Emerging Issues for the Microbiology of Drinking Water

譯自Water engineering and management 1990-7
　楊　福　才　　

　　由于人類生活水平的提高，及由于工業發達，有機物、重金屬污染飲用水水質大為增加，對人的身體產生了很大的影響，使飲用水標準不得不更加要求嚴格。國外已在水處理上逐步采取防治措施，國內近年來也加以注意，做了很多工作。然而，飲用水會有微生物對人類的危害，雖國外已初步的加以研究并考慮去除方法。但國內好象接觸的很少。實際上微生物如賈第蟲、隱孢子蟲、軍團菌及病毒等存在于飲用水中，會引起很多的疾病，甚至造成人的死亡，只憑檢驗大腸菌合乎衛生標準要求是不夠的。國外已經有了報導。因此不得不引起國內給水界上的注意。現將有關較有系統性介紹的一篇文章譯出，作為同行們在工作時參考。

——譯者

　　為了實現從自來水水咀上取得的飲用水，達到預期的——規章定下的——水質標準，必須對由于微生物發生的問題提出討論。
　　在飲用水的微生物學中，有明顯的三個方面的情況。第一個方面是識別新近出現有潛在水生病如彎曲桿菌、氣單胞菌和隱孢子蟲等的病原菌，而且是企圖較好的了解病毒導致的水生病和清潔水傳播軍團菌的作用。
　　第二個方面是對水處理有主要關系的生物膜和微生物再生問題的生態學。
　　第三個方面是對待出現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水質的處理方法，或者如對待消毒劑付產物訂立新規定的處理方法。如果運行不精心，水處理過程中有了變化，會因微生物去除關系影響水質。而且在消毒過程中有任何改變，都必須要在此種變更的情況下，不能增加水生病的危險。
　　對飲用水微生物學更好的理解，會對維護及改進水質，有恰如其分的處理方法。

　　新出現的微生物

　　從1970年以來，一般水生病如霍亂與傷寒已在美國完全被控制住。然而，新近又識別了一些水生病菌。1970～1985年間發生了502起突發疾病，52%由賈第蟲屬傳播而起，而同時還另有38%是未識別出來的急性胃腸病。
　　賈第蟲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了，它是隱孢子蟲，能傳染如霍亂一樣的病，如賈第蟲屬一樣，這種微生物能通過糞便本身傳播的周圍環境，散布傳染病。
　　水在隱孢子蟲和賈第蟲屬(giardia)感染菌的傳播中，充當著一個主要角色。在美國提出了出現在污染水中的一切賈第蟲病(giardiasis)病例有60%。隱孢子蟲傳染，出現最大水生病的一次，影響約13000人。這兩類微生物同樣具有流行病學和生態學的特性，它們都有傳播水生病的潛在能力。
　　腸道原生動物病分別經過隱孢子蟲和賈第蟲屬卵囊和孢囊散布。卵囊和孢囊在其所處的環境中，可生活一個長時期，并不由于水處理被立即去掉或滅活。
　　微生物感染人類、家畜及野生生物，是由于水通過糞便受到污染而來。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到十個這樣少的數目，就能激發感染。
　　在美國，賈第蟲屬是造成水生病最多的一種微生物。第一次報道的這種突發病癥是在美國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，對此次突發病應負責任。
　　在最近20年中的資料提出突發疾病大量增加，1965～1969年只有2起，但到1980～1984年年間就增加到56起。據所有有關的資料所提，賈第蟲屬感染發生的疾病。自1976年以來已報道的有83%。1978到1982年當中，賈第蟲屬感染發生的病占水生病的19.9%。它是現在美國在水生病中探查出來次數最多的病原菌。
　　在供水系統中，水處理不充分和處理效果不足，應歸諸于是絕大多數為賈第蟲突然蔓延的原因（表1）。未經水處理的地面水、未經處理的地下水的采用和配水管網的污染，而因此產生的突然蔓延疾病，分別為13%、11%和15%。
　　不適當的消毒及缺乏化學混凝預處理，顯然是處理效果不佳的主要原因。Craun提出，突發蔓延疾病有43%要歸諸于僅有氯化而沒經過過濾造成的，還有17%是由于過濾效果不好。沒有過濾設備，不論消毒與否，發生突發疾病合計起來為總的疾病的56%。
　　由1987年以來，世界上有六起是由于隱孢子蟲感染產生水生病的主要突發疾?。ū?略）。第一次有記錄的突發疾病，是于1987年在美國發生，它是由于污水污染一個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卵囊或是Norwalk病毒（另一種引起突發疾病的腸道微生物）滅活。還不能肯定有多少疾病是歸諸于隱孢子蟲或病毒所引起的。

表1　美國賈第蟲病爆發水生病事故情況(1920－1986(9)) 爆發水生病事故次數(%) 水源、水處理或對事故缺乏認識 13 在未處理表面水中出現 43 在僅用消毒處理的表面水中出現 17 過濾效果不佳帶來結果 11 泉水、井水受到污染 15 干管受到污染

　　運行出現的問題

　　隱孢子蟲引起的最大突發疾病是在美國佐治亞州的卡羅爾頓地區爆發的。河流受了隱孢子蟲感染，隨后其卵囊在處理時穿過絮凝、沉淀、快濾及氯化設備，傳染約13000人。
　　疾病爆發當時，處理水執行的標準是大腸菌≦1/100mI濁度≦1ntu。即使如此，運行發生水生病的問題，也要歸諸于混凝前混合不充分、濾池沖洗未凈再用以及單個濾池過濾效果不佳等種種情況造成的原因。
　　在英格蘭埃蘭郡地區，于1988年有由于隱孢子蟲感染的共27例臨床鑒定資料，其發生的腸瀉病突然事故期間，比一般期間發生的增加了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)與對污染物識別沒有關系。
　　1989年2月至3月當中，在英格蘭Swendon及牛津地區發現了隱孢子蟲疾病事故。這次事故可能造成多至5000人受到感染。而且爆發事故與地面水污染的隱孢子蟲穿透過濾池及消毒處理有關，但處理后水沒有顯明的違背水質標準。
　　美國賈第蟲屬爆發水生病主要出現在最近的15年，它與被處理水未經過過濾有關。相比起來，從英國和美國最近的兩年資料表明，爆發隱孢子蟲病癥，主要因為污染的地面水，穿過了水處理設備的屏障，沒有被攔截住所致。如所指出的其他水質變量，在水處理上并無效率不佳情況。

　　病毒

　　腸道病毒也是出現水生病的一個主要原因。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（表3）。這些專性胞內寄生物(obligate intraCellular paSaSites)是由以外面的蛋白質殼包住的核酸(RNA或DNA)核心產生的。雖然它們因沒有宿主細胞不能產生出來，但它們能在一個持續階段的時間內的環境中還能生存。

表3　　腸病毒特性 病毒名稱 種類數目 大小(nm) 核酸類型 病　　　　癥 腸道病毒 1.脊髓灰質炎病毒 3 20-30 RNA 癱瘓，腐敗的細菌腦膜炎 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境被隔離開，而且也已被更加廣泛地做了研究。這些病毒包括脊髓灰質炎病毒、柯薩奇病毒和?？刹《荆ㄈ四c道孤兒病毒），并是產生癱瘓、細菌性腦膜炎、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。輪狀病毒是產生小兒腹瀉病的主要原因。
　　腸道病毒是首先與污水隔離開的病毒，而且現在顯然的一切腸病毒都可在廢水中搜尋到。經過穢物箱、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境。
　　Coin早在60年代初就首次在法國巴黎將病毒從飲用水中折出。還有來自羅馬尼亞和蘇聯分離開病毒的早期報告。隨后還有美國、意大利、南非、哥斯達利加、加拿大、聯合王國、印度、以色列、墨西哥、西班牙、澳大利亞、中國和德國等有關飲用水為病毒感染的報告。
　　在首次關于有腸病毒的飲用水報告上，把這些情況發生的原因歸諸于水處理效果不好。在Coin關于對水處理的研究中，致力于包括沉淀及最低限度加氯量的探討。目前，顯然是病毒會于處理后的飲用水中重新出現。據報告上提出，原因是已經過全面水處理，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%僅是通過消毒，15%沒經過水處理，病毒不會全部除掉。
　　地下水病毒感染也要給予很大的關心。病毒與多達20%的井水已可靠的隔絕開。1981-1985年突發疾病的31%都是由來經過處理的地下水中發現的，絕大多數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病毒來源。

　　軍團菌(Legionaires)病

　　在美國除掉腸病毒以外，一種天然水生菌類嗜肺軍團菌是引發突生疾病的主要菌類。軍團菌屬引起軍團菌疾病。這種病是一種嚴重的肺炎，它也有一種是非肺炎的pontiac熱病。
　　1985年有75000例，11250人由于嗜菌軍團菌感染死亡。這種菌類經過吸附藥劑和不同的測定方法鑒別出來。冷卻塔、蒸發冷卻器、熱水罐和旋流池都與該病蔓延有關。
　　有一些因素與嗜肺軍團菌引發疾病的能力有關系。水溫(>20℃)、營養物和菌類滲入到生物膜里都為菌類殘存及其數目加多，而對造成這種疾病，扮演了角色。
　　Colburne和Dennis指出，14%的地下水全有軍團菌。配水管網出現軍團菌與水源水中含有軍團菌有關。使用專門抗體和顯微鏡直接觀察，能夠在非培養情況(Non-cutivatable State)識別查出軍團菌。從調查中看到，不時發生的病例和在飲用水中有該菌類存在的之間有互相連帶關系。

　　配水干管內微生物

　　水中出現的其他微生物，與被看作是異養平皿計數細菌(HPC)的菌群有關。主要菌類有不動細菌屬、氣單胞菌屬、產堿桿菌屬、李氏桿菌屬、分枝桿菌屬、假單胞菌屬和鄰單胞菌屬。HPC菌類已成為水處理和水質的指標。然而，還有許多菌類也要考慮到的，為時機傳染的病原菌(Opportuni stic pathogen)，且超過30%都與醫院傳染有關（醫院取得資料）。
　　這些微生物能夠在供水管網中生長。它們生長有許多影響的因素，包括有干管中水的溫度（溫度越高，生長的能力越大）、水流速度及在水中停留時間。
　　水處理的方式也影響HPC菌的生長。消毒劑種類及其殘余量是校核HPC菌數目的關鍵依據。水源和濾池類型，也對微生物生長的營養物供給有影響。
　　HPC菌不僅與時機傳染病有關，而且也有一部分與在管網中的生物膜繁衍有關。細菌在生物膜中不受消毒劑殺害，而且還污染水體，增加菌類數目，以致超過允許的水質標準。這包括有大腸菌的水，若繼續被污濁下去，就要通知用戶注意，要將水煮沸。
　　生物膜也提供一下壁龕，營養物堆積在里面，為其他菌類包括軍團菌數等病菌食用，使它們能以在生物膜內大量生長。微生物在生物膜內受到庇護，消毒劑不能殺害。對于庇護微生物的生物膜控制，一般鮮為人知。
　　此外，在生物膜內微生物生成物與管材腐蝕有關。了解生物膜的生態學，以為提出適當控制辦法的研究正在進行。
　　水中細菌生長情況前面已提到過。它與采用的營養物有關。一個新的驗定法可檢出水中代謝可降解的有機成份，與已知的可同化的有機碳或AOC一樣。AOC檢定使用專門菌種的生物檢定法。了解了AOC，就可以對細菌重新生長的能力有更好的了解。細菌重新生長能力與用作飲用水水源的情況有關。總之，水處理的形式會影響這種現象的。
　　特別是臭氧作用，以氧化長鏈碳化合物作用，很急速的產生為微生物同化的有機體，增加了AOC。臭氧在水處理中常被采用，以改變嗅和味，促進混凝作用。臭氧是微生物滅活極有效果的消毒劑。在管網中對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。改變水處理運行方法（如臭氧的使用），要在應用的同時須得充分探討。

　　規章制度

　　美國環保局已發布了而且還將發布一些飲用水處理條例。這些條例的一部分就是直接為飲用水微生物規定的?！暗乇硭幚項l例”要求一切地表水都要過濾和消毒，以便控制賈第蟲感染。考慮到快速砂濾池對卵囊蟲的敏感性和隱孢子蟲對消毒劑的抗藥劑，這個條例對隱孢子蟲控制，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，特別是對地下水的病毒控制方面更需如此?？傊竽c菌指標一般評估水質可以。但對病毒污染，只檢驗大腸菌就不夠了。
　　“消毒劑副產物條例“目的是，在消毒時期，減少從化合物產生的副產物的潛生致癌危險性。這種危險性必須與由未充分消毒所致的微生物致病危險性兩方比較取得平衡。

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天津市自來水公司科學技術情報站

一九九一年十二月