摘要： 阐述了污水和再生水中的病原微生物,介绍了国内外再生水卫生学控制指标及标准,再生水卫生安全评价方法 、评价模型及评价实例,认为再生水经适宜的工艺处理和消毒后,可以使水质和病原微生物降低至安全使用水平。提出再生水卫生安全的重要性及加强调查研究 和基础跟踪研究的必要性。
关键词： 污水 再生水 卫生安全评价 生物学指标
随着全球淡水资源短缺日趋严重,再生水作为解决水资源短缺最有效的途径已广泛地应用 于景观环境、工业 冷却水、灌溉、城市杂用和地下水回灌等诸多方面。由于再生水中可能含有细菌、病毒、寄生虫等病原体,再生水利用的环境与健康问题 一直受到广泛的关注。SARS疫情的发生,更使人们对再生水利用的关注点转向卫生安全问题。
本文将对目前 再生水的卫生安全问题及其评价方法进行初步探讨,以加强这方面的研究与对策。
1 污水 和再生水中的病原微生物
与化学污染物相比,水中病原体具有以下特征[1]：病原体在水中的分布是离散的,而不是均质的；病原体常成群结团,或吸附于水中的固体物质上,因此其水中的平均浓度不能用以预测感染剂量；病原体的致病能力取决于其侵袭性和活力,以及人的免疫力；一旦造成感染,病原体可在人体中繁殖,从而增加致病的可能；病原体的剂量～反应关系不呈累积性。一般认为,人被感染传染病应具备三个条件[2]：①有病原体的存在；②具有一定的病原体浓度；③易感染体以被感染方式接触病原体。研究污水 与再生水中病原微生物的种类与数量,对于评价使用再生水可能对人体健康造成的影响 具有非常重要的意义。
美国环保局列出了污水 、污泥中可能存在的各种不同的病原菌、病毒、原生动物和寄生虫的名单,见表1[2]。表2是美国城市污水 处理过程中病原微生物的去除效果[2],表3为某国污水 处理前的生物学指标,表4为我国部分城市污水 处理前后生物学指标[3～5]。
2 再生水卫生学控制指标及其标准
检测污水 和再生水中所有的病原微生物是不切合实际的。实用和可行的方法是检测既能指示粪便污染又能反映污水 处理和消毒效果的微生物。常用的指示微生物是总大肠杆菌和粪大肠杆菌。因为总大肠杆菌在环境中的出现,尤其是粪大肠杆菌的出现,意味着水体受到了动物和人类粪便的污染,也意味着许多相关病原体的存在。肠道致病菌与自然 界作用的方式和大肠杆菌相似,所以总大肠菌群数的降低程度可间接反映致病菌相应数量级的减少。
但国内外的研究成果表明：总大肠菌群数并不足以反映病毒、原生动物和寄生虫的存在,许多肠道病毒对化学消毒剂的抵抗力更大。以总大肠菌群数和粪大肠菌群数作为卫生安全控制指标的科学 性受到了挑战。不少研究者开始寻找可替代的指示微生物或可直接检测病原微生物的方法。
免疫学法和分子生物法在环境微生物学中的应用增加了在自然界中(如土壤和水)病原体微生物含量较低的时候被检出的可能性。荧光抗体(Fluorescent Antibody, FA)法可用于个别病原体如贾第鞭毛虫和隐孢子虫的定性和定量的测试。聚合酶链反应(PCR)方法学的应用有助于检测到低含量的病原体微生物。这些灵敏度高的检测方法虽然使得监测更加准确,但一般只有有限的实验室能够具备相应的人员和设备条件,分析 时间需要长达4个星期。因此,现有世界各国再生水回用水质标准中,卫生学控制指标仍以总大肠杆菌和粪大肠杆菌为主。表5列举了部分国家和地区以及世界卫生组织再生水用于非限制性灌溉时的卫生学指标要求[6]。
表1 未经处理生活污水 、污泥中的病原体
病原体分类 病菌
疾病
细菌 志贺氏菌(Shigella sp) 痢疾Campylobacteriosis(gastroenteritis) 病毒 肝炎病毒(Hepatitis A Virus) 传染性肝炎 原生动物 内阿类已属histolyiica(Entamoebahistolytica) 阿米巴病 寄生虫 蛔虫(Ascaris sp．) 蛔虫病
表2 美国城市污水 处理过程中微生物的去除效果
微生物 每100毫升污水 中的个数 未处理水 一级处理水 二级处理水 三级处理水* 粪大肠菌MPN 109 107 106 <2 沙门氏菌MPN 8000 800 8 <2 志贺氏菌MPN 1000 100 1 <2 肠道病毒PFU 50000 15000 1500 0.002 寄生虫卵 800 80 0.08 <0.08 贾第鞭毛虫 10000 5000 2500 3
注：* 包括混凝、沉淀、过滤和消毒。
表3 某国典型城市污水 处理前生物学指标
微生物 每毫升污水 中的个数 总大肠菌 105 -109 粪大肠菌 104 -105 沙门氏菌 1-100 贾第鞭毛虫 0.1-100 隐性孢子虫 0.1-1 寄生虫卵 0.01-10 肠道病毒 10-100
表4 我国部分城市污水 生物学指标
采样点 菌落总数 总大肠菌群(个/l) 粪大肠菌群(个/l) 沙门氏菌(个/l)
病毒
北京某污水 处理厂 进水 240 x 1O5 -240 x 108 3 -160 x 104 240 x 1O5 -240 x 108 3 -540 x 103 北京某污水 处理厂 进水 240 x 1O5 -240 x 108 3 -160 x 104 240 x 1O5 -240 x 108 3 -540 x 103 天津某河道污水 104 -108 ，均值107 10～>2000，均值500 天津某二级污水 处理厂出水 103 -106 ，均值106 10～>2000，均值100 天津某氧化沟出水 103 ～106 ，均值lO5 未检出～500，均值10 无锡某污水 处理厂 进水 均值1411047 >16000 >16000 未检出 检出柯萨奇、艾柯、脊髓灰质炎病毒，阳性率58．33％。 出水 均值119236 >16000 >16000 未检出 检出柯萨奇、艾柯、脊髓灰质炎病毒，阳性率16．67％。
3 再生水卫生安全评价方法
目前 评价再生水中病原体微生物对人体健康的影响 主要有两种方法[7]。
(1)现实风险评价方法。也称低技术／低费用／控制风险方法,以流行病学研究 为基础,结合现有污水 处理技术对病原体的处理效果,分析 再生水回用的健康风险。世界各国现有的再生水回用水质标准多采用此法制定,如WHO污水 回用于农业的安全指南、美国的回用水指南等。即现有再生水水质标准是依据再生水回用的经验和对现有污水 处理技术可有效地去除病原体的认可为前提制定的。
表5 再生水用于非限制性灌溉的水质标准
制定机构或地区 类型 根据公众健康提出的水质要求 美国环保局(EPA, 1992) 指南 所有样品中，粪大肠菌数不能超过14MPN／100mL，这一数值意味着实际当中将检测不出粪大肠菌，二级处理后应进行混凝、沉淀、过滤和消毒处理 亚利桑那 法规 总大肠菌数不能超过2．2 MPN／100mL(中间值)和25 MPN／100mL(单个样品) 加利福尼亚 法规 粪大肠菌数不超过2．2 MPN／100mL(每月不得少于一份样品中的大肠菌有机物不可超过23 MPN／100mL)；二级处理后要有过滤和消毒处理 科罗拉多 指南 总大肠菌数不能超过2．2MPN／100mL(中间值)；出水需经氧化、混凝、沉淀、过滤和消毒处理 佛罗里达 法规 以30d为期，在75％的样品中粪大肠菌数不能超过25 MPN／100 mL，二级处理加过滤和深度消毒；COD 20mg/l(年平均值)，TSS 5mg／L(单样品) 佐治亚 指南 粪大肠菌数不能超过30 MPN／100mL；要求经过生化处理(BOD 30mg/l，TSS 30mg/l) 爱达荷 法规 总大肠菌数不能超过2．2MPN／100mL(中间值)；二级出水要求混凝、沉淀、过滤和消毒处理 印第安纳 法规 粪大肠菌数不能超过100 MPN／100mL(中间值)，2 000MPN／100mL(单个样品) 北卡罗来 法规 粪大肠菌数不能超过1MPN／100mL，要求经过三级处理(TSS月平均值为5rng／L，日最大值10mg／L) 新墨西哥 指南 粪大肠菌数不能超过1 000 MPN／100mL 俄勒冈 法规 总大肠菌数不能超过2．2MPN／100mL(中间值)和23 MPN／100mL(单个样品)；要求二级处理后，应进行混凝、沉淀、过滤和消毒处理 得克萨斯 法规 粪大肠菌数不能超过75MPN／100mL；经过氧化塘系统处理后最低应达到BOD20mg/l，采用其它工艺BOD应达到10 mg/l 犹他 法规 总大肠菌数和粪大肠菌数分别不能超过2 000 MPN／100mL，200MPN／100 mL(千均30d)；要求经过二级处理后BOD 25 mg／L和TSS 25 mg/l(平均30 d) 华盛顿 指南 总大肠菌数不能超过2．2MPN／100mL(平均值)和24 MPN／100 mL(单个样品)；最低要求经过包括过滤的二级处理 怀俄明 法规 粪大肠菌数不能超过200 MPN／100mL，出水BOD不超过10mg／l…(日均值) 加拿大(阿尔伯达) 法规 (在大于20％的样品中)总大肠菌数不能超过1 000 MPN／100mL(几何平均数)，粪大肠菌数不能超过200MPN／100mL；灌溉蔬菜的回用水的总大肠菌数不能超过2 400 MPN／100mL(在任何一天) 塞浦路斯(1997) 标准 粪大肠菌数在每月80％的样品中不超过50MPN／100mL，最大允许值100MPN／100mL；肠道线虫不超过1个/l；三级处理后接消毒处理 以色列(1978) 规定 总大肠菌数在50％的样品中不超过2，2MPN／100mL，在80％的样品不能超过12MPN／100mL；二级处理或相当于二级处理(例如：长期贮存过程)接消毒处理 约旦 法规 粪大肠菌数低于200 MPN／100mL 科威特 标准 总大肠菌数低于100 MPN／mL；经过深度处理之后BOD和TSS均低于10mg/l 澳大利亚(新南威尔士) 指南 耐高温大肠菌数低于10MPN／100mL(中间值)；最低处理要求二级处理和过滤，出水浊度不超过2NTU 沙特阿拉伯 法规 总大肠菌数低于2．2 MPN／100mL，BOD和TSS均低于10mg／L 突尼斯(1975) 法规／法律 肠道线虫小于等于1个/l，最低处理要求稳定塘或相当工艺 世界卫生组织(1989) 指南 为降低健康风险，粪大肠菌数(灌溉用水)<200MPN／100mL，肠道线虫≤1个/l；要有一级、二级处理过程，适当增加过滤和消毒过程
(2)定量风险评价方法。也称高技术／高费用／低风险方法。它定量地评价再生水在回用过程中暴露于病原体的人类健康风险。其评价程序与化学污染物风险评价程序相同,包括：①危害识别：识别再生水中可能含有的人们关注的病原体；②暴露评价：确定再生水在使用过程中,人暴露于病原体的途径、持续时间和暴露量；③剂量～反应关系评价：根据病原体的剂量反应关系,估算与人的实际暴露水平相似的条件下的感染概率；④风险特征分析：依据暴露和剂量反应的假设,计算 理论 风险。
大多数病原体的剂量～反应资料很难通过临床研究和流行病学调查得到,所以该方法的应用 很受限制。Hass(1983年)[8]最早对饮用水微生物的危险度进行了定量研究。他根据已有数据,研究并发现β-泊松模型能很好地表达传染的概率,见式(1)。
Pi = 1 - (1 N/β)-α (1)
式中 Pi --传染概率；
α, β--曲线界定参数；
N--暴露量。
用该模型还可估测临床疾病的危险度,饮用水轮状病毒疾病的死亡率及霍乱病的危险度。后来又提出了指数模型来评价沙门氏菌、隐孢子虫、贾第鞭毛虫等,见式(2)。
Pi =1 - e-γN (2)
式中Pi --传染概率；
γ--曲线界定参数；
N--暴露量。
随着再生水应用的日益普及,这些模型已被应用于再生水的病原体风险评价。常用模型及相应参数见表6[8,9]。
利用以上模型对圣彼得斯堡(St.Petersburg)再生水厂出水用于高尔夫球场、公园、学校和大商业区景观灌溉时对人体健康的风险评价结果见表7。
表6 不同微生物的最佳拟合剂量～反应模型与参数
微生物 最佳模型 模型参数 沙门氏杆菌 指数式 γ=0．00752
表7 圣彼得斯堡再生水厂出水用于景观灌溉年风险概率
微生物
接触类型
I II III IV 轮状病毒(a) 2.3x10-6 3.7x10-6 9.3x10-6 2.3x10-5 艾柯病毒(b) 7.3x10-9 1.2x10-8 3x10-8 7.3x10-8 隐孢子虫 1.3x10-6 2.1x10-6 5.3x10-6 1.3x10-5 贾第鞭毛虫 3.5x10-6 5.8x10-6 1.5x10-5 3.5x10-5
注: I 通过气溶胶接触的个体,0.1 mL／d,365 d／a；
II 高尔夫运动者和公园参观人员,1ml／d, 60d／a；
III 居民用户,1 mL／d, 150d／a；
IV 一般用户,1 mL／d, 365d／a
一般在进行病原微生物风险评价时,认为可接受的年风险概率应小于1 x 10-4 。从以上评价结果看,经过高级处理和消毒的再生水用于绿化、灌溉和景观娱乐时可基本保证卫生安全。
4 结语
(1)再生水卫生安全问题 已受到广泛的关注,只用大肠菌群或粪大肠菌群作为再生水的生物学指标,尚不能反映再生水中所有病原微生物存在情况。随着检测技术的发展 ,病毒和病原虫正在成为关注的生物学指标。
(2)再生水经过有效的处理工艺处理和消毒后,可以使水质和病原微生物降低至安全使用水平。
(3)我国再生水利用仍处于起步阶段,应继续加强对再生水安全性的基础研究和跟踪研究,提出再生水的生物学指标、标准和检测方法。
参考 文献
1 陈炳衡,朱惠刚,屈卫东: 世界卫生组织饮用水质量基准简介 环境与健康杂志,2000, 17(4)： 247--252 污水 综合利用中的生物性污染问题.城市管理与科技 ,2001,3(2)：27～29 污水 中大肠菌群属于沙门氏菌的关系.环境与健康杂志,2001,18(1)：25～26 5 林玉娣,马玉林等.城镇污水 综合处理卫生学指标评价.中国 公共卫生,2001,17(12)：1109--1110 污水 再生利用经验交流和技术研讨会,天津,2003
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