新冠肺炎疫情期间的城市排水管网防控措施分析

孙 勇，李建华

(1.上海市市政规划设计研究院，上海 200031；2.复旦大学 基础医学院，上海 200092)

0 引言

2019年末新型肺炎疫情(COVID-19)爆发以来，国内各行各业全力以赴、集中力量开展联防联控工作。作为重要的公共基础设施，城市排水管网正常保障平时基本功能同时，疫情期间更需强化新冠病毒经水(介水)风险防控。

新冠肺炎患者粪便排泄物流入下水道，是否会携带新冠病毒，粪便内病毒是否具有感染治病性，是否会通过城市污水管道发生传播，类似问题引起广泛社会关注。同济大学徐祖信院士团队针对上海市定点收治医院和隔离酒店所排生活污水，从该污水产生部位到集中处理污水厂，沿污水管道输送路由选取多个代表性节点并布置污水采样点。现场取污水管道内水样，集中送至上海市公共卫生中心实验室检测。按照《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版) 》所推荐的测试方法，对污水水样进行浓缩、清洗、提纯等规范预处理，采用实时荧光RT-PCR法对试样病毒核酸进行病原学检测[1]。检测结果表明收治医院病房污水出户井位置病毒核酸检测呈阳性；医院污水处理站消毒池出水至污水厂出水监测井全线路由，多点采集到的试样病毒核酸检测均为阴性；疑似人群定点隔离酒店污水出户井位置污水试样，其病毒核酸检测弱阳性[2]。国内医疗机构和科研团队也相继发现新冠肺炎患者粪便排泄物病毒核酸检测阳性[3-4]。国外研究机构也陆续报道了城市污水管道悬浮物中新冠病毒核酸检测阳性[5-6]。2020年3月19日，世界著名医学杂志《柳叶刀》子刊《肝肠病学和肝脏病学》刊登在线通讯，我国中山大学附属第五医院黄曦教授团队发现新冠病毒在患者粪便中长期存在[7]。上述研究发现表明：新冠肺炎患者粪便排泄物中存在新冠病毒，带有病毒粪便的生活污水来自于定点收治医院或者患者其他居住场所。

黄曦教授团队同时发现超过一半的新冠肺炎患者其粪便核酸阳性平均持续时间为11.2±9.6天。这表明新冠病毒可能在人体胃肠中复制、繁殖，在粪便排泄物中有一定的存在时间并可能具有感染致病性。目前，关于新冠病毒在人体粪便排泄物中的生存力、感染力、载毒致病量仍不明确。新冠病毒除了感染人体上呼吸道，会不会感染人体肠胃并在其中繁殖，类似于这样的问题也不明确，但不能排除粪―口传播的可能性[7]。《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第七版)》也指出，应注意粪便及尿对环境污染造成气溶胶或接触传播[1]。鉴于此，城市排水管网系统需严格制定全面、系统的强化管控措施，防微杜渐，消除任何存在的暴露风险隐患。

1 城市排水管网中病毒存在方式

同济大学徐祖信院士团队发现证明，消毒设施齐全严格的医院，生活污水经污水处理站次氯酸钠等有效消毒剂消杀，病毒可完全灭活。定点隔离酒店虽然没有污水集中处理设施，但是室内抽水马桶投加次氯酸钠片卫生消毒情况下，也可及时消杀病毒[2]。但是如果没有经过有效消杀的患者粪便污水进入城市污水管道，可能会存在暴露风险。同其他无包膜病毒一样，新冠病毒颗粒在清水中通常以疏水性高分子有机胶体形式存在[9]。在污水中，病毒胶体颗粒的双电层会变薄失稳，与下水道颗粒附着物之间容易粘附，从而形成带病毒颗粒悬浮物[10]。与清水中不同，污水杂质条件给病毒提供了多种粘附保护，故病毒在污水中具有较高的稳定性。污水中病毒通常以夹带病毒沉淀底泥、夹带病毒浮渣(夹气)、夹带病毒颗粒或碎片的微生物气溶胶、高分散/高稀释病毒体胶体颗粒等几种形式存在。

据上述分析，污水中杂质多，病毒颗粒以独立的高分散胶体颗粒形式存在较少，应以悬浮物、浮渣和气溶胶形式为主。在污水管道输送过程中的暴露空间内，人体如果直接接触到上述物质，而且没有及时卫生洗手，并用手触摸鼻、眼，就不排除病毒通过粘膜进入人体发生感染。另外，污水输水流动过程中产生的气液两相流飞溅从而形成微生物气溶胶，连同其他挥发性气体(硫化氢、氨气等臭味气体)会形成呼入风险。在污水暴露空间内，无论是接触传播风险还是呼入气溶胶传播风险，目前均没有感染报导案例。上述暴露空间发生传播的可能性，污水中病毒存在形态的载毒致病量或浓度，污水中存在病毒具备活性感染力与否，这些关键问题目前均不明确。城市排水管道如果进入夹带病毒颗粒的粪便污水，例如管道通沟底泥、泵站栅渣等重点节点位置，底泥清通、栅渣运输等重点暴露空间场所，可能会存在病毒传播风险隐患。因此从防微杜渐、消除任何一个潜在的风险隐患的安全保障角度，需要对潜在风险隐患部位进行全程梳理、排查和防控。

2 防控关键环节、位置

结合近年来开展的黑臭水体治理配套岸上截污纳管、市政雨污混接改造、城市内涝和积水点改造、小区雨污混接改造、城市排水管网排查/监测/修复、污水提质增效等具体实施工程，对城市排水管网(含泵站)进行全线梳理，按城市排水分类制和合流制两大类型进行归纳，可能产生暴露风险的关键环节、位置以及重点防控内容见下表。

表1 城市排水管网防控关键环节、关键(含泵站)

3 具体防控措施

3.1 管道直线段、检查井、河道排口

对于分流制排水系统污水管网，它的防控重点是“保流动、防堵塞、减渗漏、全收集”[11]。应结合市政雨污混接改造和污水提质增效建设，对防控重点进行彻底排查和改造。雨污混接部位通过全面排查和改造，防止污水通过混接雨水管进入城市内河，并同时对服务范围内所有污水街坊支管全部纳入，保障污水全收集不留有排向不明去处死角。软土地基钢砼管道易出现基座不均匀沉降，回填覆土不密实塑料管道常出现弯曲变形，均会导致管道接口破裂渗漏。渗出污水污染地下水和地下土壤，带来病毒微生物面源污染隐患。针对上述情况要及时排查、检修和修复。漏损管段修复可采用非开挖原位修复和翻排2类方式，推荐采用影响范围小的非开挖修复。该修复方法可分为CIPP热固型树脂内衬法(包括热水翻转固化、紫外光固化、低压蒸汽固化等3种)、短管(HDPE缠绕结构壁管或玻璃钢管)拖入内衬注浆修复法、机械螺旋缠绕内衬法等。污水管道通过下游泵站联动控制在低水位运行，以保持管内不淤流速，不带来大量底泥积存从而引发集中清通暴露风险，同时避免微生物气溶胶散发。市政污水管道在医院等高余氯污水接入地点，应对下游砖/砼砌检查井内壁喷涂聚硅酸盐防腐涂料，以防止酸性含氯污水腐蚀井壁。污水管道清通时，宜采用管内水力冲洗+封闭罐车真空小范围封闭方式，防止管道内底泥、气溶胶大量暴露。微生物气溶胶、臭气污水检查井易发部位采用图1所示除臭兼气溶胶消杀一体化盖板。长距离污水输水干管高位透气井百叶窗部位，为防止气溶胶散发传播，宜加装除臭兼气溶胶消杀一体化滤板，以吸附臭气、气溶胶并化学氧化去除。目前该种污水透气通风井加装滤板的方式已在上海应用。

对于分流制排水系统雨水管道，在做好雨污混接改造同时，应最大程度避免管底沉泥(来自尘埃颗粒等气溶胶沉降、扬尘沉降、道路冲洗和不明污水混接等)降雨时“零存整取”集中排到城市排涝内河，从而对景观水体形成微生物安全风险。因此，有条件区域宜在雨水排口前设置沉砂拦渣槽，并结合槽井设置液压下开式堰门或无动力浮箱堰门，同时在雨水管道直线段设置拦截冲洗盾。旱季时，堰门上升阻河道高位水，保障雨水管道内无水，防止河水倒灌入雨水管道形成高液位、低流速，加速底部积泥。降雨时，堰门下降排水，雨水管道底泥通过直线段间隔布置的水力冲洗盾，产生集中流量冲洗清除输运，至排口前沉砂槽沉淀，定期对其进行捞除安全处置，这样既可防止夹带病毒的浮渣和底泥流入城市内河，不对河道取水利用造成暴露传播，也防止水中病毒流动传播污染其他水域。在无法进行上述卫生安全改造区域，应结合城市河道治理，在河道雨水排口位置加装浮渣、底泥拦截浮动网带，装置具体组成见图2。

以图2中(a)型生态拦截网带为例，浮动围带拦截排口浮渣，水下悬挂填料绳截留雨水排口底泥，装置主体材质为聚丙烯或醛化维纶。上部围带加装浮水栽植生态浮床促进自然净化，下部亲水性长丝塑料挂绳加装布置微孔曝气管，对拦截污物进行稳定生化降解。定期将装置材料捞出上岸并在碱水中浸泡去除有机物和无机杂质，清洗完成后继续使用。(b)型为快速型拦截浮渣装置。结合黑臭水体改造，上述类型卫生防护装置在上海等平原河网地区已广泛应用。

合流制排水管道最大的暴露传播风险来自于管道河道排口，暨雨季合流污水河道溢流污染(重力自流排口或泵站调蓄池排口)[11]。我国大多数合流制地区采用截流式合流制体系。近年来，结合城市黑臭河道治理、雨洪灾害防治、积水内涝改造、雨污混接改造等项目，各地实施配套了很多河道两岸截污纳管、合流污水截流干管、合流污水溢流或初期雨水处理厂、合流污水岸边调蓄池等工程。此次疫情期间，对现有溢流设施应强化卫生消毒运行。可在合流污水溢流调蓄池内投加次氯酸钠消毒液，利用池内容积和搅拌设备(例如水射器喷射)对溢流污水进行混合，在一定消毒剂量和经停时间后流入河道。溢流排口附近加装浮渣和底泥拦截装置(参见图2)。另外，合流制排水系统管道沿线，特别是流速慢易发淤积段，加装拦截冲洗盾。通过上述措施，防止排口浮渣“黑水”、沿线管道底泥“零存整取”对河道产生微生物致病传播风险。

3.2 排水泵站

分流制排水系统雨水泵站往往设置旱季污水截流泵，对混接入分流制雨水管道的污水截流并纳入市政污水管道。疫情期间，应对污水截流格栅井、集水井等气溶胶易散发部位封闭加盖，负压抽吸并送入带有碱液洗涤、化学氧化(化学滤料或空气离子氧化)功能的除臭装置，化学降解后的气溶胶尾气高空排放。机械格栅落料口、螺旋输送机至垃圾推车倒口等暴露位置加装PVC软帘封闭隔断。栅渣堆放处加强喷洒次氯酸钠液覆盖消毒，防止苍蝇、蠕虫等病原体携带虫类滋生。泵站排口漂浮垃圾拦截采用类似图2所示装置。

截流式合流制排水泵站的功能较多，应结合旱季截污、雨季合流污水截流、暴雨时合流污水重力溢流或泵排等基本功能，对照以上描述具体防控措施一一加强。重点是合流污水溢流的污染控制，这部分可参照3.1章节措施。

排水泵站另1个防控重点是污水气溶胶。

污水气溶胶按其含有的微生物种类划分，真菌气溶胶典型粒径在1～30 μm，细菌气溶胶典型粒径在0.25～8 μm，病毒典型粒径则小于0.3 μm[12]。

3.2.1 污水气溶胶独特传播方式

微生物气溶胶的种类通常有3种：尘埃(固体颗粒)气溶胶、液滴气溶胶和液滴核气溶胶。世卫组织将人与人之间近距离接触传播的呼吸道飞沫，按粒径大小分为2类：飞沫核(粒径≤5 μm)和飞沫(直径>5 μm)。与人呼吸道气溶胶类似，污水气溶胶大于5 μm的湿颗粒在污水管、泵井和调蓄池表面高湿环境会沉降到水面，小于5 μm的干颗粒气溶胶随空气流动散发到外部环境。散发出的湿液滴气溶胶由于水分蒸发而形成干气溶胶核，这部分小颗粒会长时间漂浮于空气中，也可重新从合适湿度环境吸入水分成为大颗粒液滴，重力沉降在物体表面。对于新冠病毒而言，它本身的生化特性是“喜干不喜湿、喜冷不喜热”。在冬季高干环境中，污水产生的病毒气溶胶无论是近距离的湿胶，还是远距离漂浮于空气中的干胶，都有较远的传播距离和覆盖面，均有可能粘附在人体表面或者吸入人体呼吸道中，对人体健康造成潜在风险。污水气溶胶中不仅仅包含病毒飞沫核，还会包裹致病细菌、真菌核，这些微生物在空气流动中也都构成人体健康隐患[13]。

3.2.2 污水气溶胶病毒存在特点

微生物气溶胶在空气中存在的同时也发生衰减，衰亡包括物理衰减和生化衰减。物理衰减是气溶胶从空气连续相中脱离，往往是吸水后由小颗粒干胶变成大颗粒湿胶发生沉降造成。对于具有完整细胞结构、可自我繁殖的细菌或真菌气溶胶，在空气中由于缺乏营养底物可发生死亡暨真正意义上的生物衰减。对于病毒这种不具有生命体结构的微生物而言，它在空气中的化学衰减主要是由于温度、湿度、光照辐射热量、紫外线强度、空气中的活性氧(ROS)等外部化学环境，造成病毒体组分发生化学变性而导致[14]。病毒新冠病毒不具有独立的生命细胞结构，在空气气溶胶中无法完成代谢活动，无法用异养或自养细菌的底物培养条件对其进行取样、选择性培养和平板菌落个数检测，只能用“存在感染活性能力简称存活力(viability)”来表示其对人气感染风险程度。影响新冠病毒气溶胶存活能力的环境条件见表2。

表2 影响新冠病毒气溶胶存活力的外部环境条件[13]

与其他微生物气溶胶相比较，新冠病毒颗粒气溶胶有其独特之处，它传播速度快、传播面广。由于它的微生物生理特征(气溶胶载毒量)尚不明确，使得目前尚不能准确得出气溶胶核酸检测结果和有效病毒感染力之间的相关关系。但有一点是明确的，感染性病毒颗粒包裹在气溶胶中，其在空中气溶胶形式传播较水中胶体颗粒传播更为稳定，这可能与病毒疏水性包膜与空气结合更为牢固有关。国外研究表明，污水厂曝气池附近空气中的微生物气溶胶浓度较正常大气高100倍以上。泵站、调蓄池水面上有各种小分子挥发性有机物(VOC)、污泥脱水环节和栅渣堆放场所有不同程度的干粒扬尘，这些脂肪酸类、糖类、脂肪类小分子和尘埃颗粒均可增加病毒气溶胶的空气传播稳定性[14]，所以新冠病毒经水形成的各类气溶胶防控必需引起高度的重视[15]。

3.2.3 污水气溶胶防控措施

3.3 管道通沟污泥

排水管道通沟底泥点多、面广、分散、量小，成分复杂且含水率较高(平均约85%)，夹带病毒等致病微生物的风险非常高。疫情当下，2020年主汛之前各城市都要对排水管道进行维护性清通养护，产生的大量通沟污泥如不妥善卫生防控，会出现较大范围潜在暴露风险。针对此情况，应结合城市通沟污泥处理站现状设施，强化多道投药消毒(液体次氯酸钠或石灰乳)的安全屏障。同时，通沟处理站要全线封闭加盖集气，尾气集中收集、消毒并高空排放。以上海市杨浦区通沟污泥处理站为例(图4)，说明卫生消毒强化措施。

4 结语

我国城市排水管网建设日渐完善，在城市内涝防治、雨洪管理、污水提质增效、海绵城市建设、黑臭河道治理、“厂―网―河―湖―岸”一体化推进等方面作用尤为凸现，对我国公共基础设施保障、生态文明建设等方面贡献也越来越大。结合我国城市排水管网目前建设现状，详细梳理疫情期间风险隐患关键环节和位置，就措施强化和操作事项提出针对性防控建议。疫情期间，城市排水管网一线运维员工，强化个人卫生安全防护同时，应全面判别管网路由潜在病毒风险隐患，采用日常运维措施强化和临时应急保障相结合方式，防微杜渐，消除任何存在的病毒暴露风险隐患，保障城市排水管网安全、高效运行。