《ACS ES&T Water》：Leveraging Potable Reuse to Bolster the Long-Term Sustainability of Wastewater-Based Surveillance
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废水基监测（WBS）通过跨部门协作和技术创新在新冠疫情期间迅速发展，现正扩展至饮用水再利用等新领域。其通过分析污水中的病原体和化学物质浓度，优化供水处理流程，支持公共卫生决策和供应链管理，并推动One Health与One Water战略融合。
与疫情相关的投资和跨部门机构合作推动了基于废水的监测（WBS）的迅速发展。公用事业公司与商业或政府实验室之间的合作通过简化站点接入、样本物流和数据共享，帮助在全球范围内推广了WBS项目。大规模WBS项目的例子包括美国的国家废水监测系统（NWSS）和WastewaterSCAN、欧洲的欧盟公共卫生废水观测站以及澳大利亚的国家废水监测计划。研究人员不断改进方法，以覆盖越来越多的优先化学和微生物监测目标，公共卫生合作伙伴也在探索这些数据的新应用，以补充传统的监测活动，包括监测疾病趋势、建模健康结果以及为公共卫生响应提供信息。
(1)尽管近年来疫情受到了广泛关注，但WBS的价值远远超出了COVID-19公共卫生紧急情况的范畴，历史上的应用（例如脊髓灰质炎）和最近的新应用（例如猴痘）都证明了这一点。WBS的应用范围正在不断扩大，不仅限于市政废水系统，还包括大学校园、医疗设施和集体居住场所，以及农业行业（例如牲畜中的H5N1病毒）。即使这些例子也凸显了WBS在“同一健康”（One Health）和“同一水资源”（One Water）框架下的巨大潜力。实际上，WBS在全球范围内的长期可持续性可能取决于我们能否通过扩大监测范围并明确展示其跨行业价值来实现其潜力。这些目标可以通过重新定义这一概念、吸引新的合作伙伴和资源以及积极调动关键利益相关者的参与来实现。
我们建议将“基于废水的监测”发展为更广泛的“废水分析”范式，将其置于“同一健康”和“同一水资源”的核心位置。我们认识到，要完全实现这一目标需要综合性的方法和长期的战略规划，但每一个新的应用都会增强废水检测基础设施的长期可持续性，使其能够抵御周期性的资金压力，并为下一次公共卫生紧急情况做好准备。这里我们提供了一个废水分析如何应用于新领域——饮用水再利用的例子，并讨论了这对公用事业公司、监管机构和公众的好处（
图1），尤其是在全球越来越多社区考虑直接饮用水再利用的情况下。
(2)图1
图1. 展示了废水分析在饮用水再利用应用中的好处。
由于环境缓冲作用有限（如果有的话），直接饮用水再利用（DPR）系统的响应时间本质上较短，因此需要全面评估急性健康风险（例如病原体暴露）。历史上，生成描述病原体浓度的完整数据集对公用事业公司来说成本高昂。如今，扩展的检测项目（例如NWSS）、公共卫生合作伙伴关系以及新获得的分析能力（或价格更具竞争力的合同实验室）使得废水病原体数据更加易于获取。虽然最初这些举措主要集中在SARS-CoV-2上，但扩展的基础设施、更多的资源分配和技术创新（
3）使得在地理隔离和/或资源受限的环境中监测肠道病原体（例如肠病毒、腺病毒、诺如病毒、
隐孢子虫和
贾第虫）变得越来越可行。
(4)类似的物流和分析进步也可以应用于饮用水再利用中关注的化学物质，包括全氟和多氟烷基物质（PFAS）和挥发性有机化合物（VOCs），如1,4-二氧环己烷和丙酮。不过，仍需要进一步创新来缩短检测时间并实现实时在线废水监测，以便为饮用水再利用中的先进水处理（AWT）过程的设计和操作提供信息。
来自国家项目、合同实验室和学术机构的最新数据显著提高了我们对常规和异常条件（例如疫情）下废水成分的理解。在COVID-19疫情之前，描述废水进水的数据集在分辨率、范围和持续时间方面都较为有限，这通常是由于监管要求严格、研究时间有限和资源受限所致。如今，公用事业公司和监管机构可以利用高分辨率数据集建立浓度基准、监测趋势、识别季节性变化和短期扰动，并评估地理差异，所有这些都有助于改善饮用水再利用中的公共卫生保护。虽然美国最近的努力主要集中在病原体浓度上，但扩展的废水分析方法对于PFAS、非法药物以及个人护理产品（PPCPs）的监测也有益处，这一点在欧洲和澳大利亚已经得到验证。
(5,6)
国家和地方数据集可以整合到定量微生物风险评估（QMRAs）中，以支持基于证据的法规制定和工程设计标准
(7)，包括确定病原体对数减少值（LRV）目标。
(8)历史上，确定LRV目标依赖于有限的废水病原体数据，但最近丰富的数据可以使监管决策及其基础假设更加可靠。更好地了解导致高风险情况的条件可以帮助公用事业公司避免不必要的处理冗余及相关经济和环境成本。对违规事件的新型描述也有助于许可流程、准确的性能评估和比较，并支持政策与激励措施的监管决策。
废水分析还能为饮用水再利用应用提供价值，因为它可以更全面地描述污染物浓度，并识别源水变化的因素（即化学物质/病原体的峰值）。例如，阐明流域特征、季节性因素和/或大规模事件（如疫情爆发或集会）的作用，可以为处理流程运行提供可操作的信息，即使是在事后也是如此。预计会产生高化学物质或病原体负荷的事件可能表明需要调整操作，例如增加消毒剂剂量或降低流速以延长关键处理过程的水力停留时间。即使像SARS-CoV-2这样的病原体与再利用关系不大，也能为废水系统的水力特性和“峰值平均”提供辅助信息。
(9)除了保护公共卫生外，优化运营还能确保水质的一致性，从而增加公用事业公司的收入。
废水分析还为促进公众利益和督促公用事业公司确保饮用水安全提供了另一种方式，同时减少了违规带来的行政风险。结合当地公共卫生部门的临床病例监测和AWT系统的近实时运营数据，进水废水监测可以帮助社区确信DPR系统足够强大且能够适应即将到来的病原体负荷，从而确保持续的公共卫生保护。事实上，加州的DPR法规
(10)已经要求跟踪公共卫生和/或WBS项目的进展作为潜在的“早期预警”信号，但目前尚不清楚这些措施在实践中将如何实施，尤其是在缺乏长期支持的情况下。通过将数据纳入在线仪表板，废水分析可以进一步增强公众宣传效果，减少对DPR的担忧，建立信誉和信任，并在DPR实施前后促进公众参与。提高不同饮用水再利用指标的数据透明度将促进更有效的沟通和参与，从而避免公众和利益相关者支持度的下降。
(11,12)
即使在疫情初期，正式的WBS项目、非正式的工作组以及行业赞助的实践社区（CoPs）也促进了信息的及时传播，以确保公用事业运营的连续性。例如，快速评估废水中的SARS-CoV-2传染性和其对工程处理的敏感性为评估职业危害和制定及时指导提供了关键信息（如水环境联合会的病原体事实表
(13)）。加强对废水分析的支持确保了这一工具及其相关网络在新公共卫生威胁或其他中断（包括未来的疫情爆发）发生时能够得到扩展应用。进水废水数据甚至可以帮助公用事业公司与供应商和制造商互动，主动解决供应链问题。在COVID-19之后的时代保持跨行业合作伙伴关系，可以确保沟通渠道在非紧急情况下仍然畅通无阻。公用事业公司、行业、实验室、公共卫生机构和其他利益相关者之间的持续沟通和合作有助于准备和分享最佳实践、专业知识、资源和人才培养机会。
随着对废水分析的持续投资，现有基础设施、技术和专业知识可以进一步应用于当前原始废水监测点上游和下游。例如，监测可以扩展到污水收集系统，以支持DPR的源控制工作，特别是提供额外的公共卫生保护，防止工业化学品的危害。这一概念还可以扩展到监测合流污水上下游的水质，甚至扩展到废水处理和/或AWT流程中，以生成更多数据，支持对历史上未得到充分评估或评估不足的处理过程的病原体LRV信用评估。然而，提高灵敏度和缩短检测时间的方法创新仍然是一个重要的知识空白。
废水数据为“同一水资源”提供了可操作的信息，特别是在饮用水再利用的背景下，通过更好地描述源水、促进跨学科合作和推动创新。因此，今天从废水分析中获得的见解为全球饮用水再利用的未来奠定了基础，确保其能够更好地满足未来的水资源需求。这反过来又通过促进公共卫生监测、增强公共卫生保护和减少不必要的处理冗余来惠及“同一健康”。通过扩大监测范围并更好地向各种利益相关者传达废水分析的全面价值，我们可以确保这一工具的长期可持续性，特别是在资金前景不确定的情况下。
