【资料】水的卫生安全性及控制措施评述

细菌是自然界普遍存在，但肉眼看不见、需经显微镜放大几百倍或几千倍才能看见的微小生物，在水和污水中均大量存在。具有致病性的细菌称为致病菌或病原菌，其致病机理包括：（1）侵入机体并定位于某组织；（2）适应机体生化环境进行繁殖并向其他部位扩散；（3）抵抗机体的防御机能；（4）产生并释放毒素引起损伤。

人体皮肤以及与外界相通的腔道，如口腔、鼻咽腔、肠道、泌尿生殖道，均寄居着大量的各类微生物。寄居在人体的正常微生物是人体不可缺少的一部分，与生俱来，伴随终生，通常对人体无害反而有益，仅在特定条件下致病。其中，肠道杆菌是一大群寄居于人和动物肠道中的革兰氏阴性无芽胞内杆菌,大多数属于肠道常居菌，当人体免疫力低下或细菌侵入肠道以外部位时，也可引起疾病，属于条件致病菌；有些细菌为致病菌，如伤寒杆菌、痢疾杆菌、致病性大肠杆菌等，引起人类肠道疾病，见表2。



表2 肠道杆菌中的致病种属

属 代表种 致病性
埃希氏菌属 大肠埃希氏菌 肠道外感染，急性腹泻
志贺氏菌属 痢疾志贺氏菌 细菌性痢疾
爱德华氏菌属 迟纯爱德华氏菌 蛇类动物的正常肠道寄居菌，偶见于健康人或腹泻者粪便内
沙门氏菌属 伤寒沙门氏菌 肠热症、急性肠炎、败血症
枸橼酸杆菌属 弗劳地氏枸橼酸杆菌 条件致病菌，引起继发性感染
克雷伯氏菌属 肺炎克雷伯氏菌 肺炎，泌尿系、创伤感染败血症等
肠杆菌属 产气杆菌 很少引起原发性感染
哈夫尼亚菌属 蜂窝啥夫尼亚菌 对人无致病性
沙雷氏菌属 粘质沙雷氏菌 条件致病菌，引起泌尿系，呼吸道及创伤感染
变形杆菌属 普通变形杆菌 食物中毒，泌尿系、呼吸道感染等
耶尔森氏菌属 鼠疫耶尔森氏菌 鼠疫
欧文氏菌属 草原居民欧文氏菌 植物寄生菌，曾从人体肠道及化脓扁桃体中分离到
注：耶尔森氏菌具有肠道杆菌科的共性与肠道杆菌的共同抗原，与大肠杆菌、沙门氏菌、变形杆菌呈现血清学交叉反应





受到病原菌感染的个体，其粪便中就会含有病原菌，随粪便排出,从而分布于水、土壤或腐物中，其主要的传播方式为：污染的饮水及食物、经消化道传播。肠道杆菌的主要致病物质是内毒素，部分肠杆菌也产生外毒素致病。有些病原菌是由其他哺乳动物携带的，有些鸟类也携带病原体。肠道细菌最常见的疾病为急性肠胃炎，某些细菌甚至会引起严重疾病症状，从水介疾病爆发事件时的疾病住院率统计来看，最严重的致病因子为志贺氏菌属，沙门氏菌属和埃希氏菌属。

沙门氏菌属是经常在城市原污水中发现的一种病原体，包括一大类可以引起人类和动物疾病的菌种。人类的三种特殊沙门氏菌病有肠伤寒、败血病及急性胃肠炎。沙门氏菌病最严重的形式是沙门氏伤寒菌引起的伤寒。沙门氏菌病的第三种形式急性胃肠炎，是沙门氏菌属最常见的病。

志贺氏菌属已从污水中被分离出来，会导致像杆菌痢疾、志贺氏菌病的肠道疾病。已有关于饮用经污水污染了作为饮用水源的井水而爆发志贺菌病的报导。志贺氏菌属在污水中的存活时间相对来说较短，一般通过人和人的接触传播。但是志贺氏菌属是湖泊和河流中反复爆发传染病的主要原因。

大多数E. coli 是人体和动物肠道内存在最普遍、对健康无害的病原体，但有些E. coli为致病病原体，可引起肠道疾病，其中最特殊的一类为E. coli 0157:H7，导致肠道出血（引起血性腹泻），约有2～7％的传染已经导致了溶血尿毒综合症(HUS)，出现红细胞破坏和肾功能损伤。HUS是所有水介疾病中死亡率最高的一种疾病。E. coli 0157:H7的宿主一般为健康牛群，传播途径主要是通过生食牛奶或牛肉以及摄入污染水体。

有观点认为弯曲杆菌是造成腹泻的一类细菌，已经确定能在动物体中引起疾病，同时认为是人类水介疾病爆发的病原体。原污水中还分离出了许多其他细菌菌属，如弧菌属、分枝杆菌属、梭状芽孢杆菌属、钩端螺旋体及耶尔森氏鼠疫杆菌，不过浓度太低一般难以致病。霍乱弧菌是霍乱的病原体，在世界上某些地区仍然流行，人类是其已知的唯一宿主，传播的主要方式是通过水。结核杆菌在污水中也已被发现，尤其是在治疗结核病人的机构或有结核动物诸如制酪厂和屠宰厂的污水中，也有在污水污染的水中游泳的人群中爆发传染病的报导。



5 寄生虫与原生动物

原生动物和寄生虫一般统称为肠道寄生虫，与其他病原体相比，在污水中的含量较低。然而，传统的消毒工艺，如氯气消毒一般不能有效的将污水中寄生虫和其他原生动物的数量降低至可以接受的风险浓度。例如，欲灭活90%隐孢子虫，需要80mg/L浓度的氯接触90分钟。这就反映了其抵抗消毒处理的能力，并且由于其感染剂量较低，即使污水中的浓度相当低，也可能引起感染。

人体寄生虫病的传染源包括病人、带虫者和动物宿主（家畜、家养动物及野生动物）。作为传染源，其体内存在并可排出寄生虫生活史中的某个发育阶段，且能在外界或另一宿主体内继续发育。例如感染多种蠕虫的带虫者或患者从粪便排出蠕虫卵；溶组织阿米巴带虫者可排出包囊；虫卵或包囊在排出时即有感染性，或在适宜的外界环境中发育到感染阶段。与水污染有关的人体寄生虫传播途径为土壤、水和食物。

原生动物为单细胞生物，其生命周期包括一个生长和休眠阶段。生物体的休眠阶段通常对传统污水处理工艺的去除具有很大的抗性。大多数肠道原生动物经由粪便污染的水、食物和其它物质进行传播。

原生动物产生孢囊或卵囊有助于其在环境中的存活，一般要比细菌大，从2 µm到60 µm以上。原生动物的孢囊或卵囊既可以存在于具有发病症状的受感染人体的粪便中，也可以存在于感染症状不明显的携带者排放物中。与病毒类似，孢囊或卵囊在环境中不会繁殖，但能够在条件合适的土壤中存活。

可介水传播的对人致病的肠道原生动物有：溶组织内阿米巴、贾第虫、隐孢子虫和结肠小袋虫，这些生物分别是阿米巴病（阿米巴性痢疾）、贾第虫病、隐孢子虫病和小袋虫病的病原体。近十年来特别是隐孢子虫和贾第虫受到很大的关注，尤其是1993年美国Milwaukee市爆发的隐孢子虫疾病。大约有400,000人由于Milwaukee公共给水系统的隐孢子虫而致病。贾第虫和隐孢子虫在美国和世界范围内均认为是引起明显腹泻疾病的主要原因。

贾第虫全世界都有分布，是一种以滋养体和孢囊形式存在、单细胞、带有鞭毛的原生动物。除人体外，大约有40种哺乳动物和鹦鹉中都发现有贾第虫。贾第虫病也是由于摄入了孢囊而发生的。贾第虫病症状范围变化很大，从轻型可自愈的肠炎到慢性使人衰弱的腹泻和无症状感染都有，如慢性腹痛、胀肚、腹部肿块、恶性肿块、疲乏、体重下降。症状持续2～6星期。滋养体只有在急性水样泻的粪便中才能查到。孢囊呈卵形，长8～12 µm，宽7～10 µm。成人贾第虫感染的流行率为2.4～67.5％。儿童中比例更高。一个受感染成人每天排出的孢囊平均为2.1×108～7.1×108。在流行率为10％～25％时，未经处理的生活污水中孢囊密度估计为10000～24000个/L。

隐孢子虫也是一种广泛存在的肠道病原寄生虫，可寄生于哺乳动物、鸟类和鱼类。人体受感染后每天要排泄109个孢囊。据统计，城市污水中隐孢子虫孢囊的平均浓度为5000个/L。同贾第虫相比，隐孢子虫孢囊的个体更小，为4.5～5 µm。肠胃传染隐孢子虫可导致腹泻疾病，可能伴随着腹部疼痛、恶心、厌食、脱水和体重减轻等症状。大部分个体在2星期内没有疾病症状，免疫缺陷的个体症状更为严重些，尤其是AIDS患者一经传染往往致命。

6 病毒类病原体

病毒是一类体积微小、结构简单、严格细胞内寄生的非细胞型微生物。病毒的形状各异，一般截面大小为0.01 µm～0.3 µm，对抗生素不敏感，对干扰素敏感。每种病毒只含有一种核酸（RNA或DNA），专性寄生在一定种类的活细胞内，只有依赖宿主的代谢系统的协助才能增殖，在离开宿主时，能以无生命的化学大分子状态长期存活并保持感染活性。

肠道病毒是污水中常见的病毒类群，人类是肠道病毒的天然宿主，儿童是最敏感的人群，传染源为病人及隐性感染者。肠道病毒感染广泛分布于世界各地，多数为隐性感染，发病率为2%~10%，主要取决于病毒的型别、株别以及人体的免疫功能状态。它们在人类消化道细胞繁殖，然后通过血液侵犯其他器官，引起各种临床综合病症。人体排泄的能导致传染病或其他疾病的肠道病毒超过140种。这些肠道病毒在肠道内繁殖，并且通过受感染人体的粪便排放。

和介水传播传染病有关的病毒，主要是在肠道中繁殖并在受感染者粪便中大量排泄的那些病毒。由于分析方法的不同，污水中检测出的病毒数量差别很大。据报告，每克粪便中病毒浓度高达108病毒单位，受感染人体每克排泄物中可含高达1012个的轮状病毒（Rotavirus）。

受肠道病毒感染症状多变，有些则不明显察觉出，有些可以演变为各种各样的疾病包括肠胃炎、呼吸道疾病、肝炎、瘫痪、脑炎和结膜炎等。一般来说，通常是无症状感染，较重症表现极少。病毒性胃肠炎可能与各种因素有关，在各年龄组易感人群均可发生，一般24～72小时内出现呕吐、恶心和腹泻。最严重的是婴幼儿或高龄老人，易出现脱水和电解质平衡失调而有生命危险。

甲型肝炎病毒和戊型肝炎病毒可引起肝脏疾病，症状有疲倦、厌食、虚弱、反胃、呕吐、头痛、不适、发烧、尿黄和黄疸。轻症肝炎只需休息1～2周并限制活动即可，重症患者可能因肝脏损害而致死或造成慢性肝炎。重症肝炎，年龄越大则越难忍受，因而中年以后的病死率显著增加。原有恶性肿瘤和肝硬化的人死亡率较高。感染戊型肝炎的怀孕妇女死亡率很高。地方的流行病学专家常在受污染的食物和水中检测出该病毒。

腺病毒传染是非流行性的地方性病毒，可导致急性腹泻，在不同的种属中，有两类（40和41）是不能通过常规方式复制细胞结构，称为难培养的变种。这种变种在世界很多地方都有发现，并且在引起小孩肠胃炎方面仅次于轮状病毒。

轮状病毒是导致婴儿和小孩严重腹泻的主要原因，也可引起成年人的胃肠炎。每年温和气候的寒冷月份，医院儿童和婴儿的肠胃炎患病率大约50％可归结为轮状病毒，急性症状是伴有发烧和呕吐的水样腹泻，严重可发展为脱水和代谢酸毒症，并最终导致死亡。最敏感的传染期是3~24月儿童。

诺沃克病毒通常引起局部的胃肠炎爆发，持续24~48h，包括学龄儿童、家庭接触成员和成年人。大约有1/3的胃肠炎疾病爆发归结为诺沃克病毒。传染该病毒引起的症状有推迟胃排空、反胃、呕吐和异常肿块。大约50％的传染人群伴有腹泻，一些出现发烧和发冷。诺沃克病毒和类诺沃克病毒的主要侵入对象是大龄儿童和成年人，可通过市政管网、半公共供水系统、游泳和贮存方式传播，另外，还包括人与人之间的传播方式。

污水处理可以减少病毒浓度90％～99.9％，主要取决于处理的性质和程度，但并不能完全去除，大量的病毒仍将存在处理后的污泥中。



7 病原体在环境中存活能力

城市原污水中病原微生物的种类和数量取决于很多因素，包括污水的来源、排放污水的人群的总体健康程度、人群中是否有疾病携带者，以及传染病菌在各种环境条件下存活的能力等等，因此不可能根据某一特定指标来预测污水的传染病菌携带情况。

城市污水中病毒浓度变化很大，一般在夏季和早秋几个月浓度最高。尽管一些病毒在污水中可生存的时间很短，但病毒作为一个群体，比许多类型细菌更能抵抗环境的压力。在户外环境中，作为一个群体，寄生虫的孢囊可以比细菌或病毒存活更长的时间。

在有利条件下，病原体能在作物、水或土壤中存活很长时间，但不同病原体的存活特性差别很大。影响病原体存活的环境因素包括含水率（干燥不利于存活）、土壤中有机物的含量（有机物有利于存活）、温度（低温能延长存活时间）、湿度（高湿度能延长存活时间）、pH值（细菌在碱性土壤中的存活时间长于在酸性土壤中）、降水量、光照度（太阳辐射对存活不利）、树叶的保护以及竞争性微生物区系与群落。不同条件下，任何特定微生物的存活时间都有很大的不同。作物、水和土壤中常见的一些病原体的典型存活时间如表3所示。



表3 20～30℃下典型病原体存活时间

病原体 存活时间（天）
淡水或污水 作物 土壤
病毒a 肠道病毒b ＜120，但通常＜50 ＜60，但通常＜15 ＜100，但通常＜20
细菌 粪便大肠杆菌 ＜60，但通常＜30 ＜30，但通常＜15 ＜70，但通常＜20
　 沙门氏菌属a ＜60，但通常＜30 ＜30，但通常＜15 ＜70，但通常＜20
　 志贺氏菌属a ＜30，但通常＜10 ＜10，但通常＜5 　
　 霍乱弧菌c ＜30，但通常＜10 ＜5，但通常＜2 ＜20，但通常＜10
原生动物 痢疾内变形虫孢囊 ＜30，但通常＜15 ＜10，但通常＜2 ＜20，但通常＜10
寄生虫 蛔虫虫卵 数月 ＜60，但通常＜30 1～2年
　 绦虫卵 63　d ＜60 7月
　 吸虫 30～180 130　e ＜1　d
a 海水中病毒的存活量少于淡水中的存活量，海水中细菌的存活量大大少于淡水中的存活量。
b 这种肠道病毒包括脑髓灰质炎病毒、肠道弧病毒和柯萨奇病毒
c 水生环境中霍乱弧菌能否存活目前还不能确定
d 非重要传染途径数据 e 水体大型水生植物数据



8 污水的消毒处理及控制要素

从公众卫生健康控制角度，消毒是所有污水处理和再生再用必不可少的处理工艺。消毒的主要目的是利用物理或化学的方法杀灭污水中的病原体，防止对人类及畜禽的健康产生危害和对生态环境造成污染。城市污水二级处理出水中的微生物一般黏附在悬浮固体上，即使经过一定的深度处理病原体含量大幅度减少，但仍然存在病原菌的可能。为了确保处理水与再生水的卫生安全，必须进行消毒处理，以满足卫生学指标要求。

在城市污水（再生）处理系统中，消毒是最后一个处理工序。消毒方法大体可分为物理法和化学法两类。物理法是利用热、光波、电子流等来实现消毒作用的方法。目前采用或正在研究的物理法有加热、冷冻、辐射、紫外线、微电解消毒等方法。膜过滤是去除微生物的物理方法。化学法主要通过向水中投加氧化性化学物如氯气、臭氧、双氧水和溴来实现消毒目的。最普通的消毒方法是氯消毒，典型剂量5~20 mg/L两小时接触时间；由于氯对灌溉作物存在不利影响，污水中的余氯需要加以控制，脱氯药剂包括二氧化硫和其他还原剂，活性炭吸附也很有效。氧化物质，尤其是臭氧还能有效的减少气味和色度，提高有机物质的可生物降解性。紫外消毒是化学消毒工艺的替代，但消毒效果受水浊度、悬浮物和紫外灯强度影响；灯龄和污水的结垢性质影响灯的强度和效果；污水中存在的微粒也会干扰紫外消毒，为病原体提供保护。石灰作为混凝剂，pH值达到11～12时会发生病毒和其他病原体灭活。反渗透能有效去除大多数病毒和所有较大的微生物。

城市污水三级处理的典型工艺流程为化学混凝（沉淀）过滤，一般能进一步去除约40%的BOD和70%的SS，以及部分重金属、磷和痕量物质，但最主要目的是增强病原体的去除能力，附带去除其他有机或无机组分，其中过滤是核心工艺，必要时需要投加混凝剂和聚合物以增强过滤的功效。通过化学混凝（沉淀）过滤等单元处理工艺，能去除2个数量级（99%）的脊髓灰质炎病毒。如不加混凝剂，二级出水通过砂滤池或双层滤池过滤，不能显著降低肠道病毒含量。隐孢子虫、贾第鞭毛虫和其他寄生虫可在混凝、沉淀和过滤过程中得到较高程度的去除，用膜法可获得很高的去除率，随着浊度和颗粒数的降低而相应降低。

另一方面，只有化学消毒剂透过细胞壁，或UV射线直接照射到细菌上时，才能有效的破坏细菌，而水中的浊度（或悬浮固体）能对细菌产生屏蔽作用，因此水的浊度（或悬浮物）应尽量低。当浊度（悬浮物）较高时，所需达到某一特定消毒指标的消毒剂用量也要提高；而对于固定的浊度（悬浮物），存在一个相应的消毒极限，当趋于消毒极限时，即使消毒剂量大幅度增加，也很难进一步降低水体中微生物的含量。因此，二级处理出水消毒之前最好经过过滤（砂滤）处理。

污水中的病毒和寄生虫病原体对消毒处理的敏感性低于细菌性病原体，并且一般附着在悬浮物和胶体物质上，对消毒过程会产生明显的抵抗（屏蔽）作用，因此，最现实可行的办法是降低处理水的浊度。这就意味着，过滤处理的主要目的不仅仅是去除附着这些病原体的悬浮物和胶体，还在于强化后续消毒工艺的处理效果。基于这一考虑，美国、澳大利亚等国家的再生水生产中，为了确保消毒效果，基本上都提出了严格的浊度降低要求，而且要求对每个滤池的过滤全过程进行有效监测与控制，例如，要求处理水进入消毒工艺之前的浊度小于2 NTU，二级出水浊度高于10 NTU时要求投加混凝剂以强化过滤效果。