1 引言

一段時間以來，由2019-nCoV病毒引發(fā)的COVID-19新冠肺炎疫情牽頭全國億萬人民的心，是繼2003年SARS疫情后我國發(fā)生的又一次重特大疫情，引發(fā)世界各國的關注。近日，國內鐘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，均屬于包膜病毒。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(tǒng)進入污水處理系統(tǒng)。相關存活性研究表明，許多包膜病毒隨糞便進入城市污水系統(tǒng)后，可在幾天到幾個月內仍具有感染能力。與此同時，污泥富含有機物，導致其容易吸附大量的病毒，有研究表明，人體排泄的100多種病毒可能吸附在污泥中，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污水系統(tǒng)后，通過污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污水處理廠污泥已達到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，我國污泥年產量將突破8000萬噸（含水率80%計）。由于污泥復雜的特性及廣泛的來源，不僅含有有機質、氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質也含有病毒、致病菌、寄生蟲卵、重金屬等有毒有害物質。目前我國污水廠污泥廠區(qū)內實現(xiàn)了濃縮脫水等減量化處理，正在大力推進污泥穩(wěn)定化、無害化、資源化處理處置，對于污泥衛(wèi)生化處理的要求關注度較少。已有《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質》（GB24188-2009）、《農用污泥污染物控制標準》（GB4284-2018）等污泥處理處置標準對糞大腸菌群、細菌總數(shù)、寄生蟲卵等進行限值控制，但尚未涉及到病毒的控制值。污水廠污泥處理處置環(huán)節(jié)中病毒的賦存、傳播、滅活及暴露風險還不夠清晰，需加強污泥衛(wèi)生化相關的基礎理論及技術方面的研究。

本文系統(tǒng)總結國內外污水處理廠污泥中病毒的賦存特征、滅活特性、傳播途徑、風險防控技術等方面的研究進展，并提出存在的問題，以便為疫情期間污水廠污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 污泥中病毒的賦存特征

2.1 污泥中的病毒

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(jù)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(huán)境中更易失活。研究發(fā)現(xiàn)病毒可隨糞便進入污水收集系統(tǒng)，進而吸附在污泥，因此，新冠病毒可能也存在類似現(xiàn)象。目前污泥中已被檢出含有多種病毒，如腸道病毒（Enteroviruses）、腺病毒（Adenovirus）、甲型肝炎病毒（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。污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報道稱由于污泥的吸附作用，污泥中腸道病毒的濃度往往高于污水廠進水中的濃度，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污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，腺病毒可在污泥中大量存在（約1.3×102-7.96×105GC/L）。Gerba等發(fā)現(xiàn)對免疫功能低下的癌癥患者，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(huán)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]報道稱與脊髓灰質炎病毒相比，污泥對輪狀病毒的吸附能力較弱，其在污泥中的濃度較低。

甲型肝炎病毒（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檢測未消化污泥和消化污泥中的甲型肝炎病毒時發(fā)現(xiàn)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于污泥中，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癥狀，可通過糞-口傳播。有研究表明污泥中可檢測到星狀病毒，但其詳細報道不多。

目前關于污泥中病毒的報道主要是無包膜病毒，關于包膜病毒報道較少，這可能是由于包膜病毒在城市污水中濃度較低、且被認為易降解，因而一直以來在污水污泥中沒有得到足夠的關注。然而，2013年Bibby等對美國5個污水處理廠中的污泥進行鳥槍病毒基因組學研究時發(fā)現(xiàn)污泥中冠狀病毒HKU1的檢出率超過80%，且相對豐度較高，應加強重視污泥中冠狀病毒等包膜類病毒的存活與滅活。

據(jù)文獻報道，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(tǒng)感染等人類疾病，室溫條件下，SARS冠狀病毒GVU6109株可在堿性pH的腹瀉糞便中能存活4d，在呼吸道中存活17d。

綜上，目前污水廠污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(fā)展和人們對冠狀病毒等包膜類病毒的重視，包膜類病毒在污泥中的檢出和存活也逐漸受到關注，未來對污泥中病毒的種類（包膜類和無包膜類病毒）的認識也會逐步提升。

2.2 污泥中病毒的檢測方法

污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污泥分離，主要洗脫液包括10%牛肉提取液、酸沉淀后牛肉浸液、明礬沉淀后Tris緩沖液等。Monpoeho等對比了8種洗脫方法，發(fā)現(xiàn)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，更利于后續(xù)病毒的細胞培養(yǎng)和PCR檢測。Sano等認為傳統(tǒng)的牛肉提取液含有的蛋白質、腐殖酸等物質不利于后續(xù)基因的擴增，因而開發(fā)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，并減小洗脫液的體積，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(fā)現(xiàn)與直接超速離心濃縮法相比，基于牛肉提取液洗脫法的超速離心法更適合污泥中人腺病毒HAdV、輪狀病毒RV-A和諾如病毒NoV-GII的濃縮與檢測。

病毒的檢測常采用細胞培養(yǎng)法、免疫學檢測法（免疫熒光法（IFA）、酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA））和分子生物學檢測法（PCR、基因芯片等）。細胞培養(yǎng)法作為傳統(tǒng)的病毒檢測方法，直接通過細胞病變及死亡情況來表征污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(yǎng)病毒，對諾如病毒、星狀病毒、沙坡病毒等病毒難以分離培養(yǎng)無法檢測）。同時，免疫學檢測法（如免疫熒光法IFA、酶聯(lián)免疫吸附法ELISA）用于污泥病毒檢測，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）、基于核酸序列擴增（NASBA）、環(huán)介導等溫核酸擴增技術（LAMP）、基因芯片等，同時可與細胞培養(yǎng)法、免疫技術結合使用，如抗原捕獲PCR（AC-PCR）方法。采用PCR技術檢測污泥病毒時，提取液中的腐殖酸、無機鹽等會對PCR造成抑制作用，可利用聚乙二醇沉淀、樹脂過濾等方法消除這些影響。此外，Chen等采用基因芯片特異型雜交可對8種冠狀病毒進行特異性鑒定和鑒別時，其靈敏度比PCR高1000倍，且可同時用于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(qū)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(jù)檢測需求，結合目標病毒與污泥泥質的特點，選擇合適的分析方法。

對于污泥中腸道病毒和輪狀病毒的檢測，美國環(huán)境保護局（USEPA）采用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，最后使用BGM細胞系進行噬菌斑分析，以定量檢測病毒，但該方法并不能準確檢測所有腸道病毒，其定量性能很大程度上與污泥類型和性質有關。

污泥中病毒種類眾多，能否找到可以表征污泥病毒性的指示病毒，以及如何快速表征污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污泥中病毒多樣性，并認為病毒宏基因組學可結合qPCR、細胞培養(yǎng)法等病毒檢測數(shù)據(jù)，為病毒在污泥中的傳播及風險評估提供數(shù)據(jù)支撐。與此同時，噬菌體如體細胞大腸桿菌噬菌體（SOMCPH）常被用于指示污水污泥中的腸道病毒。澳大利亞等國家已經將SOMCPH添加到污泥衛(wèi)生化處理的標準中，并采用雙層瓊脂技術、直接提取等提取方法，結合RT-PCR檢測污泥中的SOMCPH。但目前研究的噬菌體更多用來指示污泥中的腸道病毒，尚不清楚是否能指示其他類型的病毒，因此需繼續(xù)探索適用于污泥中其他病毒污染的表征方法。

2.3 污泥中病毒的存活

病毒離開寄主后不能繁殖，但可以在污泥中存活一定時間。研究表明將含有病原微生物的污泥進行土地利用后，發(fā)現(xiàn)兩周后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，污泥中病毒的存活時間與外界環(huán)境因素有重要關系，如溫度、pH、濕度、污泥組分等。

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，污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(wěn)定存活1-2d，而在4℃和-80℃環(huán)境下至少可存活4d。Schwarz等研究也表明，污泥中的病毒在冬季可以存活很長一段時間，特別是在污泥中的深層（>1米）。

pH的影響：污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(fā)現(xiàn)，相比于堿性條件，噬菌體MS2在酸性條件下能夠存活的更好；甲型肝炎病毒等病毒可在pH為1-3.75時穩(wěn)定存活，被認為具有耐酸性。pH還會影響污泥中游離氨（NH3）的存在水平，從而影響病毒的存活狀況，Ward和Ashley研究表明厭氧消化污泥中的游離氨（NH3）可引起脊髓灰質炎病毒不可逆轉的滅活，Magri等發(fā)現(xiàn)噬菌體對氨的抗性高于腺病毒和輪狀病毒。環(huán)境中的pH還可影響病毒的帶電性能，從而影響污泥與病毒的結合，周玉芬等發(fā)現(xiàn)活性污泥對f2噬菌體的吸附能力隨著pH的升高而下降。

濕度的影響：有報道表明，潮濕的環(huán)境有利于病原微生物的存活，且濕度每降低10%，病毒可檢出量便會減少80%。Ward和Ashley研究發(fā)現(xiàn)隨著水分的蒸發(fā)，污泥中固體含量由65%增至83%，脊髓灰質炎病毒滴度可降低3個數(shù)量級以上。Rouch等發(fā)現(xiàn)噬菌體、大腸桿菌等在空氣干燥過程中明顯減少。非典型肺炎SARS病毒在物品表面干燥后可以存活48h，而在患者的排泄物中可生存4d左右。不同的病毒對干燥的耐受能力不同，Scattar等發(fā)現(xiàn)保存8個月后的污泥塘干污泥樣品中腸道病毒和呼腸孤病毒仍舊存活，Mccaustland等表明甲型肝炎病毒在42%的相對濕度下在糞便中存活時間為30d。

污泥組分的影響：作為一個復雜體系，污泥中大量含有有機物、膠體物質等，因此污泥組分也可能影響病毒的存活特征。Tennant等發(fā)現(xiàn)犬冠狀病毒在犬糞便中的生存時間較生長培養(yǎng)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(fā)現(xiàn)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，可能與不同污泥中所含物質不同有關。Bagdasaryan研究發(fā)現(xiàn)與有菌條件相比，在無菌條件下土壤中病毒的存活率更高，表明污泥和土壤中微生物的存在也會影響病毒的存活。

2.4 污水廠污泥中病毒的控制標準

針對污泥處理處置，目前美國主要采用的是1993年頒布的《美國生物污泥產生、使用和處置報告》（40 CFR Part503）這一標準，其中對污泥中病原菌、病毒的控制提出了具體要求（表2）。歐盟針對污泥處理處置制定了多項污泥標準，其中污泥農用準則（Sewage Sludge Directive 86/278/EEC）是歐盟各成員國制訂污泥標準時的參考框架，標準中雖未對污泥中病毒等病原體的含量作出明確要求，但要求污泥進行適當?shù)恼{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。

我國針對污泥處理處置最早頒布的標準是《農用污泥中污染物控制標準》（GB4284-1984），提出了農用污泥等的污染指標，但對有機污染物和生物學指標并未作出要求。2002年頒布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中提出了污泥穩(wěn)定化的控制指標，其中規(guī)定了污泥中蠕蟲卵死亡率和糞大腸菌菌群的限值。此后，我國制定一系列污泥處理處置標準，包括《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質》（GB24188-2009）、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質》（GB/T 23485-2009）、《農用污泥污染物控制標準》（GB4284-2018）等，各標準對污泥衛(wèi)生學指標的限值如表3所示。目前我國污泥泥質的衛(wèi)生學指標一般采用糞大腸菌群數(shù)、寄生蟲卵含量、細菌總數(shù)，然而這些病原微生物與大多數(shù)病毒對消毒劑和周圍環(huán)境的耐受能力不同，因此無法準確表征污泥中病毒的污染狀況，是否引入病毒學指標需要深入研究。

我國僅有傳染病醫(yī)療機構對其產生的污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(guī)定，需要參考國外標準，結合我國國情完善我國污泥衛(wèi)生學指標體系，防控污泥處理處置過程中病毒二次傳播及暴露風險。

2.5 污泥中病毒的滅活

由于污泥是一種高含水、多介質的復雜體系，和水等均勻介質存在較大的差異，導致污水中常用的消毒方法（如氯消毒、臭氧消毒等）應用于污泥時，消毒效果不理想。因此，國內外對污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、干燥等）、化學法（石灰穩(wěn)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)采用巴氏殺菌法（70℃，30min）可殺滅濃縮污泥中沙門氏菌和細胞病變腸道病毒。用熱處理滅活貽貝中甲型肝炎病毒（HAV）時發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)超聲波與傳統(tǒng)熱處理結合還可以實現(xiàn)低頻超聲波和熱的協(xié)同作用，提高病原體的滅活效果。

輻射消毒：輻射消毒通常采用β或γ射線（用來自60Co或137Ce）在室溫下（20℃）照射污泥，可實現(xiàn)污泥的消毒。張韶華等[71]采用γ射線和電子束照射城市污水廠污泥時發(fā)現(xiàn)較低劑量(1 kGy)輻照即可大幅降低活性污泥中的細菌總數(shù)。Robert等 發(fā)現(xiàn)污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污泥厚度的影響，研究發(fā)現(xiàn)污泥厚度會影響糞性鏈球菌、真菌、放線菌和細菌總數(shù)的消毒效果。

干燥滅活：有研究發(fā)現(xiàn)腸道病毒會隨著污泥自然蒸發(fā)干燥而滅活，干燥過程中脊髓灰質炎病毒的活性明顯降低。在污泥干燥過程中病毒顆�？杀环纸猓�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污泥含水率降至20%以下 ，此過程主要是基于熱效應發(fā)揮消毒作用。

2.5.2 化學法

通過添加堿性材料（如石灰、氨水、爐渣等）將pH調節(jié)至12或者以上，實現(xiàn)病毒的滅活，是一種簡單、經濟的消毒方法。Bruna等研究發(fā)現(xiàn)堿法穩(wěn)定能在2-24h內滅活污泥中的大腸桿菌、沙門氏菌等病原指示微生物。石灰穩(wěn)定法還可在24h內將接種到堆肥和生污泥中的腺病毒5型，輪狀病毒Wa和雄性特異性大腸桿菌噬菌體MS2降至低于檢出限。研究發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)污泥中加入石灰后溫度可由20℃升至98℃。堿法穩(wěn)定法還常與熱處理等聯(lián)合使用，可增強滅菌效果，并提高污泥脫水性能。

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(fā)現(xiàn)次氯酸鹽比二氧化氯對大腸桿菌的消毒效果更好，且消毒效果與污泥特性及濃度、攪拌速度有關，即污泥濃度越低，攪拌速度越快，消毒效果越好。他們還發(fā)現(xiàn)與濃縮污泥相比，兩種消毒劑對二沉污泥的消毒效果更好。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(fā)現(xiàn)次氯酸鈉和過氧乙酸兩種消毒劑對MBR工藝的污泥消毒均有效，但前者效果略優(yōu)于后者；采用次氯酸鈉對污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(fā)現(xiàn)對沉降了30min的活性污泥進行消毒可減少過氧乙酸的投加量。

2.5.3 生物法

污泥微生物可通過捕食、拮抗和營養(yǎng)競爭等方式實現(xiàn)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(xiàn)病毒的滅活。Paluszak等表明在堆肥過程中豬瘟病毒的滅活與污泥中的微生物緊密相關。Lipson等研究表明污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(fā)現(xiàn)污泥中柯薩奇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污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，是引起污泥中腸道病毒衰變的重要因素之一。Ward等發(fā)現(xiàn)厭氧消化污泥中，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，這可能與污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(xiàn)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(fā)現(xiàn)所有被檢測的蛋白酶源均顯示出抗病毒活性，但活性取決于病毒類型。Ming等發(fā)現(xiàn)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(huán)境條件下微生物對病毒的滅活效果不同。Hurst發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象，認為土壤中的抗病毒活性作用可歸因于好氧微生物的存在。Scheuerman等也發(fā)現(xiàn)與厭氧消化（0.33log10/d）相比，污泥好氧消化（0.77log10/d）對病毒的滅活率更高。

3 污泥處理處置中病毒的傳播及暴露風險

3.1 污泥處理處置環(huán)節(jié)中病毒的傳播和暴露

我國污水處理廠污泥處理系統(tǒng)包括污泥貯存、濃縮、調理、脫水/干化、存儲、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)。根據(jù)目前國家有關污泥穩(wěn)定及資源化需要，污泥處理系統(tǒng)還包括污泥厭氧消化、好氧堆肥、焚燒等處理工藝。在這些處理環(huán)節(jié)中病毒可能存在氣流傳播及操作人員的接觸傳播，然而目前關于污水廠污泥處理過程中病毒的傳播和暴露途徑及風險缺乏系統(tǒng)研究。2020年2月1日，生態(tài)環(huán)境部發(fā)出了《新型冠狀病毒污染的醫(yī)療污水應急處理技術方案》，其中提及“污泥在貯泥池中進行消毒，貯泥池有效容積應不小于處理系統(tǒng)24h產泥量，且不宜小于1m³。貯泥池內需采取攪拌措施，以利于污泥加藥消毒；應盡量避免進行與人體暴露的污泥脫水處理，盡可能采用離心脫水裝置”，這對于疫情期間污水處理廠污泥處理環(huán)節(jié)的應急防控具有指導和參考價值。

除了污泥處理環(huán)節(jié)，污泥處置過程中也可能存在病毒的擴散及暴露風險，包括污泥土地利用（比如土壤改良、園林綠化、農用、林地利用）、污泥填埋、污泥建材利用等環(huán)節(jié)。目前關于污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污泥一旦進入土地，吸附污泥中的病毒可能會浸出風險。有證據(jù)表明污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。有關污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>>污染地下水攝入>污染食物攝入。根據(jù)美國EPA 503法規(guī)記錄，對污泥土地利用附近公眾最大的風險途徑是吸入污泥土地利用中形成的帶病原體的氣溶膠，包括將污泥放入噴灑裝置、污泥噴灑到土地，以及污泥拌入土壤等過程，因為直接攝入污泥將病毒帶入人體的概率很低。如何降低污泥土地利用過程中氣溶膠傳播風險，一方面是可通過強化污泥衛(wèi)生化前端處理（污泥消毒）削減污泥病毒的含量，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。此外污泥含水率也會是一個重要影響因素，研究發(fā)現(xiàn)脫水污泥土地利用過程中拋散產生的氣溶膠是液態(tài)污泥噴灑的80倍。但是，與液態(tài)污泥相比，脫水污泥的運輸更加經濟，因此我們需要優(yōu)化脫水污泥的含水率，以便平衡經濟成本與病毒傳播風險。

3.2 污泥處理工藝對病毒的削減作用

（1）污泥厭氧消化

污泥厭氧消化是實現(xiàn)污泥穩(wěn)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(shù)病原物，實現(xiàn)污泥的衛(wèi)生化。美國EPA503指出[55]污泥在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(shù)量。研究表明經中溫厭氧消化處理，可滿足美國EPA 503規(guī)定的B類污泥標準。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(tǒng)，處理初沉污泥和剩余污泥的混合物，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(guī)定的A 類污泥產品標準。

然而，不同污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污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級污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污泥。與中溫厭氧消化相比，污泥高溫厭氧消化對腺病毒的去除率更高。研究發(fā)現(xiàn)高溫發(fā)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種污泥消化工藝（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種污泥消化工藝對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(fā)現(xiàn)污泥中溫厭氧消化（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(wèi)生化處理后，log10去除率均超過6.0，這可能跟體系中蛋白酶存在有關，有待于進一步研究證實。

總體而言，厭氧消化作為污泥穩(wěn)定化的工藝，具有一定的去除病原微生物和病毒的效果，起到污泥的衛(wèi)生化處理的作用，研究結果表明，污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。針對污泥徹底衛(wèi)生化的要求，滅活污泥病原菌及病毒，采用污泥消毒+厭氧消化（如高級厭氧消化）或高溫衛(wèi)生化處理是一種有效的途徑。

（2）污泥堆肥

污泥堆肥通過有機質降解產生的熱量，使基質升溫，在穩(wěn)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(shù)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指出污泥堆肥溫度上升到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(shù)量；使用靜態(tài)好氧堆肥方法，污泥溫度控制在55℃以上，并持續(xù)3d，若使用攤堆方法時，污泥溫度控制在55℃或者更高，并且要持續(xù)15d以上，可進一步殺滅病原體數(shù)量。

Paluszak等發(fā)現(xiàn)在污泥好氧堆肥過程中，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(fā)現(xiàn)堆肥終產物中未發(fā)現(xiàn)腸病毒。Watanabe等研究表明在1.0g濕堆肥基質也沒有檢測出病毒，認為污泥堆肥基質中病毒每年的感染風險低于萬分之一，表明污泥堆肥對病毒有很好的控制效果。

但是，污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，同時在堆肥過程煙曲霉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）污泥石灰穩(wěn)定

石灰穩(wěn)定是目前控制污泥中病毒等病原體數(shù)量的有效手段。美國EPA 503指出通過向污泥投加足量的石灰，使pH≥12，接觸2h以上，可顯著減少病原體。

研究發(fā)現(xiàn)在原污泥中腸道病毒的含量為3.4-167 MPNCU/g TS，經石灰處理后污泥未發(fā)現(xiàn)存活的腸道病毒。Sattar等研究發(fā)現(xiàn)石灰穩(wěn)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(wěn)定處理11h后脊髓灰質炎病毒的去除率可達到90%。Brewster等研究發(fā)現(xiàn)在每克干污泥中加80g以上石灰，儲存1d后，污泥中腸道病毒的含量低于1PFU/4gTS，滿足美國EPA503中關于A級污泥的要求。此外，Koch和Strauch研究發(fā)現(xiàn)污泥特性可能影響石灰穩(wěn)定滅活病毒的效果，同等條件下在厭氧消化污泥中滅活脊髓灰質炎病毒所需的石灰劑量是生污泥的2.5倍。石灰穩(wěn)定滅活病毒的機理可能主要是在此過程中pH呈堿性（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(wěn)定對污泥病毒殺滅效果的重要條件：高pH值和游離氨。

然而，石灰穩(wěn)定還不能認為是污泥衛(wèi)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(shù)量，但是不能將它們全部殺死，此外，添加量大及高pH值不利于污泥后續(xù)處置，因此，通常作為一種應急處理方式。

（4）污泥干化

污泥干化是通過污泥水分蒸發(fā)，實現(xiàn)污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指出污泥在沙床、礫石床或未鋪石磚的床層上自然風干3個月以上（2個月以上溫度大于零度），可顯著減少病原體數(shù)量；污泥熱干化溫度高于80℃以上，且含水量低于10%，可進一步殺滅病原體。

Romdhana等評估了四種熱干化工藝（轉筒間接干化、轉筒直接干化、薄層干化、太陽能干化）對甲肝病毒的削減效果，研究表明前三種干化工藝對甲肝病毒的滅活所需時間分別為10min、20min和10s，但太陽能干化效果不明顯。轉筒間接干化初期，甲肝病毒濃度不變，當溫度達到75℃時，濃度開始快速下降，大約10min后，消毒完成。轉筒直接干化溫度較高（80-100℃），但消毒大概需要20min，這是因為當污泥量較大時污泥傳熱速率較慢。薄層干化表面溫度可達到112-137℃，因此其對甲肝病毒消毒時間僅需要10s。太陽能干化由于溫度較低（低于38℃），對甲肝病毒等致病微生物幾乎沒有消減效果。這表明溫度是影響污泥熱干化過程中病毒削減的重要因素。Brashear和Ward研究了污泥風干過程中病毒活性的變化，發(fā)現(xiàn)在污泥含水率的下降到20%過程中，病毒的感染性會逐漸降低，表明污泥脫水作用有利于減少病毒的感染活性。研究表明污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，在污泥中不可逆地被滅活，研究發(fā)現(xiàn)通過蒸發(fā)使污泥中含固率增加至83%以上，可有效地滅活污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(fā)現(xiàn)污泥風干過程中大腸桿菌噬菌體數(shù)量會逐漸減少，表明污泥自然干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℃）的污泥熱干化，發(fā)現(xiàn)三種污泥干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(xù)存在，表明污泥經低溫熱干化處理后可殺滅部分病毒，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(xiàn)污泥干化過程中病毒削減的兩個重要方面。目前沒有證據(jù)表明低溫熱干化（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污泥中是不能繁殖，但是在低溫、高濕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）污水處理廠污泥病毒的賦存特征尚不清晰，特別是冠狀病毒研究較少。由于污泥來源廣泛、組成復雜，盡管目前有關污泥病毒的檢測方法較多，包括噬菌斑培養(yǎng)、RT-PCR、流式細胞式、染色法等，但這些方法都存在一定局限性，不能全面反映污泥中病毒的種類及豐度。近年來，病毒宏基因組學技術的發(fā)展有望推動污泥病毒的賦存特征深入研究。

（2）污泥處理處置過程病毒的傳播及暴露風險不明。目前關于國外關于污泥產物土地利用等環(huán)節(jié)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，但對于污泥貯存、濃縮、調理、脫水、儲存、轉運等處理環(huán)節(jié)中病毒的傳播途徑及暴露風險尚未報道。這次疫情期間，不少專家針對污水廠污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，同時適度提高活性污泥濃度，延長實際運行污泥泥齡，加強脫水間通風與消毒，盡量采用熱干化或石灰堿法穩(wěn)定等方式進行消毒處理，污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，對污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）我國污泥中病毒控制要求和標準有待完善。目前美國、法國等國制定的污泥標準對腸道病毒進行限制性控制，但是我國尚沒有污水廠污泥中病毒控制的相關要求，有待于進一步健全。

（4）污泥中病毒的防控技術研發(fā)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，污水廠污泥中病毒等病原體的衛(wèi)生化要求勢必進一步提高，然而現(xiàn)有污泥衛(wèi)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）建立我國污水廠污泥病毒的基礎性數(shù)據(jù)庫

建立適合我國污泥病毒的檢測方法，解析污泥全鏈條處理處置環(huán)節(jié)病毒的賦存特征、轉化規(guī)律及傳播風險，探明我國污泥病毒的時空分布規(guī)律，構建我國污泥病毒的基礎性數(shù)據(jù)庫，為污水處理廠污泥中病毒風險防控提供科學依據(jù)。

（2）加強污泥處理處置過程中病毒傳播途徑及暴露風險研究

探明污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(fā)性感染疫情防控期間污泥處理處置過程中應急防控提供科學依據(jù)；研究污泥典型病毒在土-氣-水不同環(huán)境介質的擴散遷移機制，闡明污泥典型病毒對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康的潛在中長期風險。

（3）完善污泥處理處置病毒管控標準體系

基于污泥中病毒傳播及暴露風險，建立污泥處理處置環(huán)節(jié)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污泥衛(wèi)生化的控制指標，基于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，構建完善的污水廠污泥衛(wèi)生化管理體系。

（4）強化污泥衛(wèi)生化處理新技術研發(fā)

加強現(xiàn)有污泥處理處置技術對病毒等致病微生物的削減效能研究，基于污泥衛(wèi)生化要求優(yōu)化現(xiàn)有污泥處理處置技術參數(shù)，針對污泥中突發(fā)性感染病毒，研發(fā)新型的污泥防控技術體系及方案。

原標題:特稿 |戴曉虎：污泥中病毒的賦存特性及暴露風險防控研究