《科技创新与品牌》杂志社院士天地

4位中国环境工程领域院士专家的新探索

新冠疫情下的环境风险防控

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目前,如何科学有效地做好新冠疫情防控,是世界各国政府、公众、科学家、工程师、医务人员共同面临的难题。为全方位防控不断变异的新冠病毒并为将来可能发生的流行病做好技术储备,4月6日,“新冠疫情常态化背景下的防控策略、挑战及启示”主题论坛的在线上举行。中国工程院院士侯立安、曲久辉、马军和吴丰昌4位中国环境工程领域的顶级专家,从环境工程科学的角度与公众分享了他们关于新冠疫情防控研究的最新成果及观点,以期引导更多的科学家、工程师参与到当前新冠疫情防控的指导和应对上来。

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当下,全球疫情仍在蔓延,国内也面临新一轮疫情冲击,疫情传播线路多样化趋势更加明显。侯立安指出,由于何时结束疫情尚不明朗,针对这种严峻的疫情形势,探究其传播途径及阻断技术的创新已经刻不容缓。

侯立安认为,室内空气传播是新冠病毒蔓延的重要途径之一。由于室内空气受限于建筑结构,病毒不易扩散和稀释,通常人在室内逗留时间大约占全天的70%~90%,这导致新冠病毒更易通过室内空气气溶胶传播致病。他强调,在相对密闭且缺少通风的房间里,感染的风险比较大;因此,面对肆虐的疫情,强化空气净化技术、消杀技术及装备的研发,对阻断病毒的室内空气传播、改善空气质量、保障人体健康显得尤为重要。

疫情初期,新冠病毒的空气传播曾一度被认为不是主要传播方式。2020年3月,侯立安团队曾多次提醒,新冠病毒存在气溶胶传播风险,应加强室内空气的净化消杀。他们同时积极向各有关部门、地方政府建言献策,对疫情期间生活垃圾分类、医疗废弃物处置、室内空气污染传播阻断、进口冷链防控等提出建议,并得到了有关领导批示和部门采纳。

“新冠疫情防控应持续加强室内空气污染控制与病毒传播阻断的研究和应用,以实现室内病原微生物的彻底消杀,切断病毒的室内气溶胶传播途径。”侯立安表示。

侯立安团队发表在中国工程院院刊《Engineering》的研究表明,适应性贴附通风技术可为室内输送新鲜空气,与传统顶部和上侧壁送风技术相比,适应性贴附通风技术可最大程度地减少病原微生物等污染物在房间内的传播,从而保障室内人员的安全健康。他带领团队研发出“五位一体”的全流程空气净化集成技术。该技术采用模块化设计,通过灵活组合适用不同应用场景,实现对病原微生物的全时段彻底消杀。全流程的空气净化技术由新风系统、室内净化、室内消毒、环境功能材料、排风系统五个单元组成(简称“五位一体”系统),系统协同效应明显,对气溶胶净化率高达99.9996%,已在湖北武汉和十堰、江苏等地应用,为抗击疫情提供了科技支撑。

针对我国新冠疫情防控场景的不同,侯立安团队提出的空气中病原微生物消杀理念及开发的相关创新技术,已成功应用在北京冬奥会防疫、进口冷链防疫、国际机场防疫、隔离点防疫等重要场所,许多还成为典型案例。“我们呼吁从国家层面建立更加全面系统、科学有效的空气环境防疫技术标准体系,完善室内空气环境防疫技术指南,促使成熟空气环境防疫技术尤其是在重点场所的强制推广应用。”侯立安在报告中表达了自己和团队的建议与期望。

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新冠疫情发生以来,国内外科学家为抗疫都做了大量的工作。曲久辉从历史的角度回顾了生态破坏与某些疫情之间关系的典型事件,针对病毒的屏障跨越传输与生态环境可能有关联的说法,他认为目前的认识都来自于推论和猜测,还缺乏实际的证据。

“如何获得证据、揭示规律、找到成因是我们面临的重大问题。”就疫情对生态环境相关研究有何启示这一主题,曲久辉说:“要弄明白我们要研究什么、怎么研究、谁来研究这三个方面。”

如何深刻理解和科学认识自然、环境和人之间的关系是“研究什么”的重大课题。“从自然到人,从保护到污染,从计划到反应,从分子到电子,从生物到物理等其他学科项目的相互耦合,我们需要构建一个这样的研究体系。”曲久辉表示,“我们要搞清病毒是什么,要溯源病毒从哪来,要通过调控干扰病毒的传播,还要建立相应的病原微生物数据库。”

针对“生态破坏影响病毒的进化与传播”这一问题,曲久辉提出这样的假设:自然灾害或人类活动胁迫﹣生态环境变化﹣动物栖息地或生境破坏﹣动物行为异常或生存危机﹣动物应激响应或受迫适应﹣所带病毒传输的屏障跨越﹣动物携带病毒变异﹣不同的渠道传染人类。

在思考“环境污染与病毒的进化及传播有何关系”问题时,曲久辉提出了另一种假设:环境污染(加之生态破坏)﹣对动物暴露并产生效应﹣动物应激响应﹣携带病毒传输的屏障跨越﹣动物携带病毒变异﹣不同的渠道传染人类。

“面向未来、面向前沿、面向科学、面向实际、面向安全,如何深刻理解和科学认知自然、环境和人之间的关系,是环境科学与技术研究的长期任务。”曲久辉认为。

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“在我国疫情防控常态化背景下,从源头消杀新冠病毒至关重要。”马军认为,对口岸医院以及冷链物流等高风险区域进行预防性精准消毒和绿色消毒,对于病毒源头精准控制具有非常重要的意义。

冷链物流病毒存活时间长、隐性传播风险高、消毒难度大,有可能是病毒在全球传播的主要因素之一。基于此,《中国﹣世卫组织新冠病毒溯源联合研究报告》将新冠病毒通过冷链食品运输引入人群,列为“可能”的疫情起源与传播途径。据马军介绍,其团队致力于开发高浓度、高压力、高渗透性的臭氧高级氧化技术,该技术具有消毒效率高、对物体表面消毒效果好、穿透性强等特点,适合作为大规模预防性消毒措施。

马军指出,臭氧发生方法主要有紫外光照射法、电解法、放射化学法、介质阻挡放电法。由于介质阻挡放电法所需原料简单,只需要电、空气或氧气,没有原料运输问题,而且发生器结构简单,所以,目前工业上大规模臭氧发生器都是采用此法生成臭氧。

“我们团队开发的基于界面催化原理产生高浓度臭氧技术,具有运行能耗低,可产生极强氧化性的羟基自由基、氧化效率高等特点。”马军进一步指出,这项技术已成功运用于低温口岸货物消毒、冷库货物消毒、进口羊毛外包装消毒、新冠患者救治医院环境消毒、食品厂新冠阳性物品及其环境消杀、冷冻集装箱内表面消毒等案例中。

“建议将高浓度、高压力臭氧高级氧化列入新冠病毒防疫指南,作为预防性消毒措施,通过多级屏障控制病毒传播,与现有终末消毒技术有机结合。”马军呼吁。

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从地球科学的角度来看,疫情防控是一个复杂的系统工程,需要长时间的研究。下一个影响人类社会的病毒将会是什么?将会在什么时间、什么地点,以什么样的形式出现?“事实上,比较肯定地说,新冠病毒只是地球上人类面临的生物性污染的冰山一角。”吴丰昌认为,自然界中有很多类型的污染物,并大致可以分为三类:物理性污染物、化学性污染物和生物性污染物。“它们之间的影响和作用都是复合和相互交织的,新冠疫情让我们深刻地认识到了生物性污染研究的重要性。”

吴丰昌团队大胆提出了“生物性污染物”的概念。生物性污染物是指致病微生物及其他有害的生物体,包括病原菌、病毒和原生动物等等,它往往产生大规模的或是具有较强破坏性的后果,对人民群众身体健康和生态安全可带来不可逆的重要影响。目前,生物性污染物的环境检测、溯源、环境地球化学行为与污染防空都存在研究空白,亟需开展多学科交叉系统研究。

生物性污染物具有可繁殖、致病性、变异性和隐蔽性等特点,为应对生物性污染物带来的强大冲击,吴丰昌提出以下四点建议。

加强环境污染、环境健康与工程科技领域的交叉和融合研究。这是环境地球学科涉及的环境污染和环境健康交叉领域前沿课题。吴丰昌研究团队提出了地球生态环境与人类健康一体防控的理念,强调跨机构、跨学科、跨地域的协作交流,旨在平衡和优化人类活动,加强健康工程科技统筹污染防治、生态保护和应对气候变化,从而实现经济社会可持续发展。

加强以生物性污染物为核心的环境与健康领域的科技研发和工程运用。以保护人民生命健康为核心,坚持人与自然和谐共生,加强生物性污染的全过程、多层级、全生命周期的科技研发和工程运用。包括环境的监控与溯源、行为与调控、传播和防控、风险评估和管控等理论、技术、工程的研发,服务于国家重大科技战略,保障人民群众健康。

加强环境中生物性污染物在风险防控方面的创新研究。摸清我国整体环境尤其是重要地区、重要介质中生物性污染物的污染现状,搞清生物性污染物的来源、暴露途径、危害、风险水平和管控标准,研发相应的核心技术和装备,实现新冠疫情的科学管控、精准管控和依法管控。

发挥环境保护在应对突发公共卫生事件中的作用。环境保护可以在突发公共卫生事件的全过程、全要素、多层级防控中发挥重要的作用。事前要加强野生动物及其栖息地保护,减少或禁止捕猎野生动物,加强环境、生物和热点区域病毒的检测,完善早期预警系统;事中要深化环境要素对病毒存活和传播能力的科学认知,加强对城市和农村水体病原体灭活技术的研究;事后要完善突发公共卫生事件应急体系,提高国家应对重大突发公共卫生事件的科技储备。