疫情防控期間含氯消毒劑大量使用對水生生物的影響綜述*

葉利蘭 甘春娟 陳 垚# 袁紹春

(1.重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶 400074；2.重慶市市政設(shè)計(jì)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(qiáng)奮戰(zhàn)，國內(nèi)形勢積極向好，但境外疫情形勢依然嚴(yán)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(yán)格遵循“五加強(qiáng)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(dāng)，殘留于環(huán)境中的大量消毒劑可擴(kuò)散到大氣中、流入地表水或滲入地下水，進(jìn)而威脅到當(dāng)?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(jié)分析了含氯消毒劑進(jìn)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(jié)構(gòu)的影響，并對含氯消毒劑的規(guī)范化使用提出了相關(guān)建議。

1 含氯消毒劑對CoV的滅活特性

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)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(shí)對消毒劑抗力低，同時(shí)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?jǐn)?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(yīng)，產(chǎn)生HClO，并釋放出具有極強(qiáng)氯化作用的活性氯原子和氧化能力的初生態(tài)氧，進(jìn)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(yīng)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(jìn)行至少1次的預(yù)防性清潔消毒[8]，以對2019-nCoV病毒的傳播途徑進(jìn)行滅活阻斷。國內(nèi)學(xué)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(jìn)行浸泡、表面擦拭或噴灑，并且消毒結(jié)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(diǎn)隔離酒店、定點(diǎn)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(shí)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?qū)嵭姓Ｏ?，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(bào)道，自2020年1月29日至2月18日，武漢市各區(qū)、各單位累計(jì)投放消毒藥劑1 963.58 t，其中，26座污水處理廠尾水強(qiáng)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(shí)期過度消毒的現(xiàn)象[11]。長時(shí)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(jìn)入食物鏈，通過生物富集作用，對人體健康造成危害[12]。同時(shí)，消毒劑在殺滅CoV的同時(shí)，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(jié)構(gòu)的影響

使用含氯消毒劑產(chǎn)生的含氯廢水進(jìn)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(guān)系進(jìn)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(dǎo)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(guān)鍵物種的喪失，導(dǎo)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(xué)過程、群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)演替都可能造成深遠(yuǎn)影響，應(yīng)予以足夠的重視。早在20世紀(jì)初期，國內(nèi)因在水產(chǎn)養(yǎng)殖中使用含氯消毒劑進(jìn)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(yù)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(jìn)入自然水體，進(jìn)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(jié)構(gòu)。

2.1 含氯消毒劑進(jìn)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(jìn)行消毒，也會對室外公共場所進(jìn)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(jìn)入地表水中，或通過滲透作用進(jìn)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(shè)施進(jìn)入城鎮(zhèn)污水處理廠，導(dǎo)致污水處理廠進(jìn)水余氯含量較高，進(jìn)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(yán)重?fù)p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(shí)2019-nCoV可以通過糞便污水進(jìn)入排水設(shè)施[9]2。為進(jìn)一步防控2019-nCoV的衛(wèi)生學(xué)風(fēng)險(xiǎn)，各地污水處理廠往往在消毒設(shè)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(jī)物(三鹵甲烷)和持久性高毒性有機(jī)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(yīng)，進(jìn)一步增加生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。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(shè)部出臺了《關(guān)于疫情期間城鎮(zhèn)污水處理廠加氯消毒設(shè)施運(yùn)行建議》，指出需要加強(qiáng)對尾水中余氯含量的檢測，嚴(yán)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(shí)，對于鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠而言，往往由于技術(shù)和設(shè)備原因，難以嚴(yán)格控制出水余氯含量，導(dǎo)致尾水余氯含量過高。相關(guān)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(yīng)控制在0.01 mg/L(以Cl2計(jì))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(jìn)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(jī)碳(DOC)會大量消耗水體中的余氯，進(jìn)而降低其對浮游植物的影響[13]2719。相關(guān)研究證實(shí)，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(shí)，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(xì)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(shí)間影響[21]。如低水平余氯(0.02 mg/L)反而可促進(jìn)小球藻的生長[19]5432，而當(dāng)余氯超過0.25 mg/L時(shí)，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(shí)間的延長，抑制作用逐漸增強(qiáng)[23]。雖然浮游植物具有較強(qiáng)的恢復(fù)潛能，對余氯的脅迫損傷作用可作出較快的響應(yīng)恢復(fù)，但其恢復(fù)后會導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(yán)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(yīng)激時(shí)間和敏感性等因素有關(guān)。由于浮游動物生命周期較短，因此，毒理效應(yīng)主要基于急性毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)浮游動物對氯的敏感閾值更低[13]2719?；谒杏嗦葘︳~類和無脊椎動物物種的顯著毒理效應(yīng)，美國環(huán)境保護(hù)署(USEPA)建議，天然淡水中總余氯(游離氯和化合氯)閾值(時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)，研究發(fā)現(xiàn)含氯尾水排放還會導(dǎo)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(yīng)，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(qiáng)。同樣，研究證實(shí)余氯對魚類的毒理作用也隨溫度升高而增強(qiáng)[32]88。

余氯對不同水生動物存在不同的毒性效應(yīng)機(jī)制。對于魚類而言，余氯會通過氧化損傷致毒途徑導(dǎo)致魚鰓組織產(chǎn)生病變，阻止氧氣的進(jìn)入和交換，降低血液運(yùn)輸氧的能力，進(jìn)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(yùn)動能力，導(dǎo)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(shí)間推移和水溫上升表現(xiàn)出不同的恢復(fù)特性，其中，搖蚊幼蟲可較快恢復(fù)，而未被殺死的水蚯蚓因處于應(yīng)激狀態(tài)而恢復(fù)進(jìn)程較緩慢[36]29。

2.4 含氯消毒劑對生物群落結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)易受環(huán)境因素干擾而發(fā)生演替。微生物群落結(jié)構(gòu)屬于生物群落結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。水體中殘留的消毒劑可能會破壞微生物的細(xì)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(shí)，菌群多樣性明顯降低，并顯著改變了優(yōu)勢菌種[38]。同時(shí)，當(dāng)含氯消毒劑超量排放至受納水體時(shí)，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(jī)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)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(shí)即可對水體中的硝化細(xì)菌產(chǎn)生明顯抑制作用[40]，進(jìn)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(dǎo)致水體中具有硝化功能的微生物發(fā)生缺失，進(jìn)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。可見，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(jié)構(gòu)，改變微生物生態(tài)功能，進(jìn)而影響生物群落結(jié)構(gòu)。

含氯消毒劑不僅會對微生物群落結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(dāng)水中余氯濃度過高時(shí)會導(dǎo)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(guān)關(guān)系[43]。當(dāng)水中溶解氧濃度降低時(shí)，底棲動物也會受到相應(yīng)的影響。同時(shí)，在池塘中施用ClO2會在短期內(nèi)增加水體氨氮毒性，并導(dǎo)致浮游動物的種類、密度和生物量顯著增加，進(jìn)而導(dǎo)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(jié)構(gòu)和生態(tài)演替都可能造成深遠(yuǎn)的影響，進(jìn)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(yīng)嚴(yán)格按產(chǎn)品使用說明書上標(biāo)明的使用濃度進(jìn)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(jìn)行預(yù)防性消毒。在進(jìn)行家庭室內(nèi)消毒時(shí)，若家人身體無明顯異常，可適當(dāng)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(shí)，應(yīng)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(shè)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(shí)，公共場所的消毒應(yīng)以清潔衛(wèi)生為主，預(yù)防性消毒為輔，重點(diǎn)對高頻接觸的門把手、電梯按鈕、門禁按鈕等物體表面進(jìn)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(jìn)行大面積消毒，尤其是不應(yīng)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(jìn)入水體前設(shè)置調(diào)蓄、攔截和凈化設(shè)施進(jìn)行凈化處理，以阻斷降雨徑流攜帶含氯消毒劑廢水進(jìn)入水體。當(dāng)含氯消毒劑的生活污水或醫(yī)療廢水進(jìn)入污水處理廠后，應(yīng)通過處理工藝流程的強(qiáng)化措施，并根據(jù)進(jìn)水余氯指標(biāo)的變化情況，及時(shí)采取有針對性的應(yīng)急措施。當(dāng)對醫(yī)療廢水進(jìn)行消毒時(shí)，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(jìn)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(jìn)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(yùn)行。王洪臣[45]39建議疫情防控期間，污水處理廠運(yùn)行時(shí)應(yīng)密切關(guān)注余氯的瞬時(shí)波動特性，并嚴(yán)密監(jiān)控和及時(shí)預(yù)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(jìn)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(yīng)。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(dāng)污水處理廠含氯尾水排放進(jìn)入水環(huán)境后，也可以通過水力調(diào)控、曝氣復(fù)氧提高水中溶解氧濃度，并結(jié)合水生植物生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建，強(qiáng)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(shù)，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(jìn)行清除。水體曝氣復(fù)氧技術(shù)經(jīng)常用于湖泊、河道污染治理，通過增強(qiáng)水體自凈能力，改善水環(huán)境質(zhì)量。

4 結(jié) 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(yīng)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(jìn)入水環(huán)境中，改變微生物群落結(jié)構(gòu)，影響物質(zhì)循環(huán)，進(jìn)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(yīng)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(jìn)入水體中。