关于在饮用水微生物上出现的一些问题的探讨

Emerging Issues for the Microbiology of Drinking Water

译自Water engineering and management 1990-7
　杨　福　才　　

　　由于人类生活水平的提高，及由于工业发达，有机物、重金属污染饮用水水质大为增加，对人的身体产生了很大的影响，使饮用水标准不得不更加要求严格。国外已在水处理上逐步采取防治措施，国内近年来也加以注意，做了很多工作。然而，饮用水会有微生物对人类的危害，虽国外已初步的加以研究并考虑去除方法。但国内好象接触的很少。实际上微生物如贾第虫、隐孢子虫、军团菌及病毒等存在于饮用水中，会引起很多的疾病，甚至造成人的死亡，只凭检验大肠菌合乎卫生标准要求是不够的。国外已经有了报导。因此不得不引起国内给水界上的注意。现将有关较有系统性介绍的一篇文章译出，作为同行们在工作时参考。

——译者

　　为了实现从自来水水咀上取得的饮用水，达到预期的——规章定下的——水质标准，必须对由于微生物发生的问题提出讨论。
　　在饮用水的微生物学中，有明显的三个方面的情况。第一个方面是识别新近出现有潜在水生病如弯曲杆菌、气单胞菌和隐孢子虫等的病原菌，而且是企图较好的了解病毒导致的水生病和清洁水传播军团菌的作用。
　　第二个方面是对水处理有主要关系的生物膜和微生物再生问题的生态学。
　　第三个方面是对待出现在饮用水微生物范围的各种不同处理方法。这些方法如臭氧作用是已取得的改进水质的处理方法，或者如对待消毒剂付产物订立新规定的处理方法。如果运行不精心，水处理过程中有了变化，会因微生物去除关系影响水质。而且在消毒过程中有任何改变，都必须要在此种变更的情况下，不能增加水生病的危险。
　　对饮用水微生物学更好的理解，会对维护及改进水质，有恰如其分的处理方法。

　　新出现的微生物

　　从1970年以来，一般水生病如霍乱与伤寒已在美国完全被控制住。然而，新近又识别了一些水生病菌。1970～1985年间发生了502起突发疾病，52%由贾第虫属传播而起，而同时还另有38%是未识别出来的急性胃肠病。
　　贾第虫属是一种肠道病原菌，使人得肠泻病。1985年另一种肠道病原菌也出现了，它是隐孢子虫，能传染如霍乱一样的病，如贾第虫属一样，这种微生物能通过粪便本身传播的周围环境，散布传染病。
　　水在隐孢子虫和贾第虫属(giardia)感染菌的传播中，充当着一个主要角色。在美国提出了出现在污染水中的一切贾第虫病(giardiasis)病例有60%。隐孢子虫传染，出现最大水生病的一次，影响约13000人。这两类微生物同样具有流行病学和生态学的特性，它们都有传播水生病的潜在能力。
　　肠道原生动物病分别经过隐孢子虫和贾第虫属卵囊和孢囊散布。卵囊和孢囊在其所处的环境中，可生活一个长时期，并不由于水处理被立即去掉或灭活。
　　微生物感染人类、家畜及野生生物，是由于水通过粪便受到污染而来。这种污染物有感染人体的潜在能力。并也提出，水中含有卵囊或囊仅有一个到十个这样少的数目，就能激发感染。
　　在美国，贾第虫属是造成水生病最多的一种微生物。第一次报道的这种突发病症是在美国科罗拉多州滑雪胜地，有123度假旅客得了病。地下水受污水感染，对此次突发病应负责任。
　　在最近20年中的资料提出突发疾病大量增加，1965～1969年只有2起，但到1980～1984年年间就增加到56起。据所有有关的资料所提，贾第虫属感染发生的疾病。自1976年以来已报道的有83%。1978到1982年当中，贾第虫属感染发生的病占水生病的19.9%。它是现在美国在水生病中探查出来次数最多的病原菌。
　　在供水系统中，水处理不充分和处理效果不足，应归诸于是绝大多数为贾第虫突然蔓延的原因（表1）。未经水处理的地面水、未经处理的地下水的采用和配水管网的污染，而因此产生的突然蔓延疾病，分别为13%、11%和15%。
　　不适当的消毒及缺乏化学混凝预处理，显然是处理效果不佳的主要原因。Craun提出，突发蔓延疾病有43%要归诸于仅有氯化而没经过过滤造成的，还有17%是由于过滤效果不好。没有过滤设备，不论消毒与否，发生突发疾病合计起来为总的疾病的56%。
　　由1987年以来，世界上有六起是由于隐孢子虫感染产生水生病的主要突发疾病（表2略）。第一次有记录的突发疾病，是于1987年在美国发生，它是由于污水污染一个自流井而造成的后果。
　　氯化作用显然足以使大肠菌灭活，但它不能使隐孢子虫卵囊或是Norwalk病毒（另一种引起突发疾病的肠道微生物）灭活。还不能肯定有多少疾病是归诸于隐孢子虫或病毒所引起的。

表1　美国贾第虫病爆发水生病事故情况(1920－1986(9)) 爆发水生病事故次数(%) 水源、水处理或对事故缺乏认识 13 在未处理表面水中出现 43 在仅用消毒处理的表面水中出现 17 过滤效果不佳带来结果 11 泉水、井水受到污染 15 干管受到污染

　　运行出现的问题

　　隐孢子虫引起的最大突发疾病是在美国佐治亚州的卡罗尔顿地区爆发的。河流受了隐孢子虫感染，随后其卵囊在处理时穿过絮凝、沉淀、快滤及氯化设备，传染约13000人。
　　疾病爆发当时，处理水执行的标准是大肠菌≦1/100mI浊度≦1ntu。即使如此，运行发生水生病的问题，也要归诸于混凝前混合不充分、滤池冲洗未净再用以及单个滤池过滤效果不佳等种种情况造成的原因。
　　在英格兰埃兰郡地区，于1988年有由于隐孢子虫感染的共27例临床鉴定资料，其发生的肠泻病突然事故期间，比一般期间发生的增加了5－10倍。处理后水的污染辨明为家畜粪便泥浆造成。而且大肠指示菌(Coliform indicater bacteria)与对污染物识别没有关系。
　　1989年2月至3月当中，在英格兰Swendon及牛津地区发现了隐孢子虫疾病事故。这次事故可能造成多至5000人受到感染。而且爆发事故与地面水污染的隐孢子虫穿透过滤池及消毒处理有关，但处理后水没有显明的违背水质标准。
　　美国贾第虫属爆发水生病主要出现在最近的15年，它与被处理水未经过过滤有关。相比起来，从英国和美国最近的两年资料表明，爆发隐孢子虫病症，主要因为污染的地面水，穿过了水处理设备的屏障，没有被拦截住所致。如所指出的其他水质变量，在水处理上并无效率不佳情况。

　　病毒

　　肠道病毒也是出现水生病的一个主要原因。多于110多种人体肠病毒包括肠道病毒、甲型肝炎病毒(HAV)、Norwalk病毒和腺病毒已鉴别出来（表3）。这些专性胞内寄生物(obligate intraCellular paSaSites)是由以外面的蛋白质壳包住的核酸(RNA或DNA)核心产生的。虽然它们因没有宿主细胞不能产生出来，但它们能在一个持续阶段的时间内的环境中还能生存。

表3　　肠病毒特性 病毒名称 种类数目 大小(nm) 核酸类型 病　　　　症 肠道病毒 1.脊髓灰质炎病毒 3 20-30 RNA 瘫痪，腐败的细菌脑膜炎 2.柯萨奇病毒A 24 20-30 RNA 疱疹性咽峡炎、腐败的细菌膜炎、呼吸病、瘫痪、热病。 柯萨奇病毒B 6 30-30 RNA 肋肌病、心包炎、心肌炎、先天心脏异常、肾炎。 3.埃可病毒 34 20-30 RNA 呼吸传染病、腐败的细菌脑膜炎、腹泻、心包炎、心肌炎、热病、皮疹(rash)。 轮状病毒 3 75-80 RNA 呼吸病、肾肠炎。 腺病毒 41 68-85 DNA 急性结膜炎、腹泻、呼吸病、眼睛感染。 肝炎A病毒 1 27 RNA 感染肝炎

肠道病毒40多年前第一次与四周环境被隔离开，而且也已被更加广泛地做了研究。这些病毒包括脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒和埃可病毒（人肠道孤儿病毒），并是产生瘫痪、细菌性脑膜炎、呼吸病症及腹泻等疾病的原因。腺病毒造成眼睛感染及呼吸病症。轮状病毒是产生小儿腹泻病的主要原因。
　　肠道病毒是首先与污水隔离开的病毒，而且现在显然的一切肠病毒都可在废水中搜寻到。经过秽物箱、废水排出口和填充的土里的这些病毒致病菌污染了饮用水水源环境。
　　Coin早在60年代初就首次在法国巴黎将病毒从饮用水中折出。还有来自罗马尼亚和苏联分离开病毒的早期报告。随后还有美国、意大利、南非、哥斯达利加、加拿大、联合王国、印度、以色列、墨西哥、西班牙、澳大利亚、中国和德国等有关饮用水为病毒感染的报告。
　　在首次关于有肠病毒的饮用水报告上，把这些情况发生的原因归诸于水处理效果不好。在Coin关于对水处理的研究中，致力于包括沉淀及最低限度加氯量的探讨。目前，显然是病毒会于处理后的饮用水中重新出现。据报告上提出，原因是已经过全面水处理，把病毒全部隔离除掉的水约有53%，而在此种情况下，还另有26%仅是通过消毒，15%没经过水处理，病毒不会全部除掉。
　　地下水病毒感染也要给予很大的关心。病毒与多达20%的井水已可靠的隔绝开。1981-1985年突发疾病的31%都是由来经过处理的地下水中发现的，绝大多数可能都是病毒造成的致病原因。腐物箱污染地下水是主要的多数病毒来源。

　　军团菌(Legionaires)病

　　在美国除掉肠病毒以外，一种天然水生菌类嗜肺军团菌是引发突生疾病的主要菌类。军团菌属引起军团菌疾病。这种病是一种严重的肺炎，它也有一种是非肺炎的pontiac热病。
　　1985年有75000例，11250人由于嗜菌军团菌感染死亡。这种菌类经过吸附药剂和不同的测定方法鉴别出来。冷却塔、蒸发冷却器、热水罐和旋流池都与该病蔓延有关。
　　有一些因素与嗜肺军团菌引发疾病的能力有关系。水温(>20℃)、营养物和菌类渗入到生物膜里都为菌类残存及其数目加多，而对造成这种疾病，扮演了角色。
　　Colburne和Dennis指出，14%的地下水全有军团菌。配水管网出现军团菌与水源水中含有军团菌有关。使用专门抗体和显微镜直接观察，能够在非培养情况(Non-cutivatable State)识别查出军团菌。从调查中看到，不时发生的病例和在饮用水中有该菌类存在的之间有互相连带关系。

　　配水干管内微生物

　　水中出现的其他微生物，与被看作是异养平皿计数细菌(HPC)的菌群有关。主要菌类有不动细菌属、气单胞菌属、产碱杆菌属、李氏杆菌属、分枝杆菌属、假单胞菌属和邻单胞菌属。HPC菌类已成为水处理和水质的指标。然而，还有许多菌类也要考虑到的，为时机传染的病原菌(Opportuni stic pathogen)，且超过30%都与医院传染有关（医院取得资料）。
　　这些微生物能够在供水管网中生长。它们生长有许多影响的因素，包括有干管中水的温度（温度越高，生长的能力越大）、水流速度及在水中停留时间。
　　水处理的方式也影响HPC菌的生长。消毒剂种类及其残余量是校核HPC菌数目的关键依据。水源和滤池类型，也对微生物生长的营养物供给有影响。
　　HPC菌不仅与时机传染病有关，而且也有一部分与在管网中的生物膜繁衍有关。细菌在生物膜中不受消毒剂杀害，而且还污染水体，增加菌类数目，以致超过允许的水质标准。这包括有大肠菌的水，若继续被污浊下去，就要通知用户注意，要将水煮沸。
　　生物膜也提供一下壁龛，营养物堆积在里面，为其他菌类包括军团菌数等病菌食用，使它们能以在生物膜内大量生长。微生物在生物膜内受到庇护，消毒剂不能杀害。对于庇护微生物的生物膜控制，一般鲜为人知。
　　此外，在生物膜内微生物生成物与管材腐蚀有关。了解生物膜的生态学，以为提出适当控制办法的研究正在进行。
　　水中细菌生长情况前面已提到过。它与采用的营养物有关。一个新的验定法可检出水中代谢可降解的有机成份，与已知的可同化的有机碳或AOC一样。AOC检定使用专门菌种的生物检定法。了解了AOC，就可以对细菌重新生长的能力有更好的了解。细菌重新生长能力与用作饮用水水源的情况有关。总之，水处理的形式会影响这种现象的。
　　特别是臭氧作用，以氧化长链碳化合物作用，很急速的产生为微生物同化的有机体，增加了AOC。臭氧在水处理中常被采用，以改变嗅和味，促进混凝作用。臭氧是微生物灭活极有效果的消毒剂。在管网中对生物膜和微生物重生的控制，今后必须提出，以保持饮用水水质。改变水处理运行方法（如臭氧的使用），要在应用的同时须得充分探讨。

　　规章制度

　　美国环保局已发布了而且还将发布一些饮用水处理条例。这些条例的一部分就是直接为饮用水微生物规定的。“地表水处理条例”要求一切地表水都要过滤和消毒，以便控制贾第虫感染。考虑到快速砂滤池对卵囊虫的敏感性和隐孢子虫对消毒剂的抗药剂，这个条例对隐孢子虫控制，可靠到什么程度还不能确定。
　　“地下水消毒消毒条例”要求地下水都要消毒，特别是对地下水的病毒控制方面更需如此。总之，大肠菌指标一般评估水质可以。但对病毒污染，只检验大肠菌就不够了。
　　“消毒剂副产物条例“目的是，在消毒时期，减少从化合物产生的副产物的潜生致癌危险性。这种危险性必须与由未充分消毒所致的微生物致病危险性两方比较取得平衡。

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天津市自来水公司科学技术情报站

一九九一年十二月