地下水里的病毒离我们多远?
* 来源 : 达西环境DE * 作者 : admin * 发表时间 : 2020-03-30 * 浏览 : 36

武汉新冠病毒阻击战还在继续,铺天盖地的是口罩,酒精的采购信息。

为什么需要这些?因为病毒的传播途径使然。

人们知道了打喷嚏出来的病毒可以跑出几米,就都带上了口罩。知道了可能通过气溶胶传播,恨不得都套上防护服。知道了可能通过眼睛粘传播,都抢起了护目镜。这些紧密围绕在我们身边的传播媒介值得我们最为关注,也是生态环境工作的重点。地下水,偏门,偏科,城市的地下水到我们身边都已经经过了自来水厂的处理,何来病毒可言!然而,这是百密而无一疏的吗?未必!

DE围绕着地下水中的病毒类型,地下水中病毒迁移途径,地下水中的病毒存活时间,如何消灭地下水中病毒,我国的地下水病毒疫情,五个方面对地下水与病毒的关系进行了全面梳理,并最后给出了我们能做的两件事。

01  地下水中也有病毒!

造成水体污染的病菌主要有肠道细菌、卵囊体、真菌孢子以及病毒。其中病毒体积很小,且在自然界具有很高的存活率和很强的感染能力,因此成为人们关注的主要水体污染微生物。病毒是抗消毒能力最强的病菌,仅仅只需要一两个病毒粒子就能对人体造成感染,因此即使是很小的可能性也必须引起足够的重视。

地下水中存在着各种各样的微生物细菌、病毒和一些无害的指示菌。目前,大肠杆菌、粪链球菌、鼠伤寒、砂门氏球菌、总大肠杆菌、粪便大肠杆菌、脊髓灰质炎病毒、噬菌体、铁细菌、硫细菌、霉菌、腐化菌及酵母菌等是经常可以从地下水中检测出来的。不同含水层和不同成因的地下水中细菌的数量和种类,由于介质条件的不同而有差别,而且不同菌种在地下水中存活的时间也有有所不同。

有史以来,地下水中曾发现并引起水媒病(指由水携带的微生物及毒性物质导致的疾病)传染的致病菌有霍乱菌(霍乱病)、伤寒门氏菌、志贺氏菌等;地下水中病毒则主要包括脊髓灰质炎病毒、甲型肝炎病毒、胃肠病毒、ECHO病毒、诺如病毒等,且每种病毒有多种类型,对人体危害较大,引起的诸如天花、脑炎、狂犬病、黄疽、传染性肝炎、急性肠胃炎等人体严重危害。

那么,通过文献案例总结,我们发现国外很早就发现了地下水中的病毒情况。

1946年-1977年美国所发生的264起疾病暴发和62273例病人与污染的地下水(未处理过或处理不彻底)相关。这数字分别是总暴发起数和总病例数的48%和58%。粪池和污水池溢流是造成42%疾病暴发的原因,71%的疾病是使用了非市政系统未经处理过的地下水所引起。

研究人员曾在美国佛罗里达州移居者营地胃肠病暴发期间,从12.2米深井取378升水样中分出了22/23埃可病毒复合物。水井离周边固体废物场30.5米,接近化粪池所在区中部。从其污水、含残余氯0.4~0.6mg/L的可饮井水和在该营地生活的个别人粪便中都分离出了埃可病毒。在该营地生活6周以后发生了15例甲型肝炎。

研究人员也曾从密歇根州一家饭店从引起胃肠炎暴发的井水中分离出了似疫苗2型脊髓灰质炎病毒。

类似状况,世界各地都曾出现。

1955年-1956年印度德里流行的传染性肝炎是一个典型的水源细菌污染事例,估计总发病率为97600例,死亡率为0.9%。

以色列曾从一些3米深的井内采取了20-440升地下水样。发现99份水样中有20份为病毒阳性。所分离的病毒有B6型Coxsackie病毒,6和7型埃可病毒,1型脊髓灰质炎病毒,以及一些未鉴定型别的病毒。

英格兰曾从两份地下水样中分离出了2型脊髓灰质炎病毒。

加纳阿克拉地区的3口井曾分离出1型脊髓灰质炎病毒和B3Coxsackie病毒。这些水井是专门挖掘的,以供人消耗用水。

地下水中的已知病毒种类较多。我们也发现了目前地下水中躲的最深(深达2km)的病毒,和拍摄到的最小的细菌。

首先,疑似最深的病毒,发现于俄罗斯。

2019年1月16日,由莫斯科国立大学的专家参与的俄罗斯科学家团队以命名,在托木斯克地区2公里深处发现了三种噬菌体病毒的DNA。莫斯科国立大学生物学家团队发现了从两公里深处提取的水中Caudovirales(有尾噬菌体目)的噬菌体病毒的DNA。

该井于20世纪50年代中期在托木斯克地区钻探,以寻找石油。然而,科学家们研究发现了热水。在水中检测到三种属于噬菌体病毒的环状DNA。现在,这些序列已列入GenBank数据库中,供世界各地的研究人员使用。未来,科学家计划研究病毒在西西伯利亚地区其他地下含水层中的传播,以及确定它们可以感染的细菌类型。

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图1 拍摄到迄今世界上最小的细菌体

此外,人类在2015年也拍摄到了地下水中的最小细菌。

据2015年《Nature Communications》报道,美国科学家首次拍摄到“极小细菌”的照片,它的体积平均为0.009立方微米。基于综合电子显微镜成像以及对该细菌的DNA描述,研究人员发现这种细菌非常微小,150个极小细菌才相当于一个大肠杆菌,而15万多个大肠杆菌叠加起来只相当于人类头发直径。

科学家是在地下水中发现这种极小细菌,并认为它们非常普遍。它们长有菌毛结构,很可能起到微生物交互作用,弥补生物合成能力。

02  地下水中病毒怎么迁移?

“花样繁多”的地下水中的病毒,又是怎么一步步来到地下水中的呢?

想知道病毒在地下水中的迁移情况,首先要知道病毒的尺寸和性质。

病毒之所以能够在土壤和地下水中发生迁移,主要是因为它的体积很小。如图2所示,病毒粒子的大小为0.02-0.3μm,几乎可以通过所有类型的土壤孔隙,甚至是有效孔径最小的粘粒孔隙。因此,可以用胶体过滤或者溶质吸附来描述病毒的吸附过程。

目前已有一些病毒(主要甲型肝炎病毒)从污染源经若干距离而进入井水的流行病学证据。现在已普遍承认在地下水中,病毒在正常条件下可以迁移很长的距离。然而,影响病毒在地下水中迁移的特殊因素有待深入研究,比如饱和度,地表水流,水文地质条件等因素。

从宏观上而言,病毒进入地下水的途径多样。

地下水中的细菌和病毒来源主要包括生活污水、医院污水及垃圾渗滤液等,未经消毒的污水中含有大量细菌和病毒,通过污灌、渗坑(井)的渗透进入包气带和饱水带,将对地下水造成生物污染。另外,下水管道泄漏、河堤渗漏、污水处理后复灌以及不合理的畜牧措施也可能造成地下水遭受病毒污染。

从微观上来说,病毒在地下含水层中迁移也需经过层层关卡。

病毒附着的污染物在通过包气带向下运移时,会产生一系列复杂的物理、化学及生物作用。其中物理和化学作用对污染物的迁移产生较大影响:

物理作用效应主要包括机械过滤及稀释作用,他们主要产生净化效应。污水中的大肠杆菌可以迁移至较深土层,而病毒的包囊较小,在经过多孔土壤的过程中不易被过滤和净化,随着水分进入地下水系统的几率较高,所以地下水病毒污染相对严重。疫区的土壤性质,含水层性质,地下水补径排,开采情况都会直接影响病毒迁移状况。

化学作用效应主要包括吸附、溶解、沉淀、氧化还原、pH值影响、化学降解、光分解及挥发作用等。而吸附是病毒迁移的主要影响作用。

病毒失活的生物作用会导致病毒衰减。

那么,我们不禁要问,病毒在地下水中能活多久?

03  地下水中的病毒能活多久?

严格估计病毒在天然水中的存活是困难的,因为病毒对影响其存活的各种因素的抵抗力不相同。有研究表明,一些病毒在地下水中可能至少存活28天。也有研究人员报导过有些病毒在地下水中的存活可达18天,也有实验室实验一些病毒在饮水中的存活超过了20天。因为地下水含水层中阳光的影响被消除,温度较为稳定,病毒在地下水中很可能存活较长时间。

不少微生物致病菌、病毒和指示菌在地下水中能随水一起流动,并可以生长较长时间,生存在地下水中的微生物是相对稳定的。微生物细菌的衰减速度K由dc/dt=-Kc求得,c为微生物浓度,t为时间。下图列出了几种微生物在地下水、地表水、海水中的衰减速度。

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图3 不同水体介质中微生物衰减速度

可以看出微生物细菌在地下水中比其在河水、海水中衰减得慢得多。另外,病毒比细菌在地下水中生存时间要长,且两者间无相互关系,而细菌中粪链球菌最为稳定,大肠杆菌抗性最强。

由此可以看出,病毒在地下水中比其余水体介质的时间长,但是都会存在衰减的情况。

04  怎么消灭地下水中的病毒?

据《2018中国生态环境状况公报》,我国约61%的城市居民以地下水为饮用水源,北方地区65%的生活用水、50%的工业用水和33%的农业灌溉用水来自地下水。

地下水是要用来喝的。对于地下水消毒,除了传统的自来水厂沉淀加氯消毒的处理措施,即通过氯及其化合物在水中产生的次氯酸与微生物酶起反应,从而破坏微生物细胞中的物质交换而达到杀菌效果。

其实还能利用含水层自身微生物等“五花八门”的消毒方式。

德国伯恩市CSIRO地下水研究中心曾使用地下水含水层样本去除脊髓灰质炎病毒。但是杀病毒的速度较慢,在使细菌兴旺繁殖的条件下,病毒消失得最快。研究认为这可能是一种代谢作用,细菌或是正在利用病毒作为食物,或是正在产生某种能杀死病毒的物质。

有研究使用臭氧消毒,臭氧的杀菌作用与其高氧化电势和容易通过微生物细胞膜扩散有关。它的杀菌能力比氯强,且作用快消耗量也比氯小。如在0.45mg/L臭氧作用下,经2分钟水中脊髓灰质炎病毒死亡。同时,由于污染质的氧化和矿化,杀菌的过程也使得水气味消失,色度降低。

也有研究使用银离子消毒,银的消毒效力较好,各种不同程度细菌污染的天然地下水中每升加人1mg的银,经2小时后完全消毒。几种细菌可以排成衰减的顺序为:葡萄球菌>链球菌>痢疾菌>大肠杆菌。作为水消毒的清洁性指标的大肠杆菌,对银的作用最稳定。如净化后水中不含大肠杆菌,则上述所有细菌在水中更不存在。

然而,此类试验需要区分病毒失活衰减的影响,相关研究有待深入。

05  国内有地下水引发的病毒疫情?

近些年,地下水作为直接饮用水源,也导致国内发生一些小规模的疫情。DE从疫情规模和原因两方面总结了四件疫情。

2009年9月4-11日,广东省某农村学校因生活用井水被GⅡ-4型诺如病毒污染引起胃肠炎暴发,共报告病例108例,经流行病学调查,使用受污染的井水作为生活用水为主要危险因素。

2014年11月26日-12月5日杭州市西湖区某校共发生诺如病毒胃肠炎病例82例。有多名学生因出现呕吐、腹泻等症状到医院就诊。根据病例临床表现、流行病学调查以及实验室检测结果判断该起疫情为诺如病毒GⅡ型引起的急性胃肠炎暴发,暴发的主要原因可能为食用受污染的井水,接触传播也是主要的传播途径。同时,停用井水前采集的学生宿舍生活用水菌落总数均超标,并且均能检测出耐热大肠菌群和总大肠菌群,而停用井水后采集的学生宿舍生活用水细菌常规指标均恢复正常,表明井水可能被粪便污染,间接印证了以上结论。

诺如病毒是引起成人和儿童急性病毒性胃肠炎的常见病原体。诺如病毒好发于冬春季,具有起病急、传染性强、传播速度快等特点,并且容易在幼儿园、学校等人群聚集场所暴发,成为严重的公共卫生问题。

2015年2月19-28日,浙江省临海市江南街道沿岙村发生一起群体性腹泻暴发疫情,春节期间该村村民陆续出现腹泻患者,伴腹痛、恶心、呕吐等症状。经临海市疾病预防控制中心现场流行病学调查和实验室检测,证实是一起由村公共井水被粪便污染引起的轮状病毒感染性腹泻暴发疫情。结果本次暴发共发病165例,临床表现以腹泻、呕吐为主,8例患者大便标本检测出轮状病毒。饮用公共井水可能是本次暴发的危险因素。该村并没有提供市政自来水,饮用水来源主要有东部山上蓄水池的山水和居民区的一口公共井水。山水和井水通过管道流经半山腰的饮用水处理室后,经二氧化氯投加消毒装置予以消毒,再合并成一条管道提供给居民使用。该村村民因嫌饮用水加氯消毒后气味较大而不愿意使用,村饮用水管理员已多月未对该装置添加二氧化氯,现场也发现消毒装置已废用较长时间。

2015年5月1日,江西省某村卫生室报告该村某砖瓦厂4月29-30日出现较多腹泻病例。本次疫情共报告病例45例,病例标本中3份为诺如病毒阳性,3个水井水样标本中细菌总数、大肠菌群均严重超标。结论本次疫情是一起由诺如病毒引起的急性胃肠炎暴发事件。暴发原因是直接饮用污染的2号井水所致,污染方式可能是因暴雨将病人呕吐物直接冲刷入水井或者厕所排污渠渗漏入井。

06  后知后觉,我们要怎么办?

据《2018中国生态环境状况公报》,淡水环境状况令人喜忧参半:一方面,2018年地表水质量得到改善,36个重点城市的黑臭水体基本消除;另一方面,“看不见”的地下水质量堪忧,全国地下水水质较好级以上的比例仅为33.4%,较差级和极差级分别达到51.8%和14.8%。人们以为深藏地下的水不易被污染、水质好,但现在看来,“看不见”的水远没想象中那么干净。

地下水循环缓慢,自净能力弱,污染情况不好改善。我国约61%的城市居民以地下水为饮用水源;北方地区65%的生活用水、50%的工业用水和33%的农业灌溉用水来自地下水。地下水一旦污染,危害的将是生活的方方面面。

我们已经看到,地下水引发的疫情主要来自于地下水被污染,而后直接被饮用。

因此,从两方面我们可以将地下水疫情防患于未然。

第一,农村生活污水集中处理,更换饮用水源。

干净的山泉水,纯洁的井水,是可以喝的,前提是我们不能弄脏了。除了密集的工业园区废水排放,农村生活污水的散乱差是上述几次疫情的主因。今年中央一号文件再次提到农村生态环境问题,在一些使用地下水作为直接饮用水水源的地区,要从根本,从源头防止地下水环境恶化。同时,应加强对农村饮用水的卫生管理工作,对饮用水源进行消毒处理.尽快将自备井水改成市政供水,切断病毒进入人体的途径。

第二,如果实在需要直接饮用自来水和地下水,煮沸再喝。

自来水出厂前经过层层处理和检查,符合国家饮用水标准,但在储存、管网运输过程中可能发生污染,因此建议居民不要直接饮用自来水,煮沸会杀死或降低水媒病原体的活性,包括像隐孢子虫一类的对化学消毒有抵抗力的原生动物,以及像轮状病毒和诺如病毒一类太小而无法被过滤除去的病毒。即便水是浑浊的,煮沸也可以消除微生物和苯和氯仿一类的易挥发性有机化合物。经济条件允许的话,可安装净水器,进一步过滤自来水或地下水,让饮用水更安全。在肯尼亚、玻利维亚和赞比亚,净水器的使用已经减少了30~40%的腹泻病。

某种程度上而言,相较于围在身边的空气和目能所及的地表水,看不见,摸不到的地下水令人放松警惕。无论是浙江的城区高校,还是江西的农村砖瓦厂,地下水都曾作为主要媒介引发了病毒疫情,这又提示我们,地下水病毒污染不得不防。从源头做好防控,切换直接饮用途径,饮用水从源头到受体全程做好消毒,其实是可以避免的。这一串串的疫情暗示着,从底层的科研工作到应用层面的政策管理,是有些环节出现问题和漏洞的。这波疫情过后,期望政策联动带来地下水和病毒相关研究开花,饮用水安全有效落地,全方位筑牢卫生防预体系,而不仅仅是不吃野生动物而已。

参考资料:

[1] 罗明泉.地下水中的病毒[J].环境科学丛刊,1982(01):75-80.

[2] 肖波,赵允格.病毒在土壤和地下水中迁移研究综述[J].土壤通报,2006(01):177-183.

[3] 苏泼曼.地下水的抗病毒作用[J].国外医学情报,2001(05):24.

[4] 李福申.浅谈地下水中微生物[J].工程勘察,1987(05):50-52.


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