是否檢出。

現(xiàn)有的檢測(cè)技術(shù)對(duì)具有致病性的病毒的檢測(cè)分析時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高，對(duì)儀器設(shè)備和人員要求高，且存在感染檢測(cè)人員的風(fēng)險(xiǎn)，故不宜將病毒作為飲用水指標(biāo)。學(xué)者們篩選出了具有代表性的病毒作為一類病毒的預(yù)警指示物。飲用水中腸道病毒多采用侵噬細(xì)菌的病毒，即噬菌體作為指示物。噬菌體雖非人類病毒，但在組成、形態(tài)、結(jié)構(gòu)和復(fù)制方式等方面與人類腸道病毒有許多共同之處。由于大腸桿菌噬菌體主要存在于哺乳動(dòng)物的胃腸道內(nèi)，它們?cè)陲嬘盟械拇嬖诳勺鳛榧S便污染指示，也可指示腸道病毒潛在污染。所以常常將大腸桿菌的噬菌體，作為評(píng)價(jià)水處理對(duì)腸道病毒去除效果的指示物。WHO建議使用大腸桿菌噬菌體這種非常規(guī)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，作為驗(yàn)證水體受到腸道病毒污染的評(píng)價(jià)指示物。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)建立了以大腸菌f2噬菌體和MS2噬菌體為指示病毒的水環(huán)境病毒學(xué)安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)［13］。

飲用水中無(wú)大腸桿菌噬菌體不代表飲用水中不存在腸道病毒，存在大腸桿菌噬菌體是飲用水可能已經(jīng)被糞便污染、水中存在腸道病毒的預(yù)警信號(hào)。在特殊時(shí)期，水廠應(yīng)在開展常規(guī)水質(zhì)檢測(cè)之外，在水源地、關(guān)鍵工藝和出廠環(huán)節(jié)增加對(duì)大腸桿菌噬菌體的檢測(cè)，用于提示可能出現(xiàn)的水處理過(guò)程缺陷，也可定性分析工藝段對(duì)病毒的去除效果。

2 處理工藝的控制

2.1 降低濾后水濁度

混凝、沉淀和過(guò)濾主要以去除水中的懸浮物和膠體為目標(biāo)。從控制病原微生物角度，這些工藝雖然沒(méi)有滅活病毒，但也有效地降低了水中病毒的數(shù)量。因?yàn)椴《驹谒胁⒉皇仟?dú)立存在，多是依附在體積更大的懸浮物或膠體上［14］，所以常規(guī)水處理中降低濁度的工藝也可顯著去除病毒。有研究表明，隨著水廠濾后水濁度的降低，城市每10萬(wàn)人肝炎病毒感染的病例數(shù)也隨之下降［15］。

《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)要求水廠出水濁度小于1 NTU，為了達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)，水廠一般要求更低的濾后水濁度。如果濾后水濁度在0.3 NTU以下，病毒的去除率可達(dá)到2log［16］。為了降低濁度，要求水廠通過(guò)加強(qiáng)對(duì)混凝劑和助凝劑的投加量控制，降低濾速，強(qiáng)調(diào)混凝、沉淀、過(guò)濾協(xié)同控制的作用，以便在常規(guī)水處理環(huán)節(jié)創(chuàng)造更良好的絮凝、沉淀和過(guò)濾條件。隨著水處理工藝技術(shù)和管理水平的提高，目前我國(guó)部分水廠的濁度內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)已達(dá)0.1 NTU。在特殊時(shí)期，水廠應(yīng)該通過(guò)采取更多的手段，更為嚴(yán)格地控制濁度標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 提高濾后水消毒CT值

液氯、次氯酸鈉等含氯消毒劑是常用的消毒劑，在一定濃度下不僅對(duì)各類細(xì)菌有良好的消毒作用，也對(duì)腸道病毒和新型冠狀病毒有較好的滅活作用［17］。含氯消毒劑通過(guò)作用于病毒外部的衣殼或內(nèi)部的核酸使其失去吸附復(fù)制能力，作用的位置取決于氯的濃度和病毒類型。例如新型冠狀病毒是一種含有包囊的病毒，可以推斷在有效氯含量高時(shí)更多地直接作用于核酸，含量低時(shí)更多地作用于包囊。

飲用水消毒有效氯標(biāo)示為CT值，《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求水廠出廠余氯不小于0.3 mg/L，消毒接觸時(shí)間不小于30 min，氯消毒的CT值為9.0 mg/(L·min)。飲用水處理中投加含氯消毒劑對(duì)病毒的去除試驗(yàn)，不同學(xué)者的研究結(jié)果差別較大。有人認(rèn)為這是因?yàn)榉磻?yīng)條件(例如濁度、溫度、pH等)不同造成，或者是由于指示的噬菌體耐受力不同［18］。表1所示為原水、濾后水和去離子水在不同CT值下的病毒去除情況。3個(gè)試驗(yàn)均使用MS2噬菌體作為試驗(yàn)指示物，采用近似的pH和溫度，基本排除噬菌體耐受力和環(huán)境因素影響。

表1 原水、濾后水、去離子水在不同CT值下的病毒去除率Tab.1 Removal rates of virus in raw water，filtered water and deionized water under different CT values %

從表2看出隨著CT值升高，含氯消毒劑對(duì)病毒的去除率升高，所以水廠應(yīng)在特殊時(shí)期適當(dāng)提高投加濃度，延長(zhǎng)有效接觸時(shí)間，充分利用清水池和管網(wǎng)的消毒接觸時(shí)間，盡量提高含氯消毒劑的CT值。去離子水是消毒劑滅活病毒的最理想狀態(tài)，USPEA的試驗(yàn)數(shù)據(jù)更接近于理想狀態(tài)。原水對(duì)病毒的去除效果不如濾后水，說(shuō)明水中的懸浮物、膠體和有機(jī)物對(duì)病毒有一定的保護(hù)作用。為了保證消毒效果，水廠應(yīng)更重視濾后水的消毒劑有效濃度。

2.3 穩(wěn)定膜處理滲透壓力

膜處理主要是利用分子篩理論篩分掉水中較大的待去除物，所以病毒的直徑對(duì)于膜處理的去除率起決定性作用。有研究表明當(dāng)膜平均孔徑小于病毒直徑時(shí)，膜對(duì)病毒的截留率達(dá)到99.986% ～100%［20］。膜處理不是簡(jiǎn)單的病毒過(guò)篩，膜表面和膜內(nèi)部對(duì)病毒還存在吸附作用。因?yàn)椴《镜闹睆捷^小，所以當(dāng)病毒直徑小于膜平均孔徑時(shí)，吸附截留作用是主要的去除方式，膜對(duì)病毒仍然有較高的去除率。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，0.2 μm的微濾膜對(duì)某些直徑在0.03 μm左右的腸道病毒的去除率可達(dá)99%［21］。腸道病毒的直徑為0.02～0.03 μm，新型冠狀病毒較腸道病毒更大，直徑為 0.06 ～0.14 μm［17］。超濾和納濾可以去除絕大部分腸道病毒，甚至在一定條件下單一的膜處理工藝即可滿足99.99%的USEPA標(biāo)準(zhǔn)。

有試驗(yàn)表明，在過(guò)高的過(guò)濾壓力下，病毒可能穿透孔徑更小的膜，導(dǎo)致出水病毒數(shù)量升高，如圖1所示。水廠在使用膜處理工藝去除病毒時(shí)，應(yīng)注意控制平穩(wěn)的滲透壓力，避免出現(xiàn)過(guò)高壓力。若使用的膜的平均直徑大于病毒直徑，還應(yīng)適當(dāng)降低膜的負(fù)荷和縮短反沖洗周期。當(dāng)膜的負(fù)荷高時(shí)，膜表面或內(nèi)部吸附也趨于飽和，此時(shí)對(duì)小直徑病毒的吸附作用變差，截留率會(huì)明顯下降［22］。

圖1 膜處理壓力與病毒去除率的關(guān)系Fig.1 Relationship between membrane pressure and removal rate of virus

2.4 加強(qiáng)臭氧和紫外線消毒

臭氧能夠有效滅活病毒微生物，0.25 mg/L臭氧濃度對(duì)MS2噬菌體的去除就能達(dá)到USEPA的飲用水標(biāo)準(zhǔn)。采用臭氧與氯聯(lián)用消毒時(shí)，臭氧和氯的投加量分別達(dá)到0.5和1.0 mg/L即可完全去除水中的病毒微生物［23］。

紫外線對(duì)病毒也有良好的滅活作用。紫外線照射可破壞病毒的核酸，使病毒失去活性。以柯薩奇病毒為例，有試驗(yàn)表明達(dá)到1log的去除率時(shí)，需要的紫外線劑量為6.9 mJ/cm2，達(dá)到4log需要約30 mJ/cm2。試驗(yàn)表明，不同的病毒對(duì)于紫外線的耐受程度存在差別，以MS2噬菌體為例，在29 mJ/cm2紫外線劑量下的去除率為90%，若要取得99.99%的去除率則照射劑量需達(dá)到118 mJ/cm2［24］。目前，多數(shù)水廠需要改造才可以達(dá)到這一強(qiáng)度。

2.5 重視工藝組合使用

水廠大多采用組合工藝，以地下水為水源的水廠在原水水質(zhì)較好時(shí)可能只有消毒工藝，但消毒都是所有水廠必須具備的。從表2可以看出，為實(shí)現(xiàn)USEPA規(guī)定的病毒4log(99.99%)去除率的指標(biāo)，強(qiáng)化消毒工藝尤其是充分利用清水池的停留時(shí)間，是關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)。在特殊時(shí)期，為了達(dá)到WHO規(guī)定的5.96 log(即99.999 89%)等更高病毒去除率要求，水廠可以將常規(guī)處理與深度處理相結(jié)合，例如增加應(yīng)急紫外線消毒等工藝，從而大大提高對(duì)水中病毒的去除率。

表2 各水處理工藝對(duì)腸道病毒噬菌體的去除率Tab.2 Removal rates of enterovirus phages by each water treatment process

3 腸道病毒污染防護(hù)措施

3.1 水源地污染的防護(hù)

保護(hù)飲用水不受腸道病毒污染，首先是保護(hù)水源地和明渠等輸水設(shè)施不受污染。定期對(duì)水源水和輸水設(shè)施進(jìn)行大腸桿菌噬菌體的檢測(cè)，對(duì)可能發(fā)生的污染提前預(yù)警。與環(huán)保執(zhí)法部門聯(lián)動(dòng)，對(duì)非法排污和垃圾傾倒進(jìn)行查處，在水源保護(hù)地設(shè)立緩沖區(qū)，對(duì)可能污染水源的業(yè)態(tài)和行為進(jìn)行干預(yù)［26］。建立水源水質(zhì)分級(jí)機(jī)制，特殊時(shí)期優(yōu)先使用可靠性更高的水源。

3.2 工藝廢水和污泥的防控

水處理過(guò)程中部分被去除的病毒并非被滅活而是從水中被分離，這些生產(chǎn)廢水內(nèi)的病毒極有可能再回到生產(chǎn)流程造成污染。水廠應(yīng)注意包括濾池沖洗水、膜處理沖洗水和污泥等含有病毒的生產(chǎn)廢水和污泥的回用和排放，在進(jìn)行必要的處理之前不能進(jìn)入到水處理主流程中。

3.3 水廠環(huán)境的防控

水廠應(yīng)做好廠內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境的病毒防控，避免飲用水被二次污染。水廠內(nèi)有條件的生產(chǎn)設(shè)施、設(shè)備應(yīng)加蓋封閉，確保所有負(fù)壓設(shè)備安全、密封、可靠。對(duì)新投入使用、開蓋檢修、長(zhǎng)期停用后復(fù)用的設(shè)備和管線，應(yīng)進(jìn)行必要的消毒和沖洗。建議采用1 000 mg/L次氯酸鈉進(jìn)行消毒，快速滅活腸道病毒［27］。對(duì)生產(chǎn)車間的新風(fēng)入口進(jìn)行安全評(píng)估，入口附近不應(yīng)存在污染源，不應(yīng)設(shè)置在醫(yī)院發(fā)熱門診的下風(fēng)向，不在周邊存放危險(xiǎn)廢物或進(jìn)行污泥處理等。作業(yè)人員每天應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)地下或半地下生產(chǎn)構(gòu)筑物進(jìn)行一定次數(shù)的強(qiáng)制通風(fēng)。

3.4 接觸人員的防控

水廠可能直接或間接接觸水的人員包括運(yùn)行工、加藥工、取水工、巡查工等。水廠應(yīng)對(duì)所有相關(guān)員工采取必要的體檢和防護(hù)措施。在特殊時(shí)期，重新編排倒班人員的班次，減少交接班次數(shù)。生產(chǎn)區(qū)域的運(yùn)行人員除必須持有健康證外，還需每日進(jìn)行體溫檢測(cè)，體溫不正常者禁止進(jìn)入生產(chǎn)場(chǎng)所。確保涉水人員的健康，避免帶病工作。相關(guān)人員在疑似患傳染病或確診但未痊愈期間，不能進(jìn)入生產(chǎn)場(chǎng)所。水廠制水車間應(yīng)執(zhí)行門禁制度，其他工作人員及外來(lái)人員在未經(jīng)傳染驗(yàn)證前禁止進(jìn)入。相關(guān)人員在開放式的制水構(gòu)筑物進(jìn)行操作和巡視時(shí)，應(yīng)佩戴口罩、工帽以避免污染水體。

4 結(jié)語(yǔ)

飲用水中的腸道病毒可以通過(guò)糞口傳播，并在水中長(zhǎng)期存在。通過(guò)目前的水處理工藝，以水為媒介傳播腸道病毒的概率極小。水廠可以通過(guò)嚴(yán)格控制出廠水濁度、強(qiáng)化消毒提高CT值、穩(wěn)定膜處理壓力、加強(qiáng)臭氧及紫外線等深度處理工藝，以提高對(duì)病毒的去除率。同時(shí)，水廠應(yīng)至少?gòu)乃吹亍⒐に噺U水和污泥、廠區(qū)環(huán)境、接觸人員這4個(gè)方面積極防控，避免自來(lái)水受到病毒污染。