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Lo studio pubblicato nella Rivista Royal Society of Chemistry è stato condotto da Vincenzo Naddeo professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università degli Studi di Salerno dove svolge attività di ricerca scientifica presso la Divisione di Ingegneria Sanitaria Ambientale (SEED) e da Haizhou Liu Professore associato ( Ingegneria chimica e ambientale) dell’Università della California a Riverside.

Premessa

La recente sindrome respiratoria acuta grave coronavirus (SARS-CoV-2) emersa in Cina nel dicembre 2019, denominata malattia coronavirus Covid-19 dall’Organizzazione mondiale della sanità, OMS, sta causando focolai di malattia respiratoria e morti in molte parti del mondo. È un virus che appartiene alla famiglia dei Coronaviridae, identificato a metà degli anni ’60. Negli ultimi due decenni sono emersi ceppi altamente patogeni di questa famiglia, tra cui SARS-CoV-2, virus della sindrome respiratoria del Medio Oriente (MERS-CoV, 2012, Arabia Saudita) e virus grave della sindrome respiratoria acuta (SARS-CoV, 2003, Cina). I coronavirus, con dimensioni comprese tra 60 e 220 nanometri (nm), sono virus RNA a singolo filamento avvolto con punte a corona sulla loro superficie. È noto che il nuovo coronavirus Covid-19 si diffonde per contatto da persona a persona (attraverso goccioline respiratorie a breve distanza) o attraverso vie fecali-orali. Poiché il nuovo virus ha già iniziato a diffondersi in tutto il mondo, è importante che gli ingegneri e i professionisti dell’acqua comprendano la natura e il destino del coronavirus e misure efficaci per proteggere la salute pubblica.

Il coronavirus entra nel ciclo urbano dell’acqua?

La domanda particolarmente importante per la nostra comunità di ricerca sull’acqua è la presenza del coronavirus Covid-19 nel ciclo urbano dell’acqua e i rischi per la salute pubblica. Precedenti studi hanno dimostrato che i coronavirus esistono e possono mantenere la loro vitalità nelle acque reflue e nelle acque reflue ospedaliere, originate dallo scarico fecale di pazienti infetti. La crescente attenzione a questo problema è supportata anche da studi che evidenziano la persistenza di questi virus negli ambienti acquatici e negli impianti di trattamento delle acque reflue. Il coronavirus Covid-19 pertanto, potrebbe già essere presente nelle acque reflue, sebbene la sua concentrazione e vitalità rimangano da confermare. D’altra parte, per quanto tempo questo coronavirus Covid-19 può sopravvivere e rimanere infettivo una volta scaricato nelle acque reflue è una domanda aperta. Gli studi condotti a seguito dell’epidemia di Sars del 2003 hanno trovato tracce del virus nelle acque reflue, poiché i coronavirus possono sopravvivere fino a un certo punto in assenza di un’adeguata disinfezione, moltiplicando la possibilità di contagio (Fig. 1).

La sopravvivenza dei coronavirus nell’acqua dipende da una serie di fattori, tra cui la temperatura (i coronavirus sono molto sensibili alla temperatura), l’esposizione alla luce (inattivazione solare o UV), la materia organica (i virus possono assorbire particelle di materia organica, influenzando il comportamento di sedimentazione o la schermatura luce) e la presenza di microrganismi antagonisti (aumentando il grado di inattivazione). La continua recidiva di casi collegati ai virus più aggressivi, in particolare Sars-Cov in Cina nel 2003 con circa 750 morti, l’H5N1 “aviaria” (influenza aviaria ad alta patogenicità) nel sud-est asiatico nel 2003, Mers-Cov in Arabia Saudita nel 2012 con circa 850 morti e la malattia da virus Ebola (Evd) in Guinea, Liberia e Sierra Leone nel 2013, hanno evidenziato la necessità di maggiori informazioni sulla potenziale trasmissione attraverso le vie di esposizione ambientale. Pertanto, raccomandiamo un programma di monitoraggio mirato specifico per i coronavirus durante il trattamento delle acque e delle acque reflue per valutare ulteriormente il loro destino nel ciclo urbano dell’acqua. Potrebbe anche essere necessario sviluppare metodi adeguati per il coronavirus Covid-19 per un programma di regolare monitoraggio.

Il coronavirus è infettivo se presente nell’acqua?

Le ricerche scientifiche esistenti sui virus nei processi di riciclaggio delle acque e delle acque reflue hanno anche prodotto prove sostanziali delle vie di infezione umana da agenti patogeni nell’acqua. I coronavirus poiché possono rimanere infettivi per giorni nelle acque reflue e per periodi più lunghi nell’acqua potabile, se si generano aerosol l’acqua contaminata dai coronavirus è un potenziale veicolo per l’esposizione umana: ad esempio, durante l’epidemia di Sars del 2003, l’aerosol di goccioline d’acqua contenenti coronavirus per una perdita da una tubazione fognaria in un appartamento residenziale ha provocato un ammasso di casi diffusi in una comunità di Hong Kong. Il coronavirus inoltre trova la sua strada nei sistemi di distribuzione dell’acqua potabile, specialmente quando nel sistema è rilevata una concentrazione inferiore di disinfettante residuo; la sua stabilità virale potrebbe essere mantenuta colonizzando i batteri nei biofilm, microrganismi aggregati che formano sottili pellicole aderenti alle superfici nei sistemi di distribuzione, potrebbe entrare nelle singole case, così come i rischi di aerosol delle goccioline contenenti coronavirus dai soffioni quando le persone fanno la doccia a casa. Si ritiene che questa via di trasmissione aerosol-umana sia importante per l’esposizione dell’uomo alla Legionella pneumophila dovuta all’acqua potabile nelle case residenziali.

Come può essere minimizzata la presenza di coronavirus nelle acque reflue?

Le fasi di disinfezione sia negli impianti di acqua potabile sia negli impianti di trattamento delle acque reflue e i relativi requisiti normativi sono stati sviluppati per inattivare e uccidere un ampio spettro di agenti patogeni. Il recente focolaio di coronavirus Covid-19 evidenzia l’importanza della disinfezione per proteggere la salute pubblica, ad esempio, sulla base dei dati sulla disinfezione del coronavirus proveniente dalle strutture sanitarie, la US Occupational Safety and Health Administration (OSHA) nel febbraio 2020 ha pubblicato la sua nuova guida per gli operatori delle acque reflue, affermando che le attuali tecnologie di disinfezione impiegate negli impianti di trattamento delle acque reflue, come l’ossidazione con acido ipocloroso (noto anche come cloro libero) o acido peracetico e l’inattivazione da parte dell’irradiazione ultravioletta, dovrebbero essere efficaci nella protezione dal coronavirus dei lavoratori delle acque reflue, e del pubblico.

L’uso del cloro per quanto riguarda le scelte di disinfettante per l’inattivazione del coronavirus in acqua rappresenta ancora la migliore soluzione economica. Tuttavia, il cloro reagisce con l’ammoniaca presente nelle acque reflue formando cloro combinato (cloramina), che si comporta diversamente dal cloro libero durante la disinfezione. È importante pertanto comprendere la speciazione (un processo evolutivo grazie al quale si formano nuove specie da quelle preesistenti) di cloro / cloramina e i punti di interruzione specifici della chimica delle acque reflue per ogni struttura. Inoltre, è necessario stabilire una cinetica quantitativa di disinfezione per il coronavirus ad esempio l’inattivazione del log (esprimere il numero o la percentuale di microrganismi inattivati, uccisi o incapaci di replicarsi, attraverso il processo di disinfezione) e il ciclo di soglia CT (valore di Ct sono una parte importante del calcolo del dosaggio del disinfettante) riferito a disinfettanti tradizionali, comprende cloro, cloramina e ozono, e disinfettanti emergenti, tra cui acido peracetico e perossido di idrogeno. Il ruolo della dose ottimale di disinfettante residuo è cruciale anche per i sistemi di acqua potabile.

Negli impianti di trattamento delle acque reflue, anche i bioreattori a membrana possono svolgere un ruolo importante. I virus sono generalmente concentrati in solidi sospesi che vengono rimossi in modo efficiente dai meccanismi di filtrazione. La ritenzione di solidi sospesi nel bioreattore a membrana, combinata con la presenza di microrganismi antagonisti e condizioni chimico-fisiche avverse, porta all’efficace inattivazione di virus RNA avvolto, come i coronavirus. È stato scoperto che l’acido peracetico ha una certa efficacia contro alcuni virus non avvolti (ad esempio Norovirus) che sono noti per essere più resistenti dei virus avvolti. Ulteriori ricerche potrebbero fornire rassicurazione sull’efficacia dei processi di disinfezione, in particolare contro i coronavirus e a dosi e tempi di contatto inferiori. Ulteriori studi possono essere giustificati anche per disinfettanti come l’acido peracetico e il cloro combinato (cloramina), in mancanza di dati specifici relativi al coronavirus o se gli elementi disponibili indicano una maggiore sensibilità batterica alla disinfezione rispetto ai virus.

Quali sono le esigenze di ricerca future?

Un’esigenza di ricerca è quella di sviluppare o potenziare le infrastrutture esistenti per il trattamento delle acque e delle acque reflue per i punti caldi che possibilmente ricevono il coronavirus da fonti tra cui ospedali, cliniche comunitarie e case di cura. Il trattamento di inattivazione del virus decentralizzato e adatto allo scopo per le acque reflue scaricate da questi luoghi ridurrà il carico ambientale di virus e trasmissione secondaria. Ulteriori dispositivi di disinfezione portatili per l’acqua potabile nelle singole famiglie contribuiranno anche a ridurre al minimo l’infezione virale per via acquosa, ad esempio, per la disinfezione decentralizzata possono essere utilizzati sistemi di punto di utilizzo UV basati su diodi a emissione di luce (Led). Inoltre, nei luoghi in cui è stata implementata l’infrastruttura di separazione delle urine, è necessario un ulteriore trattamento di disinfezione dei rifiuti di urina in combinazione con il recupero delle risorse.

Un’altra importante esigenza di ricerca è una migliore comprensione dell’efficacia delle tecnologie di disinfezione emergenti per l’inattivazione del coronavirus, in particolare le fasi di trattamento integrate nel riutilizzo dell’acqua potabile, inclusi i processi di ossidazione avanzata basati su UV (UV / AOP) e ozono / carbone attivato biologicamente (O 3 / BAC); per i sistemi UV / AOP, i fotoossidanti tra cui perossido di idrogeno, cloro, cloramina, persolfato e acido peracetico richiedono ulteriori ricerche. Inoltre, le linee guida normative per la rimozione dei virus nei sistemi di riutilizzo potabile richiedono un’ulteriore revisione per possibili requisiti più rigorosi in caso di epidemia di coronavirus Covid-19: ad esempio, lo stato della California richiede attualmente una rimozione di 12 log di microrganismi inattivati durante l’intero ciclo di trattamento potabile indiretto. Potrebbe essere necessaria una percentuale aggiuntiva per la rimozione per proteggere i sistemi idrici pubblici alla luce di un focolaio di virus. Inoltre potrebbero essere necessari requisiti preferenziali per differenti virus.

I sistemi di distribuzione dell’acqua potabile sono un’altra area con esigenze di ricerca. È noto che i principali tubi della linea di servizio del sistema di distribuzione e l’impianto idraulico locale negli edifici residenziali presentano colonie batteriche e crescita di biofilm, se questi sistemi biologicamente attivi ospitano anche virus e influenzano la loro stabilità virale è una domanda aperta; una migliore caratterizzazione e monitoraggio della diversità dei patogeni virali, incluso l’emergente coronavirus nell’invecchiamento dei sistemi di distribuzione dell’acqua potabile, proteggerà il pubblico da possibili infezioni a base acquosa.

La popolazione come misura preventiva contro l’epidemia di coronavirus Covid-19, sta aumentando in modo significativo l’uso di battericidi, virucidi e disinfettanti per prevenire una possibile infezione e sta limitando i viaggi e le attività. È questo un comportamento che influenza il nostro stile di vita e l’economia, ma da un punto di vista ambientale aumenterà la presenza di batteri resistenti agli antibiotici. Ciò avrà effetti indiretti sugli ecosistemi e sulla salute umana, ma allo stesso tempo riduce le emissioni globali nell’atmosfera. Ciò è sostenibile? In futuro, dovremo sicuramente sostenere progetti di ricerca e innovazione che stabiliscono metodi integrati e intersettoriali per la gestione del rischio, combinando le aree di ricerca di contaminanti di problematiche emergenti, agenti patogeni e geni di resistenza antimicrobica. L’intero ciclo dell’acqua, dalle fonti di bacini fluviali, estuari e oceani, allo scarico delle acque reflue e al riutilizzo delle acque, devono essere considerati. Le comunità di ricerca rappresentata da chimici, ingegneri ambientali, microbiologi e specialisti della sanità pubblica, dovrebbero lavorare insieme e creare sistemi sinergici comuni per affrontare queste sfide in modo globale e sviluppare soluzioni multidisciplinari e pratiche per acqua potabile sicura e ambienti acquatici sani.

Ora è chiaro a tutti che la globalizzazione introduce anche nuovi rischi per la salute. I paesi sviluppati quando vogliono fare affari a livello internazionale, anche nei paesi in via di sviluppo in cui i sistemi idrici e sanitari sono spesso insufficienti o inefficaci, devono tener conto della possibilità di introdurre virus ed epidemie nelle loro città. Laddove i sistemi idrici e igienico-sanitari non sono adeguati, il rischio di trovare nuovi virus è molto elevato. I paesi sviluppati dato che probabilmente non è giusto limitare la libertà degli affari e delle persone, hanno una responsabilità condivisa nel diffondere un’epidemia? I governi dei paesi sviluppati in uno scenario responsabile e ideale, devono sostenere e finanziare i sistemi idrici e igienico-sanitari nei paesi in via di sviluppo, al fine di proteggere anche i cittadini dei loro paesi.