西安理工大学赵亚乾：COVID-19与水环境科学研究

专栏寄语： 水是与人类活动关系最为密切的环境要素， 水环境前沿科学研究也始终处于高度活跃的状态。科学研究没有终点，而发表、出版是研究社区、学术生态不可或缺的重要一环。作为专业水行业期刊，我们始终致力于期刊特色发展，希望为塑造生机勃勃的学术生态环境做出应有的贡献。《中国给水排水》杂志与中信环境联合推出 “Top Water Research” 微信专栏，旨在传递国内外水环境研究 TOP 文献情报，进一步推动学术交流合作。欢迎国内外的优秀研究团队踊跃参与，分享你们的前沿研究成果。本专栏将持续播出，敬请关注！

推荐理由 ： 2020 年注定是人类历史上不平凡的一年，全球遭遇新型冠状病毒 (COVID-19) 大流行疫情的巨大冲击，世界各国被迫采取 “ 封城 ”“ 隔离 ” 等措施应对疫情，导致人民的生命健康、生活习惯、经济发展等都受到严重制约。面对突如其来的世纪疫情， COVID-19 自然成为科学研究的热点。截至 2020 年底，全球已发表 COVID-19 研究论文超过 20 万篇，其中绝大多数为医学领域，与此同时各专业领域也纷纷开展与 COVID-19 相关研究。水是生命之源， COVID-19 的暴发、传播、防控对水环境和安全保障产生巨大挑战。正如钟南山院士所说： “ 下水道的畅通对疫情防控极为重要，要汲取香港淘大花园的教训 ” 。后续大量的研究也证实污水厂、人体粪便均有冠状病毒 RNA 的存在。因此，水环境及相关从业人员面临前所未有的挑战。然而有关冠状病毒在水环境中传播的路径、特点及控制策略并不清楚。基于此，西安理工大学赵亚乾教授团队也开展了相应研究，其成果分别以 “Where do we stand to oversee the coronaviruses in aqueous and aerosol environment? Characteristics of transmission and possible curb strategies” 为题，发表在 Chemical Engineering Journal ( SCI ， IF= 10.652 ， 1 区 Top ) 和以 “Water science under the global epidemic of COVID-19: Bibliometric tracking on COVID-19 publication and further research needs” 为题，发表在 Journal of Environmental Chemical Engineering (SCI , IF=4.3 , 2 区 ) 国际期刊上。

——西安理工大学、《中国给水排水》编委 赵亚乾教授、博士

21 世纪以来，冠状病毒已引起三次全球性大规模疫情。水、空气、土壤等环境介质可能是冠状病毒传播的重要媒介。 2020 年新冠疫情中，全球不同地区的原污水和部分二级处理后的出水，甚至用于城市灌溉的非饮用水中都检出 COVID RNA 片段 ( 图 1) ，感染者的粪便和尿液中也检测到了具有传染性的冠状病毒。含冠状病毒的废物及废水可由多种途径进入水环境，进而危害公共健康。可能的途径有： ① 废水的收集和处理不充分； ② 未经处理的污水直排进入水体； ③ 使用被污染了的水源。与城市的集中式水处理系统不同，大部分欠发达地区农村的供排水模式为分散式，且缺乏有效病毒消杀处理。因此，如果忽视水循环中风险，水和废水将是潜在的传播途径。

科学家从不同视角在各自领域开展了有关 COVID-19 的研究，科学出版物及时出版了众多研究成果。在 2020 年大流行期间全球科学文章出版数量急剧上升，其中关于 COVID-19 的研究成果占比超过 4% ，总数逾 20 万篇（医学方面占绝大多数）。水和废水在冠状病毒大流行的传播和控制中起着关键的作用，干净的水是生命之源，也是消灭病毒在内的任何相关活动的基本资源。

一系列科学成果证实了水科学界已经为 COVID-19 提供了可能的解决方案。但是，关于 COVID 在水和废水中的命运以及对现有水处理处理设施对病毒的去除效率的信息仍存在很大的不确定性。回顾出版物以跟踪研究，这对将来的研究是必要的且有重大意义。因此，我们回顾了 2020 年发表的与水和废水中 COVID-19 相关的文献。从水的社会循环角度，详细讨论了 COVID-19 在水和废水传播的可能性、生存特性以及水处理中消杀措施；从文献计量学的角度探究与 COVID-19 有关的水科学与技术文献中传递的热点信息，讨论了在后疫情时代，水科学领域中水和废水处理所面临的挑战和潜在的研究方向。希望这两篇综述能为水科学与技术领域在 COVID-19 中的研究和疫情的防控提供一定的参考。

图 1  在全球水环境中检出的 COVID 案例

图 2  水和废水中冠状病毒在城市 (a) 和农村 (b) 的传播途径

文章介绍了关于水和废水中冠状病毒的生存特性、影响因素及现有水处理工艺对病毒去除的研究进展。水环境中冠状病毒的生存特性与废水特性 ( 水温、 pH 、有机物、悬浮物等 ) 密切相关。关于冠状病毒在水和废水中的生存特性研究较为有限。 COVID 可以在室温下于 pH 3~10 保持稳定。同时， COVID 在室温（ 20℃ ）下的废水和自来水可存活数天（ 1.6 天以上），而在 50℃ 和 70℃ 的水环境下，其将在数分钟失活。在常规废水处理过程中，由于冠状病毒的尺度特性（ 60~220 nm ），污水处理厂的初级处理（格栅、沉砂池、初沉池）对病毒的去除效果不佳，活性污泥的吸附和膜过滤可以有效地从水相中移除冠状病毒。但是，病毒灭活过程高度依赖于采用化学氧化消毒和 / 或 UV 处理的三级处理。比较处理前后废水中 COVID RNA 的浓度，现有的污水处理工艺可以去除 1~2 lg 10 的病毒滴度，但高度依赖于处理过程和操作条件。迄今为止，关于 COVID 在废水中的感染性的研究非常有限，这需要训练有素的人员和高度防护的试验条件。饮用水处理过程中，絮凝、沉淀和过滤均可在一定程度上去除病毒。氯消毒是一种常见的饮用水消毒方法。 WHO 建议在 pH <8.0 的条件下维持 ≥0.5 mg/L 游离氯接触 30min 以上便可杀灭冠状病毒。

从文献计量学的角度， 2020 年来自 67 个国家 / 地区的作者发表了 262 篇关于 COVID-19 与水科学技术的论文 ( 图 3) 。尽管 70.7 ％的出版物是经同行评审的科学期刊论文，但综述类文章的数量 (106 ，占 40.5 ％ ) 超过研究性论文 (79 ， 30.2 ％ ) 。综述提供了与水科学技术各个方面有关的 COVID-19 的广泛信息和深入分析。观点类文章也占很大比例，水务工程师和专业人员根据他们的知识和理解提供了重要的观点和信息，以预防和控制水环境中的病毒传播。例如， Lodder 和 de Roda Husman 发表了关于 “SARS-CoV-2 in wastewater: potential health risk, but also data source( 废水中的 SARS-CoV-2 ：潜在的健康风险，也是数据来源 )” 的观点，并指出废水体系可能是大流行中的敏感的监测系统和预警工具。基于废水的流行病学 (WBE) 已在世界许多国家和地区进行了快速且广泛的研究。

图3   关于COVID-19与水科学技术的论文的类型与发表时间

图 4   与水科学技术相关的 COVID-19 出版物中的关键词共现图谱 (a) 和关键词热点图谱 (b)

图 5   推动水与 COVID-19 出版的国家分布 (a) ，文章出版量排名前 10 个国家之间的合作 (b).

水和废水是冠状病毒潜在的传播途径。尽管尚无直接证据证明在 COVID-19 爆发期间存在水传播，但如果不及时采取相应的预防和控制策略，在水循环下病毒传播的现状将可能进一步恶化。同时，应考虑到相关的其他环境风险，为中低收入国家和偏远农村地区，需要针对性的开发含有冠状病毒消毒工艺的分散式水和废水处理设施。

基于文献计量学分析，冠状病毒在水生环境中的来源和存活特征、检测方法、水卫生及 COVID-19 大流行对水生态系统的影响是疫情期间的研究热点。在世界许多地区的污水中都检测到了 SARS-CoV-2 ， WBE 已成为一个非常重要的发挥水科学与 COVID-19 交叉研究的平台。水科学家和水务人员可以提供独特而有力的信息和实用指南，发现水循环中 SARS-CoV-2 的缺陷并进一步提出遏制病毒的传播的措施。为了更好地做到这一点，我们需要对 COVID-19 与水之间的关系进行更多的研究。