疫情防控期间含氯消毒剂大量使用对水生生物的影响综述*

叶利兰 甘春娟 陈 垚# 袁绍春

(1.重庆交通大学河海学院，重庆 400074；2.重庆市市政设计研究院，重庆 400012)

新型冠状病毒(2019-nCoV)肺炎疫情发生以来，经过全国上下齐心协力、顽强奋战，国内形势积极向好，但境外疫情形势依然严峻。家庭和公共场所的消毒是有效防控2019-nCoV的重要手段。2020年2月18日，国家卫生健康委员会印发了《消毒剂使用指南》[1]：明确要求在疫情防控期间严格遵循“五加强七不宜”，正确合理地使用消毒剂，真正做到切断传播途径，控制传染病流行。在这场病毒防疫战中，正确合理的消毒剂使用可以杀灭大量的病原微生物，抑制病毒的生长，阻断病毒的传播，从而保证人们的身体健康。然而，若消毒剂使用不当，残留于环境中的大量消毒剂可扩散到大气中、流入地表水或渗入地下水，进而威胁到当地水生态系统和人类身体健康[2]。在此背景下，本研究综述了含氯消毒剂对冠状病毒(CoV)的灭活特性，总结分析了含氯消毒剂进入水环境的主要途径，对水体中浮游植物和水生动物的毒理作用，对生物群落结构的影响，并对含氯消毒剂的规范化使用提出了相关建议。

1 含氯消毒剂对CoV的灭活特性

据文献报道[3],[4]59，引发此次肺炎的2019-nCoV属于β属CoV，而这类病毒因存在包膜已被证实对消毒剂抗力低，同时对紫外线和热也敏感，一般情况下，56 ℃下水浴30 min，或采用含氯消毒剂、过氧乙酸和75%(体积分数)乙醇、乙醚、氯仿等脂溶剂均可有效灭活病毒，但氯己定无法破坏病毒包膜。含氯消毒剂主要通过与水发生反应，产生HClO，并释放出具有极强氯化作用的活性氯原子和氧化能力的初生态氧，进而有效杀灭CoV病毒(见表1)。因此，疫情防控期间世界卫生组织(WHO)建议每天应使用有效氯为500 mg/L的常规家用消毒剂对床头柜、沙发和其他经常接触的物体表面进行至少1次的预防性清洁消毒[8]，以对2019-nCoV病毒的传播途径进行灭活阻断。国内学者则建议采用有效氯为500～1 000 mg/L的含氯消毒剂对物体进行浸泡、表面擦拭或喷洒，并且消毒结束后需用清水擦拭或冲洗[4]60。金伟等[9]3通过对上海市定点隔离酒店、定点收治医院的排水管及末端污水处理厂中2019-nCoV病毒的检测，证实正常的污水消毒方式和消毒剂量可有效灭活2019-nCoV，并建议居家隔离人员在抽水马桶放置消毒氯片，集中收治区域实行正常消毒，没有必要过量使用消毒剂。

由表1还可看出，正确合理使用含氯消毒剂可有效灭活多种CoV。但疫情防控期间，存在含氯消毒剂大规模和大剂量使用。据报道，自2020年1月29日至2月18日，武汉市各区、各单位累计投放消毒药剂1 963.58 t，其中，26座污水处理厂尾水强化消毒用量1 777.36 t，污泥消毒用量33.69 t[10]，再现了“非典”时期过度消毒的现象[11]。长时间大量使用含氯消毒剂会造成大量消毒剂残留在环境中。有证据表明，多种消毒剂残留物会在土壤、地下水、植物等环境中长期存在，对动植物产生急性和慢性毒性作用，并进入食物链，通过生物富集作用，对人体健康造成危害[12]。同时，消毒剂在杀灭CoV的同时，也灭活了大量有益微生物。

表1 含氯消毒剂对CoV的灭活效果

2 含氯消毒剂对水生生物及群落结构的影响

使用含氯消毒剂产生的含氯废水进入水体后可能会造成水环境污染。自然水体通过各类微生物、水生植物和水生动物的食物链关系进行水体、底泥和大气之间的能量交换与物质循环，从而形成水体自净过程。若水中残留的活性氯含量过高，可能会导致生物多样性降低，造成生态系统异源演替，甚至出现关键物种的丧失，导致生态系统发生退化[13]2721。消毒剂的过量使用对河湖生态系统的水化学过程、群落结构和生态演替都可能造成深远影响，应予以足够的重视。早在20世纪初期，国内因在水产养殖中使用含氯消毒剂进行消毒，逐渐开始重视水中残余活性氯对水生生物的影响[14]。可以预见，疫情防控期间大规模、大剂量使用含氯消毒剂，残留的活性氯很可能会通过地表径流、排水管网和污水含氯尾水排放进入自然水体，进而对水体中的水生生物产生不可逆的毒理作用，从而影响水生生物群落结构。

2.1 含氯消毒剂进入水环境的主要途径

在疫情防控期间，不仅对室内环境进行消毒，也会对室外公共场所进行大面积的喷洒消毒。消毒期间造成大量含氯消毒剂残留，这些含氯消毒剂会随降雨径流作用进入地表水中，或通过渗透作用进入到地下水中，从而对微生物群落和水生态系统产生影响。而家庭和公共场所用水器具使用高浓度、高剂量的含氯消毒剂还会通过排水设施进入城镇污水处理厂，导致污水处理厂进水余氯含量较高，进而对生物池中的活性污泥产生抑制作用，甚至对生物处理系统产生破坏性影响。高剂量NaClO会严重损伤污水处理系统中的聚磷菌，影响吸磷和释磷速率[15]。目前，已证实2019-nCoV可以通过粪便污水进入排水设施[9]2。为进一步防控2019-nCoV的卫生学风险，各地污水处理厂往往在消毒设施中增加了含氯消毒剂的投加剂量，但过量的余氯可能产生致癌性含氯有机物(三卤甲烷)和持久性高毒性有机物(卤乙酸、卤代硝基甲烷)等消毒副产物，排入水体后引发持久性累积效应，进一步增加生态风险。为避免疫情防控期间污水处理厂因大剂量投加含氯消毒剂产生的消毒副产物对水环境的影响，住房和城乡建设部出台了《关于疫情期间城镇污水处理厂加氯消毒设施运行建议》，指出需要加强对尾水中余氯含量的检测，严格控制出水余氯含量，以避免余氯含量过高对后续接纳水体造成影响。但该建议并未给出尾水余氯含量控制阈值。同时，对于乡镇污水处理厂而言，往往由于技术和设备原因，难以严格控制出水余氯含量，导致尾水余氯含量过高。相关研究表明，对于含活性氯尾水连续排入的自然水体，活性氯应控制在0.01 mg/L(以Cl2计)以下，才能防止其对水生生物的影响，若水体中存有敏感生物，活性氯则不能超过0.002 mg/L[16]。

2.2 含氯消毒剂对浮游植物的毒理作用

含氯消毒剂进入水体后，残留的余氯会对水生植物，尤其是浮游植物产生影响，但其影响程度取决于水体水质条件，如水中较高浓度的总颗粒物(TSS)和溶解性有机碳(DOC)会大量消耗水体中的余氯，进而降低其对浮游植物的影响[13]2719。相关研究证实，水体中余氯可通过抑制铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)[17]、三角褐旨藻(Phaeodactylumtricornutum)[18]、小球藻(Chlorellasp.)[19]5429等藻类的光合作用和呼吸作用，继而对其生长产生明显抑制作用。同时，水中微量活性氯的残留和氯胺的存在均会破坏浮游植物的细胞酶活性，使其对氮的吸收功能受阻，从而影响浮游植物的繁殖能力[20]。此外，余氯对浮游植物的毒害作用受余氯浓度和作用时间影响[21]。如低水平余氯(0.02 mg/L)反而可促进小球藻的生长[19]5432，而当余氯超过0.25 mg/L时，则会对藻类生长产生抑制作用[22]，并随余氯浓度的增加和作用时间的延长，抑制作用逐渐增强[23]。虽然浮游植物具有较强的恢复潜能，对余氯的胁迫损伤作用可作出较快的响应恢复，但其恢复后会导致群落结构会发生显著变化[24]。余氯浓度过高引起浮游植物生产力中断，可能导致直接或间接依赖光合作用提供能量的较高营养级生物的食物短缺，严重者可能会影响生产力低下区域内各种生物的生长、繁殖潜力或最终生存[25]。

2.3 含氯消毒剂对水生动物的毒理作用

水体中残留余氯对水生动物的毒理作用与余氯浓度、应激时间和敏感性等因素有关。由于浮游动物生命周期较短，因此，毒理效应主要基于急性毒性实验结果[26]。由于浮游动物对氯较敏感，即使余氯含量较低，也可对浮游动物产生显著影响，但相较于间歇接触，连续接触时浮游动物对氯的敏感阈值更低[13]2719。基于水中余氯对鱼类和无脊椎动物物种的显著毒理效应，美国环境保护署(USEPA)建议，天然淡水中总余氯(游离氯和化合氯)阈值(时均值)宜为0.019 mg/L[27]。而国内污水处理厂出水水质所执行的现行标准中，并未规定污水处理厂尾水的余氯阈值，难以消除含氯尾水排放对水环境产生的生态毒理作用。对于含氯消毒剂的生态毒性，EMMANUEL等[28]研究发现即使水体中余氯低于1 mg/L，也可对水生生物产生急性毒理作用。同时，研究发现含氯尾水排放还会导致青鳉鱼(Oreochromismossambicus)的繁殖率和水蚤(Daphniasimilis)的存活率明显下降[29]。余氯对浮游动物的毒理作用还会与温度产生协同效应，呈现出随温度的升高而浮游动物对余氯更敏感的规律[30]。江志兵等[31]研究发现余氯对中华哲水蚤(Calanussinicus)的毒性随水体温度的升高而增强。同样，研究证实余氯对鱼类的毒理作用也随温度升高而增强[32]88。

余氯对不同水生动物存在不同的毒性效应机制。对于鱼类而言，余氯会通过氧化损伤致毒途径导致鱼鳃组织产生病变，阻止氧气的进入和交换，降低血液运输氧的能力，进而对鱼类产生毒性作用[32]89,[33]；对于浮游动物而言，则主要通过蛋白质外泄致毒途径产生灭活[34]。而余氯对底栖动物的灭活途径受底栖动物种类影响。余氯会通过减少涡虫(Dugesiatigrina)摄食和运动能力，导致其生殖能力受损，表现出明显的亚致死毒性[35]。受余氯影响后，摇蚊(Chironomidae)幼虫和水蚯蚓(Limnodrilushoffmeisteri)会随时间推移和水温上升表现出不同的恢复特性，其中，摇蚊幼虫可较快恢复，而未被杀死的水蚯蚓因处于应激状态而恢复进程较缓慢[36]29。

2.4 含氯消毒剂对生物群落结构的影响

微生物是水生态物质循环和能量流动等生态过程的重要参与者，但其群落结构易受环境因素干扰而发生演替。微生物群落结构属于生物群落结构的一部分，含氯消毒剂可杀灭大多数病原微生物，也会对微生物群落结构产生影响。水体中残留的消毒剂可能会破坏微生物的细胞壁，或者对其蛋白质造成氧化损伤[37]。如活性氯从0.057 mg/L增加至0.070 mg/L时，菌群多样性明显降低，并显著改变了优势菌种[38]。同时，当含氯消毒剂超量排放至受纳水体时，残留的余氯首先以游离氯形式存在。但在水动力条件下，游离氯不断稀释、光分解和挥发，并与水中还原物质和有机物质发生反应形成性质比较稳定的氯胺[39]2。相对于游离氯，氯胺超过 1 mg/L时即可对水体中的硝化细菌产生明显抑制作用[40]，进而影响水体中氮的循环过程。最新研究指出，含氯尾水排放会显著影响水环境中的微生物群落，降低微生物多样性，甚至导致水体中具有硝化功能的微生物发生缺失，进而破坏水体中氮还原体系，影响自然水体中氮循环过程[39]3。可见，过量含氯消毒剂排放至自然水体，会破坏环境功能微生物的菌群结构，改变微生物生态功能，进而影响生物群落结构。

含氯消毒剂不仅会对微生物群落结构产生影响，也会对水生植物和动物种群演替产生影响。研究表明，低水平氯(0.05～0.15 mg/L)会导致海洋浮游植物群落的物种组成发生重大变化[41]。此外，含氯尾水中余氯和消毒副产物的联合作用还可对受纳水体的生物群落产生不利影响[42]。水生生物群落中的微生物、植物和动物种群之间是相互影响、相互作用的。水中溶解氧的主要来源是浮游生物的光合作用，当水中余氯浓度过高时会导致浮游植物死亡，光合作用减弱，水中溶解氧浓度降低[36]28。然而,底栖无脊椎动物种类的多样性指数与水中溶解氧呈显著正相关关系[43]。当水中溶解氧浓度降低时，底栖动物也会受到相应的影响。同时，在池塘中施用ClO2会在短期内增加水体氨氮毒性，并导致浮游动物的种类、密度和生物量显著增加，进而导致浮游植物生物量显著下降、小型化藻类增多、优势种显著变化[44]。含氯消毒剂大量使用不仅会对单一水生物种造成影响，对水生态系统的群落结构和生态演替都可能造成深远的影响，进而影响水生态系统中的物质循环，最终破坏水生态系统的平衡。

3 含氯消毒剂的规范化使用

3.1 源头削减

在疫情防控期间，社区、公共场所和家庭均应严格按产品使用说明书上标明的使用浓度进行消毒剂配制，以避免过量使用消毒剂，尤其是不宜使用有效氯大于1 000 mg/L的消毒剂进行预防性消毒。在进行家庭室内消毒时，若家人身体无明显异常，可适当减少消毒次数或放弃大面积消毒，以降低HClO对身体的伤害。同时，应尽量减少一些室外公众场所的过度消毒，如避免在小区入口处设置全身喷淋式的消毒通道。此外，若小区无感染者或密切接触者时，公共场所的消毒应以清洁卫生为主，预防性消毒为辅，重点对高频接触的门把手、电梯按钮、门禁按钮等物体表面进行消毒。对于空气流通性较好的室外公共场所，尤其是人体很少直接接触的区域，不建议进行大面积消毒，尤其是不应在池塘、水库、湖泊等水环境中投加含氯消毒剂。

3.2 过程控制

针对含氯消毒剂产生的废水，可通过在进入水体前设置调蓄、拦截和净化设施进行净化处理，以阻断降雨径流携带含氯消毒剂废水进入水体。当含氯消毒剂的生活污水或医疗废水进入污水处理厂后，应通过处理工艺流程的强化措施，并根据进水余氯指标的变化情况，及时采取有针对性的应急措施。当对医疗废水进行消毒时，若含氯消毒剂投加量不足，则易与污水中的氨氮生成氯胺。同样地，家用消毒剂进入污水中也通常以氯胺形态存在[45]38。虽然氯胺氧化能力较弱，但低浓度便可对硝化功能微生物产生显著的抑制作用，进而影响污水处理系统的生物脱氮作用。因此，在疫情防控期间特别要保证城市污水处理厂的稳定运行。王洪臣[45]39建议疫情防控期间，污水处理厂运行时应密切关注余氯的瞬时波动特性，并严密监控和及时预警活性污泥的活性，可通过增加污泥回流比或投加营养物质促进活性污泥中微生物的生长，以减少余氯对处理系统的冲击效应。为防止含氯尾水排放对水生态系统的影响，可将污水处理厂尾水中余氯阈值控制在0.5 mg/L以下。

3.3 末端治理

当污水处理厂含氯尾水排放进入水环境后，也可以通过水力调控、曝气复氧提高水中溶解氧浓度，并结合水生植物生态系统构建，强化消毒剂在水体中降解和脱毒，降低其对水体生物健康的影响。例如，采取超微净化水处理技术，可以把水质中的残留消毒产物、氮磷、藻类、胶体等污染物进行清除。水体曝气复氧技术经常用于湖泊、河道污染治理，通过增强水体自净能力，改善水环境质量。

4 结 论

在疫情防控期间，家庭和公共场所消毒是有效防范2019-nCoV传播的重要手段，但应正确合理使用含氯消毒剂。若大规模、大剂量使用含氯消毒剂，残留的含氯废水易通过地表径流、市政污水管网以及污水处理厂含氯尾水的排放进入水环境中，改变微生物群落结构，影响物质循环，进而对水生生物产生毒性危害，甚至造成物种的丧失，破坏水生态功能。因此，各场所均应正确合理地使用含氯消毒剂，从源头上削减使用量，并采用过程控制措施以阻断残留余氯进入水体中。