Emerging Issues for the Microbiology of Drinking Water

譯自Water engineering and management 1990-7
　楊　?！〔拧　?

　　由于人類(lèi)生活水平的提高，及由于工業(yè)發(fā)達(dá)，有機(jī)物、重金屬污染飲用水水質(zhì)大為增加，對(duì)人的身體產(chǎn)生了很大的影響，使飲用水標(biāo)準(zhǔn)不得不更加要求嚴(yán)格。國(guó)外已在水處理上逐步采取防治措施，國(guó)內(nèi)近年來(lái)也加以注意，做了很多工作。然而，飲用水會(huì)有微生物對(duì)人類(lèi)的危害，雖國(guó)外已初步的加以研究并考慮去除方法。但國(guó)內(nèi)好象接觸的很少。實(shí)際上微生物如賈第蟲(chóng)、隱孢子蟲(chóng)、軍團(tuán)菌及病毒等存在于飲用水中，會(huì)引起很多的疾病，甚至造成人的死亡，只憑檢驗(yàn)大腸菌合乎衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求是不夠的。國(guó)外已經(jīng)有了報(bào)導(dǎo)。因此不得不引起國(guó)內(nèi)給水界上的注意。現(xiàn)將有關(guān)較有系統(tǒng)性介紹的一篇文章譯出，作為同行們?cè)诠ぷ鲿r(shí)參考。

——譯者

　　為了實(shí)現(xiàn)從自來(lái)水水咀上取得的飲用水，達(dá)到預(yù)期的——規(guī)章定下的——水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，必須對(duì)由于微生物發(fā)生的問(wèn)題提出討論。
　　在飲用水的微生物學(xué)中，有明顯的三個(gè)方面的情況。第一個(gè)方面是識(shí)別新近出現(xiàn)有潛在水生病如彎曲桿菌、氣單胞菌和隱孢子蟲(chóng)等的病原菌，而且是企圖較好的了解病毒導(dǎo)致的水生病和清潔水傳播軍團(tuán)菌的作用。
　　第二個(gè)方面是對(duì)水處理有主要關(guān)系的生物膜和微生物再生問(wèn)題的生態(tài)學(xué)。
　　第三個(gè)方面是對(duì)待出現(xiàn)在飲用水微生物范圍的各種不同處理方法。這些方法如臭氧作用是已取得的改進(jìn)水質(zhì)的處理方法，或者如對(duì)待消毒劑付產(chǎn)物訂立新規(guī)定的處理方法。如果運(yùn)行不精心，水處理過(guò)程中有了變化，會(huì)因微生物去除關(guān)系影響水質(zhì)。而且在消毒過(guò)程中有任何改變，都必須要在此種變更的情況下，不能增加水生病的危險(xiǎn)。
　　對(duì)飲用水微生物學(xué)更好的理解，會(huì)對(duì)維護(hù)及改進(jìn)水質(zhì)，有恰如其分的處理方法。

　　新出現(xiàn)的微生物

　　從1970年以來(lái)，一般水生病如霍亂與傷寒已在美國(guó)完全被控制住。然而，新近又識(shí)別了一些水生病菌。1970～1985年間發(fā)生了502起突發(fā)疾病，52%由賈第蟲(chóng)屬傳播而起，而同時(shí)還另有38%是未識(shí)別出來(lái)的急性胃腸病。
　　賈第蟲(chóng)屬是一種腸道病原菌，使人得腸瀉病。1985年另一種腸道病原菌也出現(xiàn)了，它是隱孢子蟲(chóng)，能傳染如霍亂一樣的病，如賈第蟲(chóng)屬一樣，這種微生物能通過(guò)糞便本身傳播的周?chē)h(huán)境，散布傳染病。
　　水在隱孢子蟲(chóng)和賈第蟲(chóng)屬(giardia)感染菌的傳播中，充當(dāng)著一個(gè)主要角色。在美國(guó)提出了出現(xiàn)在污染水中的一切賈第蟲(chóng)病(giardiasis)病例有60%。隱孢子蟲(chóng)傳染，出現(xiàn)最大水生病的一次，影響約13000人。這兩類(lèi)微生物同樣具有流行病學(xué)和生態(tài)學(xué)的特性，它們都有傳播水生病的潛在能力。
　　腸道原生動(dòng)物病分別經(jīng)過(guò)隱孢子蟲(chóng)和賈第蟲(chóng)屬卵囊和孢囊散布。卵囊和孢囊在其所處的環(huán)境中，可生活一個(gè)長(zhǎng)時(shí)期，并不由于水處理被立即去掉或滅活。
　　微生物感染人類(lèi)、家畜及野生生物，是由于水通過(guò)糞便受到污染而來(lái)。這種污染物有感染人體的潛在能力。并也提出，水中含有卵囊或囊僅有一個(gè)到十個(gè)這樣少的數(shù)目，就能激發(fā)感染。
　　在美國(guó)，賈第蟲(chóng)屬是造成水生病最多的一種微生物。第一次報(bào)道的這種突發(fā)病癥是在美國(guó)科羅拉多州滑雪勝地，有123度假旅客得了病。地下水受污水感染，對(duì)此次突發(fā)病應(yīng)負(fù)責(zé)任。
　　在最近20年中的資料提出突發(fā)疾病大量增加，1965～1969年只有2起，但到1980～1984年年間就增加到56起。據(jù)所有有關(guān)的資料所提，賈第蟲(chóng)屬感染發(fā)生的疾病。自1976年以來(lái)已報(bào)道的有83%。1978到1982年當(dāng)中，賈第蟲(chóng)屬感染發(fā)生的病占水生病的19.9%。它是現(xiàn)在美國(guó)在水生病中探查出來(lái)次數(shù)最多的病原菌。
　　在供水系統(tǒng)中，水處理不充分和處理效果不足，應(yīng)歸諸于是絕大多數(shù)為賈第蟲(chóng)突然蔓延的原因（表1）。未經(jīng)水處理的地面水、未經(jīng)處理的地下水的采用和配水管網(wǎng)的污染，而因此產(chǎn)生的突然蔓延疾病，分別為13%、11%和15%。
　　不適當(dāng)?shù)南炯叭狈瘜W(xué)混凝預(yù)處理，顯然是處理效果不佳的主要原因。Craun提出，突發(fā)蔓延疾病有43%要?dú)w諸于僅有氯化而沒(méi)經(jīng)過(guò)過(guò)濾造成的，還有17%是由于過(guò)濾效果不好。沒(méi)有過(guò)濾設(shè)備，不論消毒與否，發(fā)生突發(fā)疾病合計(jì)起來(lái)為總的疾病的56%。
　　由1987年以來(lái)，世界上有六起是由于隱孢子蟲(chóng)感染產(chǎn)生水生病的主要突發(fā)疾病（表2略）。第一次有記錄的突發(fā)疾病，是于1987年在美國(guó)發(fā)生，它是由于污水污染一個(gè)自流井而造成的后果。
　　氯化作用顯然足以使大腸菌滅活，但它不能使隱孢子蟲(chóng)卵囊或是Norwalk病毒（另一種引起突發(fā)疾病的腸道微生物）滅活。還不能肯定有多少疾病是歸諸于隱孢子蟲(chóng)或病毒所引起的。

表1　美國(guó)賈第蟲(chóng)病爆發(fā)水生病事故情況(1920－1986(9)) 爆發(fā)水生病事故次數(shù)(%) 水源、水處理或?qū)κ鹿嗜狈φJ(rèn)識(shí) 13 在未處理表面水中出現(xiàn) 43 在僅用消毒處理的表面水中出現(xiàn) 17 過(guò)濾效果不佳帶來(lái)結(jié)果 11 泉水、井水受到污染 15 干管受到污染

　　運(yùn)行出現(xiàn)的問(wèn)題

　　隱孢子蟲(chóng)引起的最大突發(fā)疾病是在美國(guó)佐治亞州的卡羅爾頓地區(qū)爆發(fā)的。河流受了隱孢子蟲(chóng)感染，隨后其卵囊在處理時(shí)穿過(guò)絮凝、沉淀、快濾及氯化設(shè)備，傳染約13000人。
　　疾病爆發(fā)當(dāng)時(shí)，處理水執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是大腸菌≦1/100mI濁度≦1ntu。即使如此，運(yùn)行發(fā)生水生病的問(wèn)題，也要?dú)w諸于混凝前混合不充分、濾池沖洗未凈再用以及單個(gè)濾池過(guò)濾效果不佳等種種情況造成的原因。
　　在英格蘭埃蘭郡地區(qū)，于1988年有由于隱孢子蟲(chóng)感染的共27例臨床鑒定資料，其發(fā)生的腸瀉病突然事故期間，比一般期間發(fā)生的增加了5－10倍。處理后水的污染辨明為家畜糞便泥漿造成。而且大腸指示菌(Coliform indicater bacteria)與對(duì)污染物識(shí)別沒(méi)有關(guān)系。
　　1989年2月至3月當(dāng)中，在英格蘭Swendon及牛津地區(qū)發(fā)現(xiàn)了隱孢子蟲(chóng)疾病事故。這次事故可能造成多至5000人受到感染。而且爆發(fā)事故與地面水污染的隱孢子蟲(chóng)穿透過(guò)濾池及消毒處理有關(guān)，但處理后水沒(méi)有顯明的違背水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
　　美國(guó)賈第蟲(chóng)屬爆發(fā)水生病主要出現(xiàn)在最近的15年，它與被處理水未經(jīng)過(guò)過(guò)濾有關(guān)。相比起來(lái)，從英國(guó)和美國(guó)最近的兩年資料表明，爆發(fā)隱孢子蟲(chóng)病癥，主要因?yàn)槲廴镜牡孛嫠?，穿過(guò)了水處理設(shè)備的屏障，沒(méi)有被攔截住所致。如所指出的其他水質(zhì)變量，在水處理上并無(wú)效率不佳情況。

　　病毒

　　腸道病毒也是出現(xiàn)水生病的一個(gè)主要原因。多于110多種人體腸病毒包括腸道病毒、甲型肝炎病毒(HAV)、Norwalk病毒和腺病毒已鑒別出來(lái)（表3）。這些專(zhuān)性胞內(nèi)寄生物(obligate intraCellular paSaSites)是由以外面的蛋白質(zhì)殼包住的核酸(RNA或DNA)核心產(chǎn)生的。雖然它們因沒(méi)有宿主細(xì)胞不能產(chǎn)生出來(lái)，但它們能在一個(gè)持續(xù)階段的時(shí)間內(nèi)的環(huán)境中還能生存。

表3　　腸病毒特性 病毒名稱(chēng) 種類(lèi)數(shù)目 大小(nm) 核酸類(lèi)型 病　　　　癥 腸道病毒 1.脊髓灰質(zhì)炎病毒 3 20-30 RNA 癱瘓，腐敗的細(xì)菌腦膜炎 2.柯薩奇病毒A 24 20-30 RNA 皰疹性咽峽炎、腐敗的細(xì)菌膜炎、呼吸病、癱瘓、熱病。 柯薩奇病毒B 6 30-30 RNA 肋肌病、心包炎、心肌炎、先天心臟異常、腎炎。 3.?？刹《? 34 20-30 RNA 呼吸傳染病、腐敗的細(xì)菌腦膜炎、腹瀉、心包炎、心肌炎、熱病、皮疹(rash)。 輪狀病毒 3 75-80 RNA 呼吸病、腎腸炎。 腺病毒 41 68-85 DNA 急性結(jié)膜炎、腹瀉、呼吸病、眼睛感染。 肝炎A病毒 1 27 RNA 感染肝炎

腸道病毒40多年前第一次與四周環(huán)境被隔離開(kāi)，而且也已被更加廣泛地做了研究。這些病毒包括脊髓灰質(zhì)炎病毒、柯薩奇病毒和?？刹《荆ㄈ四c道孤兒病毒），并是產(chǎn)生癱瘓、細(xì)菌性腦膜炎、呼吸病癥及腹瀉等疾病的原因。腺病毒造成眼睛感染及呼吸病癥。輪狀病毒是產(chǎn)生小兒腹瀉病的主要原因。
　　腸道病毒是首先與污水隔離開(kāi)的病毒，而且現(xiàn)在顯然的一切腸病毒都可在廢水中搜尋到。經(jīng)過(guò)穢物箱、廢水排出口和填充的土里的這些病毒致病菌污染了飲用水水源環(huán)境。
　　Coin早在60年代初就首次在法國(guó)巴黎將病毒從飲用水中折出。還有來(lái)自羅馬尼亞和蘇聯(lián)分離開(kāi)病毒的早期報(bào)告。隨后還有美國(guó)、意大利、南非、哥斯達(dá)利加、加拿大、聯(lián)合王國(guó)、印度、以色列、墨西哥、西班牙、澳大利亞、中國(guó)和德國(guó)等有關(guān)飲用水為病毒感染的報(bào)告。
　　在首次關(guān)于有腸病毒的飲用水報(bào)告上，把這些情況發(fā)生的原因歸諸于水處理效果不好。在Coin關(guān)于對(duì)水處理的研究中，致力于包括沉淀及最低限度加氯量的探討。目前，顯然是病毒會(huì)于處理后的飲用水中重新出現(xiàn)。據(jù)報(bào)告上提出，原因是已經(jīng)過(guò)全面水處理，把病毒全部隔離除掉的水約有53%，而在此種情況下，還另有26%僅是通過(guò)消毒，15%沒(méi)經(jīng)過(guò)水處理，病毒不會(huì)全部除掉。
　　地下水病毒感染也要給予很大的關(guān)心。病毒與多達(dá)20%的井水已可靠的隔絕開(kāi)。1981-1985年突發(fā)疾病的31%都是由來(lái)經(jīng)過(guò)處理的地下水中發(fā)現(xiàn)的，絕大多數(shù)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數(shù)病毒來(lái)源。

　　軍團(tuán)菌(Legionaires)病

　　在美國(guó)除掉腸病毒以外，一種天然水生菌類(lèi)嗜肺軍團(tuán)菌是引發(fā)突生疾病的主要菌類(lèi)。軍團(tuán)菌屬引起軍團(tuán)菌疾病。這種病是一種嚴(yán)重的肺炎，它也有一種是非肺炎的pontiac熱病。
　　1985年有75000例，11250人由于嗜菌軍團(tuán)菌感染死亡。這種菌類(lèi)經(jīng)過(guò)吸附藥劑和不同的測(cè)定方法鑒別出來(lái)。冷卻塔、蒸發(fā)冷卻器、熱水罐和旋流池都與該病蔓延有關(guān)。
　　有一些因素與嗜肺軍團(tuán)菌引發(fā)疾病的能力有關(guān)系。水溫(>20℃)、營(yíng)養(yǎng)物和菌類(lèi)滲入到生物膜里都為菌類(lèi)殘存及其數(shù)目加多，而對(duì)造成這種疾病，扮演了角色。
　　Colburne和Dennis指出，14%的地下水全有軍團(tuán)菌。配水管網(wǎng)出現(xiàn)軍團(tuán)菌與水源水中含有軍團(tuán)菌有關(guān)。使用專(zhuān)門(mén)抗體和顯微鏡直接觀(guān)察，能夠在非培養(yǎng)情況(Non-cutivatable State)識(shí)別查出軍團(tuán)菌。從調(diào)查中看到，不時(shí)發(fā)生的病例和在飲用水中有該菌類(lèi)存在的之間有互相連帶關(guān)系。

　　配水干管內(nèi)微生物

　　水中出現(xiàn)的其他微生物，與被看作是異養(yǎng)平皿計(jì)數(shù)細(xì)菌(HPC)的菌群有關(guān)。主要菌類(lèi)有不動(dòng)細(xì)菌屬、氣單胞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、李氏桿菌屬、分枝桿菌屬、假單胞菌屬和鄰單胞菌屬。HPC菌類(lèi)已成為水處理和水質(zhì)的指標(biāo)。然而，還有許多菌類(lèi)也要考慮到的，為時(shí)機(jī)傳染的病原菌(Opportuni stic pathogen)，且超過(guò)30%都與醫(yī)院傳染有關(guān)（醫(yī)院取得資料）。
　　這些微生物能夠在供水管網(wǎng)中生長(zhǎng)。它們生長(zhǎng)有許多影響的因素，包括有干管中水的溫度（溫度越高，生長(zhǎng)的能力越大）、水流速度及在水中停留時(shí)間。
　　水處理的方式也影響HPC菌的生長(zhǎng)。消毒劑種類(lèi)及其殘余量是校核HPC菌數(shù)目的關(guān)鍵依據(jù)。水源和濾池類(lèi)型，也對(duì)微生物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物供給有影響。
　　HPC菌不僅與時(shí)機(jī)傳染病有關(guān)，而且也有一部分與在管網(wǎng)中的生物膜繁衍有關(guān)。細(xì)菌在生物膜中不受消毒劑殺害，而且還污染水體，增加菌類(lèi)數(shù)目，以致超過(guò)允許的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。這包括有大腸菌的水，若繼續(xù)被污濁下去，就要通知用戶(hù)注意，要將水煮沸。
　　生物膜也提供一下壁龕，營(yíng)養(yǎng)物堆積在里面，為其他菌類(lèi)包括軍團(tuán)菌數(shù)等病菌食用，使它們能以在生物膜內(nèi)大量生長(zhǎng)。微生物在生物膜內(nèi)受到庇護(hù)，消毒劑不能殺害。對(duì)于庇護(hù)微生物的生物膜控制，一般鮮為人知。
　　此外，在生物膜內(nèi)微生物生成物與管材腐蝕有關(guān)。了解生物膜的生態(tài)學(xué)，以為提出適當(dāng)控制辦法的研究正在進(jìn)行。
　　水中細(xì)菌生長(zhǎng)情況前面已提到過(guò)。它與采用的營(yíng)養(yǎng)物有關(guān)。一個(gè)新的驗(yàn)定法可檢出水中代謝可降解的有機(jī)成份，與已知的可同化的有機(jī)碳或AOC一樣。AOC檢定使用專(zhuān)門(mén)菌種的生物檢定法。了解了AOC，就可以對(duì)細(xì)菌重新生長(zhǎng)的能力有更好的了解。細(xì)菌重新生長(zhǎng)能力與用作飲用水水源的情況有關(guān)?？傊幚淼男问綍?huì)影響這種現(xiàn)象的。
　　特別是臭氧作用，以氧化長(zhǎng)鏈碳化合物作用，很急速的產(chǎn)生為微生物同化的有機(jī)體，增加了AOC。臭氧在水處理中常被采用，以改變嗅和味，促進(jìn)混凝作用。臭氧是微生物滅活極有效果的消毒劑。在管網(wǎng)中對(duì)生物膜和微生物重生的控制，今后必須提出，以保持飲用水水質(zhì)。改變水處理運(yùn)行方法（如臭氧的使用），要在應(yīng)用的同時(shí)須得充分探討。

　　規(guī)章制度

　　美國(guó)環(huán)保局已發(fā)布了而且還將發(fā)布一些飲用水處理?xiàng)l例。這些條例的一部分就是直接為飲用水微生物規(guī)定的。“地表水處理?xiàng)l例”要求一切地表水都要過(guò)濾和消毒，以便控制賈第蟲(chóng)感染?？紤]到快速砂濾池對(duì)卵囊蟲(chóng)的敏感性和隱孢子蟲(chóng)對(duì)消毒劑的抗藥劑，這個(gè)條例對(duì)隱孢子蟲(chóng)控制，可靠到什么程度還不能確定。
　　“地下水消毒消毒條例”要求地下水都要消毒，特別是對(duì)地下水的病毒控制方面更需如此?？傊竽c菌指標(biāo)一般評(píng)估水質(zhì)可以。但對(duì)病毒污染，只檢驗(yàn)大腸菌就不夠了。
　　“消毒劑副產(chǎn)物條例“目的是，在消毒時(shí)期，減少?gòu)幕衔锂a(chǎn)生的副產(chǎn)物的潛生致癌危險(xiǎn)性。這種危險(xiǎn)性必須與由未充分消毒所致的微生物致病危險(xiǎn)性?xún)煞奖容^取得平衡。

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一九九一年十二月