葉利蘭 甘春娟 陳 垚# 袁紹春

(1.重慶交通大學河海學院，重慶 400074；2.重慶市市政設計研究院，重慶 400012)

新型冠狀病毒(2019-nCoV)肺炎疫情發(fā)生以來，經(jīng)過全國上下齊心協(xié)力、頑強奮戰(zhàn)，國內(nèi)形勢積極向好，但境外疫情形勢依然嚴峻。家庭和公共場所的消毒是有效防控2019-nCoV的重要手段。2020年2月18日，國家衛(wèi)生健康委員會印發(fā)了《消毒劑使用指南》[1]：明確要求在疫情防控期間嚴格遵循“五加強七不宜”，正確合理地使用消毒劑，真正做到切斷傳播途徑，控制傳染病流行。在這場病毒防疫戰(zhàn)中，正確合理的消毒劑使用可以殺滅大量的病原微生物，抑制病毒的生長，阻斷病毒的傳播，從而保證人們的身體健康。然而，若消毒劑使用不當，殘留于環(huán)境中的大量消毒劑可擴散到大氣中、流入地表水或滲入地下水，進而威脅到當?shù)厮鷳B(tài)系統(tǒng)和人類身體健康[2]。在此背景下，本研究綜述了含氯消毒劑對冠狀病毒(CoV)的滅活特性，總結分析了含氯消毒劑進入水環(huán)境的主要途徑，對水體中浮游植物和水生動物的毒理作用，對生物群落結構的影響，并對含氯消毒劑的規(guī)范化使用提出了相關建議。

1 含氯消毒劑對CoV的滅活特性

據(jù)文獻報道[3],[4]59，引發(fā)此次肺炎的2019-nCoV屬于β屬CoV，而這類病毒因存在包膜已被證實對消毒劑抗力低，同時對紫外線和熱也敏感，一般情況下，56 ℃下水浴30 min，或采用含氯消毒劑、過氧乙酸和75%(體積分數(shù))乙醇、乙醚、氯仿等脂溶劑均可有效滅活病毒，但氯己定無法破壞病毒包膜。含氯消毒劑主要通過與水發(fā)生反應，產(chǎn)生HClO，并釋放出具有極強氯化作用的活性氯原子和氧化能力的初生態(tài)氧，進而有效殺滅CoV病毒(見表1)。因此，疫情防控期間世界衛(wèi)生組織(WHO)建議每天應使用有效氯為500 mg/L的常規(guī)家用消毒劑對床頭柜、沙發(fā)和其他經(jīng)常接觸的物體表面進行至少1次的預防性清潔消毒[8]，以對2019-nCoV病毒的傳播途徑進行滅活阻斷。國內(nèi)學者則建議采用有效氯為500～1 000 mg/L的含氯消毒劑對物體進行浸泡、表面擦拭或噴灑，并且消毒結束后需用清水擦拭或沖洗[4]60。金偉等[9]3通過對上海市定點隔離酒店、定點收治醫(yī)院的排水管及末端污水處理廠中2019-nCoV病毒的檢測，證實正常的污水消毒方式和消毒劑量可有效滅活2019-nCoV，并建議居家隔離人員在抽水馬桶放置消毒氯片，集中收治區(qū)域實行正常消毒，沒有必要過量使用消毒劑。

由表1還可看出，正確合理使用含氯消毒劑可有效滅活多種CoV。但疫情防控期間，存在含氯消毒劑大規(guī)模和大劑量使用。據(jù)報道，自2020年1月29日至2月18日，武漢市各區(qū)、各單位累計投放消毒藥劑1 963.58 t，其中，26座污水處理廠尾水強化消毒用量1 777.36 t，污泥消毒用量33.69 t[10]，再現(xiàn)了“非典”時期過度消毒的現(xiàn)象[11]。長時間大量使用含氯消毒劑會造成大量消毒劑殘留在環(huán)境中。有證據(jù)表明，多種消毒劑殘留物會在土壤、地下水、植物等環(huán)境中長期存在，對動植物產(chǎn)生急性和慢性毒性作用，并進入食物鏈，通過生物富集作用，對人體健康造成危害[12]。同時，消毒劑在殺滅CoV的同時，也滅活了大量有益微生物。

表1 含氯消毒劑對CoV的滅活效果

2 含氯消毒劑對水生生物及群落結構的影響

使用含氯消毒劑產(chǎn)生的含氯廢水進入水體后可能會造成水環(huán)境污染。自然水體通過各類微生物、水生植物和水生動物的食物鏈關系進行水體、底泥和大氣之間的能量交換與物質(zhì)循環(huán)，從而形成水體自凈過程。若水中殘留的活性氯含量過高，可能會導致生物多樣性降低，造成生態(tài)系統(tǒng)異源演替，甚至出現(xiàn)關鍵物種的喪失，導致生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生退化[13]2721。消毒劑的過量使用對河湖生態(tài)系統(tǒng)的水化學過程、群落結構和生態(tài)演替都可能造成深遠影響，應予以足夠的重視。早在20世紀初期，國內(nèi)因在水產(chǎn)養(yǎng)殖中使用含氯消毒劑進行消毒，逐漸開始重視水中殘余活性氯對水生生物的影響[14]?？梢灶A見，疫情防控期間大規(guī)模、大劑量使用含氯消毒劑，殘留的活性氯很可能會通過地表徑流、排水管網(wǎng)和污水含氯尾水排放進入自然水體，進而對水體中的水生生物產(chǎn)生不可逆的毒理作用，從而影響水生生物群落結構。

2.1 含氯消毒劑進入水環(huán)境的主要途徑

在疫情防控期間，不僅對室內(nèi)環(huán)境進行消毒，也會對室外公共場所進行大面積的噴灑消毒。消毒期間造成大量含氯消毒劑殘留，這些含氯消毒劑會隨降雨徑流作用進入地表水中，或通過滲透作用進入到地下水中，從而對微生物群落和水生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。而家庭和公共場所用水器具使用高濃度、高劑量的含氯消毒劑還會通過排水設施進入城鎮(zhèn)污水處理廠，導致污水處理廠進水余氯含量較高，進而對生物池中的活性污泥產(chǎn)生抑制作用，甚至對生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生破壞性影響。高劑量NaClO會嚴重損傷污水處理系統(tǒng)中的聚磷菌，影響吸磷和釋磷速率[15]。目前，已證實2019-nCoV可以通過糞便污水進入排水設施[9]2。為進一步防控2019-nCoV的衛(wèi)生學風險，各地污水處理廠往往在消毒設施中增加了含氯消毒劑的投加劑量，但過量的余氯可能產(chǎn)生致癌性含氯有機物(三鹵甲烷)和持久性高毒性有機物(鹵乙酸、鹵代硝基甲烷)等消毒副產(chǎn)物，排入水體后引發(fā)持久性累積效應，進一步增加生態(tài)風險。為避免疫情防控期間污水處理廠因大劑量投加含氯消毒劑產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物對水環(huán)境的影響，住房和城鄉(xiāng)建設部出臺了《關于疫情期間城鎮(zhèn)污水處理廠加氯消毒設施運行建議》，指出需要加強對尾水中余氯含量的檢測，嚴格控制出水余氯含量，以避免余氯含量過高對后續(xù)接納水體造成影響。但該建議并未給出尾水余氯含量控制閾值。同時，對于鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠而言，往往由于技術和設備原因，難以嚴格控制出水余氯含量，導致尾水余氯含量過高。相關研究表明，對于含活性氯尾水連續(xù)排入的自然水體，活性氯應控制在0.01 mg/L(以Cl2計)以下，才能防止其對水生生物的影響，若水體中存有敏感生物，活性氯則不能超過0.002 mg/L[16]。

2.2 含氯消毒劑對浮游植物的毒理作用

含氯消毒劑進入水體后，殘留的余氯會對水生植物，尤其是浮游植物產(chǎn)生影響，但其影響程度取決于水體水質(zhì)條件，如水中較高濃度的總顆粒物(TSS)和溶解性有機碳(DOC)會大量消耗水體中的余氯，進而降低其對浮游植物的影響[13]2719。相關研究證實，水體中余氯可通過抑制銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)[17]、三角褐旨藻(Phaeodactylumtricornutum)[18]、小球藻(Chlorellasp.)[19]5429等藻類的光合作用和呼吸作用，繼而對其生長產(chǎn)生明顯抑制作用。同時，水中微量活性氯的殘留和氯胺的存在均會破壞浮游植物的細胞酶活性，使其對氮的吸收功能受阻，從而影響浮游植物的繁殖能力[20]。此外，余氯對浮游植物的毒害作用受余氯濃度和作用時間影響[21]。如低水平余氯(0.02 mg/L)反而可促進小球藻的生長[19]5432，而當余氯超過0.25 mg/L時，則會對藻類生長產(chǎn)生抑制作用[22]，并隨余氯濃度的增加和作用時間的延長，抑制作用逐漸增強[23]。雖然浮游植物具有較強的恢復潛能，對余氯的脅迫損傷作用可作出較快的響應恢復，但其恢復后會導致群落結構會發(fā)生顯著變化[24]。余氯濃度過高引起浮游植物生產(chǎn)力中斷，可能導致直接或間接依賴光合作用提供能量的較高營養(yǎng)級生物的食物短缺，嚴重者可能會影響生產(chǎn)力低下區(qū)域內(nèi)各種生物的生長、繁殖潛力或最終生存[25]。

2.3 含氯消毒劑對水生動物的毒理作用

水體中殘留余氯對水生動物的毒理作用與余氯濃度、應激時間和敏感性等因素有關。由于浮游動物生命周期較短，因此，毒理效應主要基于急性毒性實驗結果[26]。由于浮游動物對氯較敏感，即使余氯含量較低，也可對浮游動物產(chǎn)生顯著影響，但相較于間歇接觸，連續(xù)接觸時浮游動物對氯的敏感閾值更低[13]2719。基于水中余氯對魚類和無脊椎動物物種的顯著毒理效應，美國環(huán)境保護署(USEPA)建議，天然淡水中總余氯(游離氯和化合氯)閾值(時均值)宜為0.019 mg/L[27]。而國內(nèi)污水處理廠出水水質(zhì)所執(zhí)行的現(xiàn)行標準中，并未規(guī)定污水處理廠尾水的余氯閾值，難以消除含氯尾水排放對水環(huán)境產(chǎn)生的生態(tài)毒理作用。對于含氯消毒劑的生態(tài)毒性，EMMANUEL等[28]研究發(fā)現(xiàn)即使水體中余氯低于1 mg/L，也可對水生生物產(chǎn)生急性毒理作用。同時，研究發(fā)現(xiàn)含氯尾水排放還會導致青鳉魚(Oreochromismossambicus)的繁殖率和水蚤(Daphniasimilis)的存活率明顯下降[29]。余氯對浮游動物的毒理作用還會與溫度產(chǎn)生協(xié)同效應，呈現(xiàn)出隨溫度的升高而浮游動物對余氯更敏感的規(guī)律[30]。江志兵等[31]研究發(fā)現(xiàn)余氯對中華哲水蚤(Calanussinicus)的毒性隨水體溫度的升高而增強。同樣，研究證實余氯對魚類的毒理作用也隨溫度升高而增強[32]88。

余氯對不同水生動物存在不同的毒性效應機制。對于魚類而言，余氯會通過氧化損傷致毒途徑導致魚鰓組織產(chǎn)生病變，阻止氧氣的進入和交換，降低血液運輸氧的能力，進而對魚類產(chǎn)生毒性作用[32]89,[33]；對于浮游動物而言，則主要通過蛋白質(zhì)外泄致毒途徑產(chǎn)生滅活[34]。而余氯對底棲動物的滅活途徑受底棲動物種類影響。余氯會通過減少渦蟲(Dugesiatigrina)攝食和運動能力，導致其生殖能力受損，表現(xiàn)出明顯的亞致死毒性[35]。受余氯影響后，搖蚊(Chironomidae)幼蟲和水蚯蚓(Limnodrilushoffmeisteri)會隨時間推移和水溫上升表現(xiàn)出不同的恢復特性，其中，搖蚊幼蟲可較快恢復，而未被殺死的水蚯蚓因處于應激狀態(tài)而恢復進程較緩慢[36]29。

2.4 含氯消毒劑對生物群落結構的影響

微生物是水生態(tài)物質(zhì)循環(huán)和能量流動等生態(tài)過程的重要參與者，但其群落結構易受環(huán)境因素干擾而發(fā)生演替。微生物群落結構屬于生物群落結構的一部分，含氯消毒劑可殺滅大多數(shù)病原微生物，也會對微生物群落結構產(chǎn)生影響。水體中殘留的消毒劑可能會破壞微生物的細胞壁，或者對其蛋白質(zhì)造成氧化損傷[37]。如活性氯從0.057 mg/L增加至0.070 mg/L時，菌群多樣性明顯降低，并顯著改變了優(yōu)勢菌種[38]。同時，當含氯消毒劑超量排放至受納水體時，殘留的余氯首先以游離氯形式存在。但在水動力條件下，游離氯不斷稀釋、光分解和揮發(fā)，并與水中還原物質(zhì)和有機物質(zhì)發(fā)生反應形成性質(zhì)比較穩(wěn)定的氯胺[39]2。相對于游離氯，氯胺超過 1 mg/L時即可對水體中的硝化細菌產(chǎn)生明顯抑制作用[40]，進而影響水體中氮的循環(huán)過程。最新研究指出，含氯尾水排放會顯著影響水環(huán)境中的微生物群落，降低微生物多樣性，甚至導致水體中具有硝化功能的微生物發(fā)生缺失，進而破壞水體中氮還原體系，影響自然水體中氮循環(huán)過程[39]3?？梢?，過量含氯消毒劑排放至自然水體，會破壞環(huán)境功能微生物的菌群結構，改變微生物生態(tài)功能，進而影響生物群落結構。

含氯消毒劑不僅會對微生物群落結構產(chǎn)生影響，也會對水生植物和動物種群演替產(chǎn)生影響。研究表明，低水平氯(0.05～0.15 mg/L)會導致海洋浮游植物群落的物種組成發(fā)生重大變化[41]。此外，含氯尾水中余氯和消毒副產(chǎn)物的聯(lián)合作用還可對受納水體的生物群落產(chǎn)生不利影響[42]。水生生物群落中的微生物、植物和動物種群之間是相互影響、相互作用的。水中溶解氧的主要來源是浮游生物的光合作用，當水中余氯濃度過高時會導致浮游植物死亡，光合作用減弱，水中溶解氧濃度降低[36]28。然而,底棲無脊椎動物種類的多樣性指數(shù)與水中溶解氧呈顯著正相關關系[43]。當水中溶解氧濃度降低時，底棲動物也會受到相應的影響。同時，在池塘中施用ClO2會在短期內(nèi)增加水體氨氮毒性，并導致浮游動物的種類、密度和生物量顯著增加，進而導致浮游植物生物量顯著下降、小型化藻類增多、優(yōu)勢種顯著變化[44]。含氯消毒劑大量使用不僅會對單一水生物種造成影響，對水生態(tài)系統(tǒng)的群落結構和生態(tài)演替都可能造成深遠的影響，進而影響水生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)，最終破壞水生態(tài)系統(tǒng)的平衡。

3 含氯消毒劑的規(guī)范化使用

3.1 源頭削減

在疫情防控期間，社區(qū)、公共場所和家庭均應嚴格按產(chǎn)品使用說明書上標明的使用濃度進行消毒劑配制，以避免過量使用消毒劑，尤其是不宜使用有效氯大于1 000 mg/L的消毒劑進行預防性消毒。在進行家庭室內(nèi)消毒時，若家人身體無明顯異常，可適當減少消毒次數(shù)或放棄大面積消毒，以降低HClO對身體的傷害。同時，應盡量減少一些室外公眾場所的過度消毒，如避免在小區(qū)入口處設置全身噴淋式的消毒通道。此外，若小區(qū)無感染者或密切接觸者時，公共場所的消毒應以清潔衛(wèi)生為主，預防性消毒為輔，重點對高頻接觸的門把手、電梯按鈕、門禁按鈕等物體表面進行消毒。對于空氣流通性較好的室外公共場所，尤其是人體很少直接接觸的區(qū)域，不建議進行大面積消毒，尤其是不應在池塘、水庫、湖泊等水環(huán)境中投加含氯消毒劑。

3.2 過程控制

針對含氯消毒劑產(chǎn)生的廢水，可通過在進入水體前設置調(diào)蓄、攔截和凈化設施進行凈化處理，以阻斷降雨徑流攜帶含氯消毒劑廢水進入水體。當含氯消毒劑的生活污水或醫(yī)療廢水進入污水處理廠后，應通過處理工藝流程的強化措施，并根據(jù)進水余氯指標的變化情況，及時采取有針對性的應急措施。當對醫(yī)療廢水進行消毒時，若含氯消毒劑投加量不足，則易與污水中的氨氮生成氯胺。同樣地，家用消毒劑進入污水中也通常以氯胺形態(tài)存在[45]38。雖然氯胺氧化能力較弱，但低濃度便可對硝化功能微生物產(chǎn)生顯著的抑制作用，進而影響污水處理系統(tǒng)的生物脫氮作用。因此，在疫情防控期間特別要保證城市污水處理廠的穩(wěn)定運行。王洪臣[45]39建議疫情防控期間，污水處理廠運行時應密切關注余氯的瞬時波動特性，并嚴密監(jiān)控和及時預警活性污泥的活性，可通過增加污泥回流比或投加營養(yǎng)物質(zhì)促進活性污泥中微生物的生長，以減少余氯對處理系統(tǒng)的沖擊效應。為防止含氯尾水排放對水生態(tài)系統(tǒng)的影響，可將污水處理廠尾水中余氯閾值控制在0.5 mg/L以下。

3.3 末端治理

當污水處理廠含氯尾水排放進入水環(huán)境后，也可以通過水力調(diào)控、曝氣復氧提高水中溶解氧濃度，并結合水生植物生態(tài)系統(tǒng)構建，強化消毒劑在水體中降解和脫毒，降低其對水體生物健康的影響。例如，采取超微凈化水處理技術，可以把水質(zhì)中的殘留消毒產(chǎn)物、氮磷、藻類、膠體等污染物進行清除。水體曝氣復氧技術經(jīng)常用于湖泊、河道污染治理，通過增強水體自凈能力，改善水環(huán)境質(zhì)量。

4 結 論

在疫情防控期間，家庭和公共場所消毒是有效防范2019-nCoV傳播的重要手段，但應正確合理使用含氯消毒劑。若大規(guī)模、大劑量使用含氯消毒劑，殘留的含氯廢水易通過地表徑流、市政污水管網(wǎng)以及污水處理廠含氯尾水的排放進入水環(huán)境中，改變微生物群落結構，影響物質(zhì)循環(huán)，進而對水生生物產(chǎn)生毒性危害，甚至造成物種的喪失，破壞水生態(tài)功能。因此，各場所均應正確合理地使用含氯消毒劑，從源頭上削減使用量，并采用過程控制措施以阻斷殘留余氯進入水體中。