戴曉虎:汙水處理廠汙泥中病毒的賦存特性及處理處置過程中暴露風險...

北極星水處理網訊:1 引言

一段時間以來，由2019-nCoV病毒引發的COVID-19新冠肺炎疫情牽頭全國億萬人民的心，是繼2003年SARS疫情後我國發生的又一次重特大疫情，引發世界各國的關注。近日，國內鍾南山院士團隊從新冠肺炎患者糞、尿中分離出2019-nCoV新型冠狀病毒，警示存在「糞-口」、「糞-呼吸」的可能性。新冠病毒（2019-nCoV）與SARS-CoV、MERS-CoV、Ebolavirus、H5N1等一樣，均屬於包膜病毒。一些臨床報告表明SARS-CoV、禽流感病毒等包膜病毒可通過感染患者的糞便排出體外，進而通過排水系統進入汙水處理系統。相關存活性研究表明，許多包膜病毒隨糞便進入城市汙水系統後，可在幾天到幾個月內仍具有感染能力。與此同時，汙泥富含有機物，導致其容易吸附大量的病毒，有研究表明，人體排洩的100多種病毒可能吸附在汙泥中，由此保護病毒免受消毒滅活。因此，需重視隨糞便排出的2019-nCoV新型冠狀病毒進入城市汙水系統後，通過汙泥進行二次傳播及暴露的風險。

截止2018年我國縣級以上城市汙水處理廠汙泥已達到6765萬噸（含水率80%計），且每年以5%-8%的比例增長，預計2020~2025年間，我國汙泥年產量將突破8000萬噸（含水率80%計）。由於汙泥複雜的特性及廣泛的來源，不僅含有有機質、氮、磷、鉀等營養物質也含有病毒、致病菌、寄生蟲卵、重金屬等有毒有害物質。目前我國汙水廠汙泥廠區內實現了濃縮脫水等減量化處理，正在大力推進汙泥穩定化、無害化、資源化處理處置，對於汙泥衛生化處理的要求關注度較少。已有《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》（GB18918-2002）、《城鎮汙水處理廠汙泥泥質》（GB24188-2009）、《農用汙泥汙染物控制標準》（GB4284-2018）等汙泥處理處置標準對糞大腸菌群、細菌總數、寄生蟲卵等進行限值控制，但尚未涉及到病毒的控制值。汙水廠汙泥處理處置環節中病毒的賦存、傳播、滅活及暴露風險還不夠清晰，需加強汙泥衛生化相關的基礎理論及技術方面的研究。

本文系統總結國內外汙水處理廠汙泥中病毒的賦存特徵、滅活特性、傳播途徑、風險防控技術等方面的研究進展，並提出存在的問題，以便為疫情期間汙水廠汙泥中新冠病毒的風險防控，以及對未來加強相關方面的研究及標準制定提出了建議。

2 汙泥中病毒的賦存特徵

2.1 汙泥中的病毒

病毒是一種含核酸（DNA或RNA）、依靠宿主活細胞增殖的非細胞型生物。按感染對象的不同，可分為細菌病毒、植物病毒、動物病毒等。根據有無包膜可分為包膜病毒（如冠狀病毒）和無包膜病毒（如腸道病毒），其中研究表明包膜類病毒在環境中更易失活。研究發現病毒可隨糞便進入汙水收集系統，進而吸附在汙泥，因此，新冠病毒可能也存在類似現象。目前汙泥中已被檢出含有多種病毒，如腸道病毒（Enteroviruses）、腺病毒（Adenovirus）、A型肝炎病毒（Hepatitis A virus）、輪狀病毒（Rotavirus）、皰疹病毒（Herpesvirus）、乳頭瘤病毒（Papillomavirus）、博卡病毒（Bocavirus）、冠狀病毒HKU1（Coronavirus HKU1）等。汙泥中一些常見病毒的類型及濃度如表1所示。

腸道病毒（Enterovirus）：單正鏈RNA病毒，無包膜，主要包括脊髓灰質炎病毒（Poliovirus）、埃可病毒（Echovirus）、柯薩奇病毒（Coxsackievirus）等，可引起脊髓灰質炎、心肌炎等疾病，主要通過糞-口和呼吸道感染傳播。Sidhu和Toze報導稱由於汙泥的吸附作用，汙泥中腸道病毒的濃度往往高於汙水廠進水中的濃度，同時其對消毒劑的耐受性較強，導致存活時間也較長，因此認為未消毒處理的汙泥土地利用時存在風險。

腺病毒（Adenovirus）：線性雙鏈DNA病毒，無包膜，可引起呼吸道疾病。研究表明，腺病毒可在汙泥中大量存在（約1.3×102-7.96×105GC/L）。Gerba等發現對免疫功能低下的癌症患者，腸道腺病毒可導致53%-69%的死亡率，同時與其他腸道病毒相比，腺病毒對紫外線和熱的耐受力更強，因而可在環境中存活更長的時間。

輪狀病毒（Rotavirus）：雙鏈RNA病毒，無包膜，具有雙層衣殼，主要經糞-口途徑或呼吸道途徑傳播。Arraj等]報導稱與脊髓灰質炎病毒相比，汙泥對輪狀病毒的吸附能力較弱，其在汙泥中的濃度較低。

A型肝炎病毒（Hepatitis A virus）：單正鏈RNA病毒，無包膜，主要通過糞-口傳播，可引起人類腸道肝炎。Straub等用PCR檢測未消化汙泥和消化汙泥中的A型肝炎病毒時發現8個樣本中有7個均可檢測到該病毒，認為該病毒廣泛存在於汙泥中，但尚不能判斷它們是否仍具有感染活性。

星狀病毒（Astrovirus）：單正鏈RNA病毒，球形、無包膜，可引起幼小動物產生腹瀉症狀，可通過糞-口傳播。有研究表明汙泥中可檢測到星狀病毒，但其詳細報導不多。

目前關於汙泥中病毒的報導主要是無包膜病毒，關於包膜病毒報導較少，這可能是由於包膜病毒在城市汙水中濃度較低、且被認為易降解，因而一直以來在汙水汙泥中沒有得到足夠的關注。然而，2013年Bibby等對美國5個汙水處理廠中的汙泥進行鳥槍病毒基因組學研究時發現汙泥中冠狀病毒HKU1的檢出率超過80%，且相對豐度較高，應加強重視汙泥中冠狀病毒等包膜類病毒的存活與滅活。

據文獻報導，冠狀病毒（Coronavirus）為單正鏈RNA病毒，有包膜，宿主為脊椎動物（如人、鼠、豬、牛等），可造成呼吸系統感染等人類疾病，室溫條件下，SARS冠狀病毒GVU6109株可在鹼性pH的腹瀉糞便中能存活4d，在呼吸道中存活17d。

綜上，目前汙水廠汙泥中檢出率和濃度相對較高的主要是無包膜類的病毒（如腸道病毒），但隨著檢測技術的發展和人們對冠狀病毒等包膜類病毒的重視，包膜類病毒在汙泥中的檢出和存活也逐漸受到關注，未來對汙泥中病毒的種類（包膜類和無包膜類病毒）的認識也會逐步提升。

2.2 汙泥中病毒的檢測方法

汙泥中病毒的檢測通常包括三個過程，即洗脫、濃縮和檢測。

病毒的洗脫是通過洗脫液將病毒和汙泥分離，主要洗脫液包括10%牛肉提取液、酸沉澱後牛肉浸液、明礬沉澱後Tris緩衝液等。Monpoeho等對比了8種洗脫方法，發現0.03M NaCl-7%牛肉提取物（pH 7.5）和10%牛肉提取物（pH 9）兩種洗脫方法，更利於後續病毒的細胞培養和PCR檢測。Sano等認為傳統的牛肉提取液含有的蛋白質、腐殖酸等物質不利於後續基因的擴增，因而開發了酶病毒洗脫法（EVE），研究表明溶菌酶等與RT-PCR結合可使病毒回收率達到31%，是使用10%牛肉提取液洗脫法的4倍左右。

病毒的濃縮可提高其檢出率，並減小洗脫液的體積，主要包括聚乙二醇濃縮法、超速離心法、過濾法（超濾法、膜過濾法等）、有機絮凝法等。Prado等發現與直接超速離心濃縮法相比，基於牛肉提取液洗脫法的超速離心法更適合汙泥中人腺病毒HAdV、輪狀病毒RV-A和諾如病毒NoV-GII的濃縮與檢測。

病毒的檢測常採用細胞培養法、免疫學檢測法（免疫螢光法（IFA）、酶聯免疫吸附法（ELISA））和分子生物學檢測法（PCR、基因晶片等）。細胞培養法作為傳統的病毒檢測方法，直接通過細胞病變及死亡情況來表徵汙泥中病毒濃度及其感染活性，檢測便捷、直觀，但檢測周期較長、檢測病毒類型有限（僅適合可分離培養病毒，對諾如病毒、星狀病毒、沙坡病毒等病毒難以分離培養無法檢測）。同時，免疫學檢測法（如免疫螢光法IFA、酶聯免疫吸附法ELISA）用於汙泥病毒檢測，常存在檢出限高、靈敏度低等問題。

分子生物學檢測法具有快速、高效、靈敏、特異等特點，在國內外得到廣泛的應用，可同時對多種病原微生物進行快速分析檢測，主要方法包括聚合酶鏈式反應（PCR）、基於核酸序列擴增（NASBA）、環介導等溫核酸擴增技術（LAMP）、基因晶片等，同時可與細胞培養法、免疫技術結合使用，如抗原捕獲PCR（AC-PCR）方法。採用PCR技術檢測汙泥病毒時，提取液中的腐殖酸、無機鹽等會對PCR造成抑制作用，可利用聚乙二醇沉澱、樹脂過濾等方法消除這些影響。此外，Chen等採用基因晶片特異型雜交可對8種冠狀病毒進行特異性鑑定和鑑別時，其靈敏度比PCR高1000倍，且可同時用於8種冠狀病毒感染的診斷。但是，分子生物學方法也存在無法區分感染性和非感染型病毒顆粒的不足。因此，在實際應用時，應根據檢測需求，結合目標病毒與汙泥泥質的特點，選擇合適的分析方法。

對於汙泥中腸道病毒和輪狀病毒的檢測，美國環境保護局（USEPA）採用10%牛肉提取液作為洗脫液，進而利用有機絮凝法進行病毒的濃縮，最後使用BGM細胞系進行噬菌斑分析，以定量檢測病毒，但該方法並不能準確檢測所有腸道病毒，其定量性能很大程度上與汙泥類型和性質有關。

汙泥中病毒種類眾多，能否找到可以表徵汙泥病毒性的指示病毒，以及如何快速表徵汙泥病毒活性是目前研究者們關注的重點。Bibby等利用病毒宏基因組學揭示了汙泥中病毒多樣性，並認為病毒宏基因組學可結合qPCR、細胞培養法等病毒檢測數據，為病毒在汙泥中的傳播及風險評估提供數據支撐。與此同時，噬菌體如體細胞大腸桿菌噬菌體（SOMCPH）常被用於指示汙水汙泥中的腸道病毒。澳大利亞等國家已經將SOMCPH添加到汙泥衛生化處理的標準中，並採用雙層瓊脂技術、直接提取等提取方法，結合RT-PCR檢測汙泥中的SOMCPH。但目前研究的噬菌體更多用來指示汙泥中的腸道病毒，尚不清楚是否能指示其他類型的病毒，因此需繼續探索適用於汙泥中其他病毒汙染的表徵方法。

2.3 汙泥中病毒的存活

病毒離開寄主後不能繁殖，但可以在汙泥中存活一定時間。研究表明將含有病原微生物的汙泥進行土地利用後，發現兩周後土壤中未檢測到腸道病毒；大腸桿菌、糞大腸菌群和腸球菌等致病菌在2個月內緩慢下降，但產氣莢膜梭菌濃度變化不大，這表明不同病原微生物的存活特性不同。同時，汙泥中病毒的存活時間與外界環境因素有重要關係，如溫度、pH、溼度、汙泥組分等。

溫度的影響：溫度升高，會造成病毒的蛋白質變性，酶類活性消失，從而造成病毒的存活率和存活時間降低。實驗室條件下，汙泥中不同溫度下豬瘟皰疹病毒（SuHV-1）的存活時間不同：50℃存活時間不到1h；40℃存活時間為4d；30℃存活時間為34d。感染性極強的SARS（SARS-CoV）病毒常溫下可在人的糞便和尿液中穩定存活1-2d，而在4℃和-80℃環境下至少可存活4d。Schwarz等研究也表明，汙泥中的病毒在冬季可以存活很長一段時間，特別是在汙泥中的深層（>1米）。

pH的影響：汙泥中病毒的存活還受到pH的影響，高pH值可導致病毒蛋白質衣殼和核酸被破壞，從而抑制病毒的存活。Feng等研究發現，相比於鹼性條件，噬菌體MS2在酸性條件下能夠存活的更好；A型肝炎病毒等病毒可在pH為1-3.75時穩定存活，被認為具有耐酸性。pH還會影響汙泥中游離氨（NH3）的存在水平，從而影響病毒的存活狀況，Ward和Ashley研究表明厭氧消化汙泥中的游離氨（NH3）可引起脊髓灰質炎病毒不可逆轉的滅活，Magri等發現噬菌體對氨的抗性高於腺病毒和輪狀病毒。環境中的pH還可影響病毒的帶電性能，從而影響汙泥與病毒的結合，周玉芬等發現活性汙泥對f2噬菌體的吸附能力隨著pH的升高而下降。

溼度的影響：有報導表明，潮溼的環境有利於病原微生物的存活，且溼度每降低10%，病毒可檢出量便會減少80%。Ward和Ashley研究發現隨著水分的蒸發，汙泥中固體含量由65%增至83%，脊髓灰質炎病毒滴度可降低3個數量級以上。Rouch等發現噬菌體、大腸桿菌等在空氣乾燥過程中明顯減少。非典型肺炎SARS病毒在物品表面乾燥後可以存活48h，而在患者的排洩物中可生存4d左右。不同的病毒對乾燥的耐受能力不同，Scattar等發現保存8個月後的汙泥塘幹汙泥樣品中腸道病毒和呼腸孤病毒仍舊存活，Mccaustland等表明A型肝炎病毒在42%的相對溼度下在糞便中存活時間為30d。

汙泥組分的影響：作為一個複雜體系，汙泥中大量含有有機物、膠體物質等，因此汙泥組分也可能影響病毒的存活特徵。Tennant等發現犬冠狀病毒在犬糞便中的生存時間較生長培養基明顯縮短，認為可能與糞便中的pH值、離子和膠體的存在有關。Berg等發現腸道病毒在5℃下的延時曝氣池中可存活38d，而在氧化溝中僅能存活17d，可能與不同汙泥中所含物質不同有關。Bagdasaryan研究發現與有菌條件相比，在無菌條件下土壤中病毒的存活率更高，表明汙泥和土壤中微生物的存在也會影響病毒的存活。

2.4 汙水廠汙泥中病毒的控制標準

針對汙泥處理處置，目前美國主要採用的是1993年頒布的《美國生物汙泥產生、使用和處置報告》（40 CFR Part503）這一標準，其中對汙泥中病原菌、病毒的控制提出了具體要求（表2）。歐盟針對汙泥處理處置制定了多項汙泥標準，其中汙泥農用準則（Sewage Sludge Directive 86/278/EEC）是歐盟各成員國制訂汙泥標準時的參考框架，標準中雖未對汙泥中病毒等病原體的含量作出明確要求，但要求汙泥進行適當的調理，以去除病原微生物。法國、丹麥、芬蘭等歐盟成員國對致病微生物的控制限值如表2所示。

我國針對汙泥處理處置最早頒布的標準是《農用汙泥中汙染物控制標準》（GB4284-1984），提出了農用汙泥等的汙染指標，但對有機汙染物和生物學指標並未作出要求。2002年頒布的《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》（GB18918-2002）中提出了汙泥穩定化的控制指標，其中規定了汙泥中蠕蟲卵死亡率和糞大腸菌菌群的限值。此後，我國制定一系列汙泥處理處置標準，包括《城鎮汙水處理廠汙泥泥質》（GB24188-2009）、《城鎮汙水處理廠汙泥處置混合填埋用泥質》（GB/T 23485-2009）、《農用汙泥汙染物控制標準》（GB4284-2018）等，各標準對汙泥衛生學指標的限值如表3所示。目前我國汙泥泥質的衛生學指標一般採用糞大腸菌群數、寄生蟲卵含量、細菌總數，然而這些病原微生物與大多數病毒對消毒劑和周圍環境的耐受能力不同，因此無法準確表徵汙泥中病毒的汙染狀況，是否引入病毒學指標需要深入研究。

我國僅有傳染病醫療機構對其產生的汙泥限制了腸道病毒這一病毒學指標，如表4所示，不過該標準未對腸道病毒的檢測方法和取樣量進行明確規定，需要參考國外標準，結合我國國情完善我國汙泥衛生學指標體系，防控汙泥處理處置過程中病毒二次傳播及暴露風險。

2.5 汙泥中病毒的滅活

由於汙泥是一種高含水、多介質的複雜體系，和水等均勻介質存在較大的差異，導致汙水中常用的消毒方法（如氯消毒、臭氧消毒等）應用於汙泥時，消毒效果不理想。因此，國內外對汙泥中病毒的滅活開展了一系列研究和工程實踐，總體可分為物理法（高溫、輻射、乾燥等）、化學法（石灰穩定法、二氧化氯、過氧乙酸等）、生物法（酶等）等三大類。

2.5.1 物理法

高溫滅活：高溫可破壞病毒的蛋白質，從而實現病毒的滅活，常用的方法主要包括巴氏殺菌法（一般在60-82℃）、熱處理法（>100℃）等。有研究發現採用巴氏殺菌法（70℃，30min）可殺滅濃縮汙泥中沙門氏菌和細胞病變腸道病毒。用熱處理滅活貽貝中A型肝炎病毒（HAV）時發現在60℃下處理30min，80℃浸泡10min和100℃浸泡1min均不足以滅活所有病毒；需要在100℃浸泡2min才能完全滅活病毒。Zenker等研究發現超聲波與傳統熱處理結合還可以實現低頻超聲波和熱的協同作用，提高病原體的滅活效果。

輻射消毒：輻射消毒通常採用β或γ射線（用來自60Co或137Ce）在室溫下（20℃）照射汙泥，可實現汙泥的消毒。張韶華等[71]採用γ射線和電子束照射城市汙水廠汙泥時發現較低劑量(1 kGy)輻照即可大幅降低活性汙泥中的細菌總數。Robert等 發現汙泥中的脊髓灰質炎病毒對微波輻射最敏感；艾柯病毒對γ輻射比脊髓灰質炎病毒更敏感。不過，輻射的消毒效果會受到汙泥厚度的影響，研究發現汙泥厚度會影響糞性鏈球菌、真菌、放線菌和細菌總數的消毒效果。

乾燥滅活：有研究發現腸道病毒會隨著汙泥自然蒸發乾燥而滅活，乾燥過程中脊髓灰質炎病毒的活性明顯降低。在汙泥乾燥過程中病毒顆粒可被分解，釋放出遺傳物質，因而這種滅活是不可逆的。目前利用人工熱源可將汙泥含水率降至20%以下 ，此過程主要是基於熱效應發揮消毒作用。

2.5.2 化學法

通過添加鹼性材料（如石灰、氨水、爐渣等）將pH調節至12或者以上，實現病毒的滅活，是一種簡單、經濟的消毒方法。Bruna等研究發現鹼法穩定能在2-24h內滅活汙泥中的大腸桿菌、沙門氏菌等病原指示微生物。石灰穩定法還可在24h內將接種到堆肥和生汙泥中的腺病毒5型，輪狀病毒Wa和雄性特異性大腸桿菌噬菌體MS2降至低於檢出限。研究發現革蘭氏陰性桿菌與腸道病毒對熟石灰較為敏感，且利用熟石灰消毒時，有機物和溫度對其消毒效果影響較小。此外，添加石灰引起的溫度升高也是殺滅病原微生物的重要原因。Boost等[86]發現汙泥中加入石灰後溫度可由20℃升至98℃。鹼法穩定法還常與熱處理等聯合使用，可增強滅菌效果，並提高汙泥脫水性能。

除石灰、氨水外，常用的消毒劑還有次氯酸鈉、過氧乙酸等。Tsai等發現次氯酸鹽比二氧化氯對大腸桿菌的消毒效果更好，且消毒效果與汙泥特性及濃度、攪拌速度有關，即汙泥濃度越低，攪拌速度越快，消毒效果越好。他們還發現與濃縮汙泥相比，兩種消毒劑對二沉汙泥的消毒效果更好。過氧乙酸（PAA）是一種結構簡單的過氧化有機酸，氧化性強是高效滅活病毒的主要原因。張景麗研究發現次氯酸鈉和過氧乙酸兩種消毒劑對MBR工藝的汙泥消毒均有效，但前者效果略優於後者；採用次氯酸鈉對汙泥消毒時會產生消毒副產物（如CHCl3），而過氧乙酸消毒過程中無明顯副產物的生成，認為過氧乙酸更佳。朱丹等[87]發現對沉降了30min的活性汙泥進行消毒可減少過氧乙酸的投加量。

2.5.3 生物法

汙泥微生物可通過捕食、拮抗和營養競爭等方式實現病原微生物的殺滅，還可利用降解病毒蛋白質外殼的酶實現病毒的滅活。Paluszak等表明在堆肥過程中豬瘟病毒的滅活與汙泥中的微生物緊密相關。Lipson等研究表明汙泥細菌可以利用病毒作為生長基質，從而促進病毒的滅活。Cliver等發現汙泥中柯薩奇A-9型病毒可被蛋白水解菌（尤其是銅綠假單胞菌）滅活。有研究表明厭氧消化過程汙泥中微生物產生的蛋白酶可增加大腸桿菌噬菌體MS2的失活，是引起汙泥中腸道病毒衰變的重要因素之一。Ward等發現厭氧消化汙泥中，脊髓灰質炎病毒的核糖核酸和兩種最大的病毒蛋白都被裂解，這可能與汙泥中的核糖核酸酶和蛋白酶有關。一些研究表明土壤和混合垃圾中細菌的產生酶也具有滅活病毒的現象，Nasser等研究土壤中銅綠假單胞菌產生的純蛋白酶、蛋白酶和胞外酶對MS2大腸桿菌噬菌體和一系列腸道病毒失活的影響，發現所有被檢測的蛋白酶源均顯示出抗病毒活性，但活性取決於病毒類型。Ming等發現混合垃圾中1型脊髓灰質炎病毒（PO1）失活的部分原因是由垃圾中的細菌產生的蛋白水解酶引起的。

此外，研究表明不同環境條件下微生物對病毒的滅活效果不同。Hurst發現在好氧微生物的作用下人類脊髓灰質炎病毒1型菌株LSc-2ab的滅活可增高2-3倍，而厭氧微生物作用下未發現這一現象，認為土壤中的抗病毒活性作用可歸因於好氧微生物的存在。Scheuerman等也發現與厭氧消化（0.33log10/d）相比，汙泥好氧消化（0.77log10/d）對病毒的滅活率更高。

3 汙泥處理處置中病毒的傳播及暴露風險

3.1 汙泥處理處置環節中病毒的傳播和暴露

我國汙水處理廠汙泥處理系統包括汙泥貯存、濃縮、調理、脫水/幹化、存儲、運輸等環節。根據目前國家有關汙泥穩定及資源化需要，汙泥處理系統還包括汙泥厭氧消化、好氧堆肥、焚燒等處理工藝。在這些處理環節中病毒可能存在氣流傳播及操作人員的接觸傳播，然而目前關於汙水廠汙泥處理過程中病毒的傳播和暴露途徑及風險缺乏系統研究。2020年2月1日，生態環境部發出了《新型冠狀病毒汙染的醫療汙水應急處理技術方案》，其中提及「汙泥在貯泥池中進行消毒，貯泥池有效容積應不小於處理系統24h產泥量，且不宜小於1m³。貯泥池內需採取攪拌措施，以利於汙泥加藥消毒；應儘量避免進行與人體暴露的汙泥脫水處理，儘可能採用離心脫水裝置」，這對於疫情期間汙水處理廠汙泥處理環節的應急防控具有指導和參考價值。

除了汙泥處理環節，汙泥處置過程中也可能存在病毒的擴散及暴露風險，包括汙泥土地利用（比如土壤改良、園林綠化、農用、林地利用）、汙泥填埋、汙泥建材利用等環節。目前關於汙泥土地利用中病毒的風險評估比較多。研究表明未消毒處理的汙泥一旦進入土地，吸附汙泥中的病毒可能會浸出風險。有證據表明汙泥中的病毒在土地利用過程中可能形成氣溶膠，導致存在空氣傳播暴露的風險。有關汙泥土地利用的定量微生物風險評估分析表明與沙門氏菌相比，諾如病毒、腺病毒每年的感染風險要大，其次為腸道病毒。在不同的暴露途徑，病毒風險等級大小分別為：直接攝入>氣溶膠吸入>>汙染地下水攝入>汙染食物攝入。根據美國EPA 503法規記錄，對汙泥土地利用附近公眾最大的風險途徑是吸入汙泥土地利用中形成的帶病原體的氣溶膠，包括將汙泥放入噴灑裝置、汙泥噴灑到土地，以及汙泥拌入土壤等過程，因為直接攝入汙泥將病毒帶入人體的概率很低。如何降低汙泥土地利用過程中氣溶膠傳播風險，一方面是可通過強化汙泥衛生化前端處理（汙泥消毒）削減汙泥病毒的含量，另一方面也可通過設置防護間距來控制，研究表明間隔距離從30增加165m時，病毒感染風險可減少0.5-1.0 log。此外汙泥含水率也會是一個重要影響因素，研究發現脫水汙泥土地利用過程中拋散產生的氣溶膠是液態汙泥噴灑的80倍。但是，與液態汙泥相比，脫水汙泥的運輸更加經濟，因此我們需要優化脫水汙泥的含水率，以便平衡經濟成本與病毒傳播風險。

3.2 汙泥處理工藝對病毒的削減作用

（1）汙泥厭氧消化

汙泥厭氧消化是實現汙泥穩定化的重要手段。厭氧過程易腐有機物的降解，同時高溫條件存留一定時間，可顯著殺滅有效殺死絕大多數病原物，實現汙泥的衛生化。美國EPA503指出[55]汙泥在35℃到55℃厭氧消化處理15d以上，在20℃處理60d，可顯著減少病原體數量。研究表明經中溫厭氧消化處理，可滿足美國EPA 503規定的B類汙泥標準。Cheunbarn等用厭氧中溫-厭氧高溫或厭氧高溫-厭氧中溫的雙消化系統，處理初沉汙泥和剩餘汙泥的混合物，當進泥中沙門菌濃度為2-12 MPN/g TS時，高溫反應器（62℃）處理14d，同時中溫反應器（37℃）處理1d，沙門菌等致病菌均能達到美國EPA 503規定的A 類汙泥產品標準。

然而，不同汙泥消化條件對病毒的削減作用不同。研究表明僅靠中溫厭氧消化不能有效降低汙泥中感染性病毒的水平。在美國，由中溫厭氧消化處理產生的B級汙泥中能夠檢測出感染性腸道病毒和腺病毒，它們的含量分別可達到101~103和102~104 MPN/g汙泥。與中溫厭氧消化相比，汙泥高溫厭氧消化對腺病毒的去除率更高。研究發現高溫發酵（60℃，65kpa）可導致噬菌體f2每小時降低3.5log10，高溫消化（54.5℃）每小時可降低滴度1.2log10，而中溫消化（34.5℃）僅觀察到每小時0.04log10的失活率，其中溫度對三種工藝中噬菌體的滅活的貢獻率分別為100%、32%和19%。Levantesi等對比兩種預處理方法（熱水解和超聲波）和5種汙泥消化工藝（高溫厭氧消化TAD 55℃、中溫厭氧消化MAD 37℃、中溫厭氧消化與常溫好氧消化AA、中溫/高溫厭氧消化UMT、超聲波/中溫/高溫厭氧消化UMT-S）對體細胞大腸桿菌質粒（SOMCPH，病毒替化性指標）的削減效果，結果表明熱預處理（135℃、20min）的log10去除率最高，可達到3.9~5.2，而超聲波預處理幾乎沒有去除效果。5種汙泥消化工藝對SOMCPH的log去除率分別為：UMT-S（2.4±0.4）≈UMT（2.3±0.4）≈TAD（2.2±0.7）≈AA（2.0±0.6）>MAD（0.9±0.4）。Astals等研究發現汙泥中溫厭氧消化（37℃，20d）對SOMCPH和F-RNA細菌質粒（FRNAPH）的平均log10去除率分別為1.0和2.7，而通過80℃、10min衛生化處理後，log10去除率均超過6.0，這可能跟體系中蛋白酶存在有關，有待於進一步研究證實。

總體而言，厭氧消化作為汙泥穩定化的工藝，具有一定的去除病原微生物和病毒的效果，起到汙泥的衛生化處理的作用，研究結果表明，汙泥高溫厭氧消化及多級串級消化工藝對病毒有更好的削減作用。針對汙泥徹底衛生化的要求，滅活汙泥病原菌及病毒，採用汙泥消毒+厭氧消化（如高級厭氧消化）或高溫衛生化處理是一種有效的途徑。

（2）汙泥堆肥

汙泥堆肥通過有機質降解產生的熱量，使基質升溫，在穩定化過程中溫度可達55-70℃，在一定的停留時間條件下，可充分去除大多數腸道微生物。研究表明55-70℃溫度條件下可使病毒削減3-4 log10。美國EPA 503指出汙泥堆肥溫度上升到40℃或者更高，維持此溫度5d，同時在這5d期間，有4h溫度超過55℃，即可顯著減少病原體數量；使用靜態好氧堆肥方法，汙泥溫度控制在55℃以上，並持續3d，若使用攤堆方法時，汙泥溫度控制在55℃或者更高，並且要持續15d以上，可進一步殺滅病原體數量。

Paluszak等發現在汙泥好氧堆肥過程中，既使沒有高溫階段，病毒的存活時間僅為34-44.5h，認為除了溫度之外，堆肥過程其他理化因素可能也會引起病毒的削減。脫水作用可能是引起病毒削減的另一個原因，它可通過病毒衣殼的斷裂，導致核苷酸的釋放。Heck研究發現堆肥終產物中未發現腸病毒。Watanabe等研究表明在1.0g溼堆肥基質也沒有檢測出病毒，認為汙泥堆肥基質中病毒每年的感染風險低於萬分之一，表明汙泥堆肥對病毒有很好的控制效果。

但是，汙泥堆肥也存在一定的不足，如對某些抵抗力較強的植物病毒和噬菌體去除效果有限，同時在堆肥過程煙麴黴等病原性真菌的生長也對堆肥操作人員的健康存在風險。

（3）汙泥石灰穩定

石灰穩定是目前控制汙泥中病毒等病原體數量的有效手段。美國EPA 503指出通過向汙泥投加足量的石灰，使pH≥12，接觸2h以上，可顯著減少病原體。

研究發現在原汙泥中腸道病毒的含量為3.4-167 MPNCU/g TS，經石灰處理後汙泥未發現存活的腸道病毒。Sattar等研究發現石灰穩定對腺病毒和吸腸孤病毒等其他病毒的削減也是有效的。研究表明石灰穩定處理11h後脊髓灰質炎病毒的去除率可達到90%。Brewster等研究發現在每克幹汙泥中加80g以上石灰，儲存1d後，汙泥中腸道病毒的含量低於1PFU/4gTS，滿足美國EPA503中關於A級汙泥的要求。此外，Koch和Strauch研究發現汙泥特性可能影響石灰穩定滅活病毒的效果，同等條件下在厭氧消化汙泥中滅活脊髓灰質炎病毒所需的石灰劑量是生汙泥的2.5倍。石灰穩定滅活病毒的機理可能主要是在此過程中pH呈鹼性（pH≥12），同時在此pH條件，NH4+離子會轉化形成游離氨（NH3）。研究表明高pH和氨的共同作用，腸道病毒的削減可達到至少4 log10。事實上，不同病毒對pH和游離氨的耐受程度不同，如細小病毒對游離氨更敏感，而脊髓灰質炎病毒對高pH值（12以上）更敏感。因此，確保石灰穩定對汙泥病毒殺滅效果的重要條件：高pH值和游離氨。

然而，石灰穩定還不能認為是汙泥衛生化處理的最有效方法，雖然能顯著降低病毒等病原體的數量，但是不能將它們全部殺死，此外，添加量大及高pH值不利於汙泥後續處置，因此，通常作為一種應急處理方式。

（4）汙泥幹化

汙泥幹化是通過汙泥水分蒸發，實現汙泥減量化的一種重要手段，研究表明其對病毒等病原體也有很好的削減作用。美國EPA 503指出汙泥在沙床、礫石床或未鋪石磚的床層上自然風乾3個月以上（2個月以上溫度大於零度），可顯著減少病原體數量；汙泥熱幹化溫度高於80℃以上，且含水量低於10%，可進一步殺滅病原體。

Romdhana等評估了四種熱幹化工藝（轉筒間接幹化、轉筒直接幹化、薄層幹化、太陽能幹化）對A肝病毒的削減效果，研究表明前三種幹化工藝對A肝病毒的滅活所需時間分別為10min、20min和10s，但太陽能幹化效果不明顯。轉筒間接幹化初期，A肝病毒濃度不變，當溫度達到75℃時，濃度開始快速下降，大約10min後，消毒完成。轉筒直接幹化溫度較高（80-100℃），但消毒大概需要20min，這是因為當汙泥量較大時汙泥傳熱速率較慢。薄層幹化表面溫度可達到112-137℃，因此其對A肝病毒消毒時間僅需要10s。太陽能幹化由於溫度較低（低於38℃），對A肝病毒等致病微生物幾乎沒有消減效果。這表明溫度是影響汙泥熱幹化過程中病毒削減的重要因素。Brashear和Ward研究了汙泥風乾過程中病毒活性的變化，發現在汙泥含水率的下降到20%過程中，病毒的感染性會逐漸降低，表明汙泥脫水作用有利於減少病毒的感染活性。研究表明汙泥脫水可使脊髓灰質炎病毒的結構被分解，釋放出其遺傳物質RNA，在汙泥中不可逆地被滅活，研究發現通過蒸發使汙泥中含固率增加至83%以上，可有效地滅活汙泥中的脊髓灰質炎病毒（滴度降低1 log10以上），且感染性恢復率明顯下降，也可使呼腸孤病毒和柯薩奇病毒滴度明顯下降。此外，Rouch等也發現汙泥風乾過程中大腸桿菌噬菌體數量會逐漸減少，表明汙泥自然幹化過程中腸道病毒也可能削減。但是，De Oliveira等對比了三種溫度（室溫、30℃和60℃）的汙泥熱幹化，發現三種汙泥幹化條件脊髓灰質炎病毒均會快速削減，但是體細胞大腸桿菌噬菌體（somatic coliphages）會持續存在，表明汙泥經低溫熱幹化處理後可殺滅部分病毒，但某些抵抗力強的病毒削減效果有限。

總之，高溫和低含水率是實現汙泥幹化過程中病毒削減的兩個重要方面。目前沒有證據表明低溫熱幹化（40-50℃）條件下會促進病毒等病原體活性的增加。與致病菌不同，病毒的繁殖是在宿主細胞中完成的，因而可以肯定病毒在汙泥中是不能繁殖，但是在低溫、高溼條件下其存活時間有可能延長。

4 存在問題及展望

4.1 存在問題

（1）汙水處理廠汙泥病毒的賦存特徵尚不清晰，特別是冠狀病毒研究較少。由於汙泥來源廣泛、組成複雜，儘管目前有關汙泥病毒的檢測方法較多，包括噬菌斑培養、RT-PCR、流式細胞式、染色法等，但這些方法都存在一定局限性，不能全面反映汙泥中病毒的種類及豐度。近年來，病毒宏基因組學技術的發展有望推動汙泥病毒的賦存特徵深入研究。

（2）汙泥處理處置過程病毒的傳播及暴露風險不明。目前關於國外關於汙泥產物土地利用等環節中病毒等致病微生物的暴露風險及傳播途徑有一定的研究，但對於汙泥貯存、濃縮、調理、脫水、儲存、轉運等處理環節中病毒的傳播途徑及暴露風險尚未報導。這次疫情期間，不少專家針對汙水廠汙泥處理處置的風險防控提出了不少建議，如鄭興燦等建議疫情期間初沉池直接超越運行，同時適度提高活性汙泥濃度，延長實際運行汙泥泥齡，加強脫水間通風與消毒，儘量採用熱幹化或石灰鹼法穩定等方式進行消毒處理，汙泥存儲及運輸過程應密閉，必要時，噴灑消毒劑。這些建議為疫情的病毒風險防控起到很好的支撐作用，但從長遠來看，對汙泥中病毒及病原菌的傳播與暴露風險還缺乏深入的研究，難以滿足未來精準及科學防控的要求。

（3）我國汙泥中病毒控制要求和標準有待完善。目前美國、法國等國制定的汙泥標準對腸道病毒進行限制性控制，但是我國尚沒有汙水廠汙泥中病毒控制的相關要求，有待於進一步健全。

（4）汙泥中病毒的防控技術研發有待加強。隨著我國將生物安全納入國家安全體系的重要方向，汙水廠汙泥中病毒等病原體的衛生化要求勢必進一步提高，然而現有汙泥衛生化技術能否滿足新形勢的更高要求，有待進一步研究評估。

4.2 展望

（1）建立我國汙水廠汙泥病毒的基礎性資料庫

建立適合我國汙泥病毒的檢測方法，解析汙泥全鏈條處理處置環節病毒的賦存特徵、轉化規律及傳播風險，探明我國汙泥病毒的時空分布規律，構建我國汙泥病毒的基礎性資料庫，為汙水處理廠汙泥中病毒風險防控提供科學依據。

（2）加強汙泥處理處置過程中病毒傳播途徑及暴露風險研究

探明汙泥處理處置過程中典型病毒的潛在傳播及暴露途徑，為突發性感染疫情防控期間汙泥處理處置過程中應急防控提供科學依據；研究汙泥典型病毒在土-氣-水不同環境介質的擴散遷移機制，闡明汙泥典型病毒對生態系統和人類健康的潛在中長期風險。

（3）完善汙泥處理處置病毒管控標準體系

基於汙泥中病毒傳播及暴露風險，建立汙泥處理處置環節感染性病毒（應急）防控的管理方案，以細菌質粒為基礎篩選確定汙泥衛生化的控制指標，基於感染性病毒的傳播特性、致病性風險、存活及殺滅特性，提出定量化、分級管控標準，構建完善的汙水廠汙泥衛生化管理體系。

（4）強化汙泥衛生化處理新技術研發

加強現有汙泥處理處置技術對病毒等致病微生物的削減效能研究，基於汙泥衛生化要求優化現有汙泥處理處置技術參數，針對汙泥中突發性感染病毒，研發新型的汙泥防控技術體系及方案。

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