再生水的卫生安全问题探讨

再生水的卫生安全问题探讨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(FluorescentAntibody,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(Shigellasp)沙门氏菌(Salmonellasp)沙门氏菌(Salmonellatyphi)霍乱弧菌(Vibriocholerae)埃希氏大肠杆菌(Enteropathogenic-Escherichiacoli)耶尔森氏菌(Yersiniasp．)Campylobacterjejuni痢疾肠胃炎伤寒霍乱多种肠胃疾病肠胃炎Campylobacteriosis(gastroenteritis)病毒肝炎病毒(HepatitisAVirus)诺沃克病毒(Norwalkviruses)轮状病毒(Rotaviruses)脊髓灰质炎病毒(Polioviruses)柯萨奇病毒(Coxsackieviruses)艾柯病毒(Echovzruses)传染性肝炎急性肠胃炎急性肠胃炎急性骨髓灰白质炎流感流感原生动物内阿类已属histolyiica(Entamoebahistolytica)兰氏贾第鞭毛虫(GiardiaLamblia)隐孢子虫(Cryptosporidiumsp．)Balantidiumcoli阿米巴病肠胃炎肠胃炎肠胃炎寄生虫蛔虫(Ascarissp．)绦虫(Taeniasp．)线虫属(Necatoramerwanus)鞭虫属(Trichuristrichuria)蛔虫病绦虫病钩口线虫病鞭虫病表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MPN1091071062沙门氏菌MPN800080082志贺氏菌MPN100010012肠道病毒PFU500001500015000.002寄生虫卵800800.080.08贾第鞭毛虫10000500025003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(CFU/ml)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出水240x1O5-240x108240x1O3-160x104240x1O5-240x108240x1O3-540x103北京某污水处理厂进水出水240x1O5-240x108240x1O3-160x104240x1O5-240x108240x1O3-540x103天津某河道污水104-108，均值10710～2000，均值500天津某二级污水处理厂出水103-106，均值10610～2000，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14110471600016000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1192361600016000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2．2MPN／100mL(中间值)和25MPN／100mL(单个样品)加利福尼亚(CA／T-22，1978)法规粪大肠菌数不超过2．2MPN／100mL(每月不得少于一份样品中的大肠菌有机物不可超过23MPN／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25MPN／100mL，二级处理加过滤和深度消毒；COD20mg/l(年平均值)，TSS5mg／L(单样品)佐治亚指南粪大肠菌数不能超过30MPN／100mL；要求经过生化处理(BOD30mg/l，TSS30mg/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100MPN／100mL(中间值)，2000MPN／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1000MPN／100mL俄勒冈法规总大肠菌数不能超过2．2MPN／100mL(中间值)和23MPN／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10mg/l犹他法规总大肠菌数和粪大肠菌数分别不能超过2000MPN／100mL，200MPN／100mL(千均30d)；要求经过二级处理后BOD25mg／L和TSS25mg/l(平均30d)华盛顿指南总大肠菌数不能超过2．2MPN／100mL(平均值)和24MPN／100mL(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200MPN／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1000MPN／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2400MPN／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200MPN／100mL科威特标准总大肠菌数低于100MPN／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2．2MPN／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(1989)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