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戴晓虎:污水处理厂污泥中病毒的赋存特性及处理处置过程中暴露风险防控研究进展

时间:2020-04-21 10:04

来源:给水排水

作者:戴晓虎等

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1 引言

一段时间以来,由2019-nCoV病毒引发的COVID-19新冠肺炎疫情牵头全国亿万人民的心,是继2003年SARS疫情后我国发生的又一次重特大疫情,引发世界各国的关注。近日,国内钟南山院士团队从新冠肺炎患者粪、尿中分离出2019-nCoV新型冠状病毒,警示存在“粪-口”、“粪-呼吸”的可能性。新冠病毒(2019-nCoV)与SARS-CoV、MERS-CoV、Ebolavirus、H5N1等一样,均属于包膜病毒。一些临床报告表明SARS-CoV、禽流感病毒等包膜病毒可通过感染患者的粪便排出体外,进而通过排水系统进入污水处理系统。相关存活性研究表明,许多包膜病毒随粪便进入城市污水系统后,可在几天到几个月内仍具有感染能力。与此同时,污泥富含有机物,导致其容易吸附大量的病毒,有研究表明,人体排泄的100多种病毒可能吸附在污泥中,由此保护病毒免受消毒灭活。因此,需重视随粪便排出的2019-nCoV新型冠状病毒进入城市污水系统后,通过污泥进行二次传播及暴露的风险。

截止2018年我国县级以上城市污水处理厂污泥已达到6765万吨(含水率80%计),且每年以5%-8%的比例增长,预计2020~2025年间,我国污泥年产量将突破8000万吨(含水率80%计)。由于污泥复杂的特性及广泛的来源,不仅含有有机质、氮、磷、钾等营养物质也含有病毒、致病菌、寄生虫卵、重金属等有毒有害物质。目前我国污水厂污泥厂区内实现了浓缩脱水等减量化处理,正在大力推进污泥稳定化、无害化、资源化处理处置,对于污泥卫生化处理的要求关注度较少。已有《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)、《城镇污水处理厂污泥泥质》(GB24188-2009)、《农用污泥污染物控制标准》(GB4284-2018)等污泥处理处置标准对粪大肠菌群、细菌总数、寄生虫卵等进行限值控制,但尚未涉及到病毒的控制值。污水厂污泥处理处置环节中病毒的赋存、传播、灭活及暴露风险还不够清晰,需加强污泥卫生化相关的基础理论及技术方面的研究。

本文系统总结国内外污水处理厂污泥中病毒的赋存特征、灭活特性、传播途径、风险防控技术等方面的研究进展,并提出存在的问题,以便为疫情期间污水厂污泥中新冠病毒的风险防控,以及对未来加强相关方面的研究及标准制定提出了建议。

2 污泥中病毒的赋存特征

2.1 污泥中的病毒

病毒是一种含核酸(DNA或RNA)、依靠宿主活细胞增殖的非细胞型生物。按感染对象的不同,可分为细菌病毒、植物病毒、动物病毒等。根据有无包膜可分为包膜病毒(如冠状病毒)和无包膜病毒(如肠道病毒),其中研究表明包膜类病毒在环境中更易失活。研究发现病毒可随粪便进入污水收集系统,进而吸附在污泥,因此,新冠病毒可能也存在类似现象。目前污泥中已被检出含有多种病毒,如肠道病毒(Enteroviruses)、腺病毒(Adenovirus)、甲型肝炎病毒(Hepatitis A virus)、轮状病毒(Rotavirus)、疱疹病毒(Herpesvirus)、乳头瘤病毒(Papillomavirus)、博卡病毒(Bocavirus)、冠状病毒HKU1(Coronavirus HKU1)等。污泥中一些常见病毒的类型及浓度如表1所示。

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肠道病毒(Enterovirus):单正链RNA病毒,无包膜,主要包括脊髓灰质炎病毒(Poliovirus)、埃可病毒(Echovirus)、柯萨奇病毒(Coxsackievirus)等,可引起脊髓灰质炎、心肌炎等疾病,主要通过粪-口和呼吸道感染传播。Sidhu和Toze报道称由于污泥的吸附作用,污泥中肠道病毒的浓度往往高于污水厂进水中的浓度,同时其对消毒剂的耐受性较强,导致存活时间也较长,因此认为未消毒处理的污泥土地利用时存在风险。

腺病毒(Adenovirus):线性双链DNA病毒,无包膜,可引起呼吸道疾病。研究表明,腺病毒可在污泥中大量存在(约1.3×102-7.96×105GC/L)。Gerba等发现对免疫功能低下的癌症患者,肠道腺病毒可导致53%-69%的死亡率,同时与其他肠道病毒相比,腺病毒对紫外线和热的耐受力更强,因而可在环境中存活更长的时间。

轮状病毒(Rotavirus):双链RNA病毒,无包膜,具有双层衣壳,主要经粪-口途径或呼吸道途径传播。Arraj等]报道称与脊髓灰质炎病毒相比,污泥对轮状病毒的吸附能力较弱,其在污泥中的浓度较低。

甲型肝炎病毒(Hepatitis A virus):单正链RNA病毒,无包膜,主要通过粪-口传播,可引起人类肠道肝炎。Straub等用PCR检测未消化污泥和消化污泥中的甲型肝炎病毒时发现8个样本中有7个均可检测到该病毒,认为该病毒广泛存在于污泥中,但尚不能判断它们是否仍具有感染活性。

星状病毒(Astrovirus):单正链RNA病毒,球形、无包膜,可引起幼小动物产生腹泻症状,可通过粪-口传播。有研究表明污泥中可检测到星状病毒,但其详细报道不多。

目前关于污泥中病毒的报道主要是无包膜病毒,关于包膜病毒报道较少,这可能是由于包膜病毒在城市污水中浓度较低、且被认为易降解,因而一直以来在污水污泥中没有得到足够的关注。然而,2013年Bibby等对美国5个污水处理厂中的污泥进行鸟枪病毒基因组学研究时发现污泥中冠状病毒HKU1的检出率超过80%,且相对丰度较高,应加强重视污泥中冠状病毒等包膜类病毒的存活与灭活。

据文献报道,冠状病毒(Coronavirus)为单正链RNA病毒,有包膜,宿主为脊椎动物(如人、鼠、猪、牛等),可造成呼吸系统感染等人类疾病,室温条件下,SARS冠状病毒GVU6109株可在碱性pH的腹泻粪便中能存活4d,在呼吸道中存活17d。

综上,目前污水厂污泥中检出率和浓度相对较高的主要是无包膜类的病毒(如肠道病毒),但随着检测技术的发展和人们对冠状病毒等包膜类病毒的重视,包膜类病毒在污泥中的检出和存活也逐渐受到关注,未来对污泥中病毒的种类(包膜类和无包膜类病毒)的认识也会逐步提升。

2.2 污泥中病毒的检测方法

污泥中病毒的检测通常包括三个过程,即洗脱、浓缩和检测。

编辑:赵凡

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全部评论

  • E20网友 2020-04-21 10:46

     污泥碳化剂优势     市政(工业)污泥调理:本产品为自主研发的无机高分子处理剂,传统污泥处理常使用聚铝、铁盐、石灰,加药配药流程繁琐,产泥量大,滤布易钙化,金属元件容易腐蚀,有刺鼻的氨气味,破坏MBR膜,生化系统菌种铁离子(氯离子)中毒,高处置费等弊端的现象。     污泥碳化剂不含氯离子,铁离子,不损失物料热值,成功规避了传统污泥处理药剂的弊端,不破坏其有机质比例,产泥量小,污泥含水率可做到60%以内,大幅度提高了污泥脱水率。电话18304923928

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