再生水的衛(wèi)生安全問(wèn)題探討
隨著全球淡水資源短缺日趨嚴(yán)重,再生水作為解決水資源短缺最有效的途徑已廣泛地應(yīng)用于景觀環(huán)境、工業(yè)冷卻水、灌溉、城市雜用和地下水回灌等諸多方面。由于再生水中可能含有細(xì)菌、病毒、寄生蟲等病原體,再生水利用的環(huán)境與健康問(wèn)題一直受到廣泛的關(guān)注。SARS疫情的發(fā)生,更使人們對(duì)再生水利用的關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)向衛(wèi)生安全問(wèn)題。
本文將對(duì)目前再生水的衛(wèi)生安全問(wèn)題及其評(píng)價(jià)方法進(jìn)行初步探討,以加強(qiáng)這方面的研究與對(duì)策。
1 污水和再生水中的病原微生物
與化學(xué)污染物相比,水中病原體具有以下特征[1]：病原體在水中的分布是離散的,而不是均質(zhì)的；病原體常成群結(jié)團(tuán),或吸附于水中的固體物質(zhì)上,因此其水中的平均濃度不能用以預(yù)測(cè)感染劑量；病原體的致病能力取決于其侵襲性和活力,以及人的免疫力；一旦造成感染,病原體可在人體中繁殖,從而增加致病的可能；病原體的劑量～反應(yīng)關(guān)系不呈累積性。一般認(rèn)為,人被感染傳染病應(yīng)具備三個(gè)條件[2]：①有病原體的存在；②具有一定的病原體濃度；③易感染體以被感染方式接觸病原體。研究污水與再生水中病原微生物的種類與數(shù)量,對(duì)于評(píng)價(jià)使用再生水可能對(duì)人體健康造成的影響具有非常重要的意義。
美國(guó)環(huán)保局列出了污水、污泥中可能存在的各種不同的病原菌、病毒、原生動(dòng)物和寄生蟲的名單,見表1[2]。表2是美國(guó)城市污水處理過(guò)程中病原微生物的去除效果[2],表3為某國(guó)污水處理前的生物學(xué)指標(biāo),表4為我國(guó)部分城市污水處理前后生物學(xué)指標(biāo)[3～5]。
2 再生水衛(wèi)生學(xué)控制指標(biāo)及其標(biāo)準(zhǔn)
檢測(cè)污水和再生水中所有的病原微生物是不切合實(shí)際的。實(shí)用和可行的方法是檢測(cè)既能指示糞便污染又能反映污水處理和消毒效果的微生物。常用的指示微生物是總大腸桿菌和糞大腸桿菌。因?yàn)榭偞竽c桿菌在環(huán)境中的出現(xiàn),尤其是糞大腸桿菌的出現(xiàn),意味著水體受到了動(dòng)物和人類糞便的污染,也意味著許多相關(guān)病原體的存在。腸道致病菌與自然界作用的方式
但國(guó)內(nèi)外的研究成果表明：總大腸菌群數(shù)并不足以反映病毒、原生動(dòng)物和寄生蟲的存在,許多腸道病毒對(duì)化學(xué)消毒劑的抵抗力更大。以總大腸菌群數(shù)和糞大腸菌群數(shù)作為衛(wèi)生安全控制指標(biāo)的科學(xué)性受到了挑戰(zhàn)。不少研究者開始尋找可替代的指示微生物或可直接檢測(cè)病原微生物的方法。
免疫學(xué)法和分子生物法在環(huán)境微生物學(xué)中的應(yīng)用增加了在自然界中(如土壤和水)病原體微生物含量較低的時(shí)候被檢出的可能性。熒光抗體(Fluorescent Antibody, FA)法可用于個(gè)別病原體如賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲的定性和定量的測(cè)試。聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)方法學(xué)的應(yīng)用有助于檢測(cè)到低含量的病原體微生物。這些靈敏度高的檢測(cè)方法雖然使得監(jiān)測(cè)更加準(zhǔn)確,但一般只有有限的實(shí)驗(yàn)室能夠具備相應(yīng)的人員和設(shè)備條件,分析時(shí)間需要長(zhǎng)達(dá)4個(gè)星期。因此,現(xiàn)有世界各國(guó)再生水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中,衛(wèi)生學(xué)控制指標(biāo)仍以總大腸桿菌和糞大腸桿菌為主。表5列舉了部分國(guó)家和地區(qū)以及世界衛(wèi)生組織再生水用于非限制性灌溉時(shí)的衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)要求[6]。
表1 未經(jīng)處理生活污水、污泥中的病原體
| 病原體分類 | 病菌 | 疾病 |
| 細(xì)菌 | 志賀氏菌(Shigella sp) 沙門氏菌(Salmonella sp) 沙門氏菌(Salmonella typhi) 霍亂弧菌(Vibriocholerae) 埃希氏大腸桿菌 (Enteropathogenic-Escherichiacoli) 耶爾森氏菌(Yersinia sp．) Campylobacter jeju ni | 痢疾 腸胃炎 傷寒 霍亂 多種腸胃疾病 腸胃炎 Campylobacteriosis(gastroenteritis) |
| 病毒 | 肝炎病毒(Hepatitis A Virus) 諾沃克病毒(Norwalk viruses) 輪狀病毒(Rotaviruses) 脊髓灰質(zhì)炎病毒(Polioviruses) 柯薩奇病毒(Coxsackie viruses) 艾柯病毒(Echovzruses) | 傳染性肝炎 急性腸胃炎 急性腸胃炎 急性骨髓灰白質(zhì)炎 流感 流感 |
| 原生動(dòng)物 | 內(nèi)阿類已屬histolyiica(Entamoebahistolytica) 蘭氏賈第鞭毛蟲(Giardia Lamblia) 隱孢子蟲(Cryptosporidium sp．) Balantidium coli | 阿米巴病 腸胃炎 腸胃炎 腸胃炎 |
| 寄生蟲 | 蛔蟲(Ascaris sp．) 絳蟲(Taenia sp．) 線蟲屬(Necatoramerwanus) 鞭蟲屬(Trichuristrichuria) | 蛔蟲病 絳蟲病 鉤口線蟲病 鞭蟲病 |
表2 美國(guó)城市污水處理過(guò)程中微生物的去除效果
| 微生物 | 每100毫升污水中的個(gè)數(shù) | |||
| 未處理水 | 一級(jí)處理水 | 二級(jí)處理水 | 三級(jí)處理水* | |
| 糞大腸菌MPN | 109 | 107 | 106 | <2 |
| 沙門氏菌MPN | 8000 | 800 | 8 | <2 |
| 志賀氏菌MPN | 1000 | 100 | 1 | <2 |
| 腸道病毒PFU | 50000 | 15000 | 1500 | 0.002 |
| 寄生蟲卵 | 800 | 80 | 0.08 | <0.08 |
| 賈第鞭毛蟲 | 10000 | 5000 | 2500 | 3 |
注：* 包括混凝、沉淀、過(guò)濾和消毒。
表3 某國(guó)典型城市污水處理前生物學(xué)指標(biāo)
| 微生物 | 每毫升污水中的個(gè)數(shù) |
| 總大腸菌 | 105-109 |
| 糞大腸菌 | 104-105 |
| 沙門氏菌 | 1-100 |
| 賈第鞭毛蟲 | 0.1-100 |
| 隱性孢子蟲 | 0.1-1 |
| 寄生蟲卵 | 0.01-10 |
| 腸道病毒 | 10-100 |
表4 我國(guó)部分城市污水生物學(xué)指標(biāo)
| 采樣點(diǎn) | 菌落總數(shù) (CFU/ml) | 總大腸菌群(個(gè)/l) | 糞大腸菌群(個(gè)/l) | 沙門氏菌(個(gè)/l) | 病毒 | |
| 北京某污水處理廠 | 進(jìn)水 出水 | 240 x 1O5-240 x 108 240 x 1O3-160 x 104 | 240 x 1O5-240 x 108 240 x 1O3-540 x 103 | |||
| 北京某污水處理廠 | 進(jìn)水 出水 | 240 x 1O5-240 x 108 240 x 1O3-160 x 104 | 240 x 1O5-240 x 108 240 x 1O3-540 x 103 | |||
| 天津某河道污水 | 104-108，均值107 | 10～>2000，均值500 | ||||
| 天津某二級(jí)污水處理廠出水 | 103-106，均值106 | 10～>2000，均值100 | ||||
| 天津某氧化溝出水 | 103～106，均值lO5 | 未檢出～500，均值10 |
| |||
| 無(wú)錫某污水處理廠 | 進(jìn)水 | 均值1411047 | >16000 | >16000 | 未檢出 | 檢出柯薩奇、艾柯、脊髓灰質(zhì)炎病毒，陽(yáng)性率58．33％。 |
| 出水 | 均值119236 | >16000 | >16000 | 未檢出 | 檢出柯薩奇、艾柯、脊髓灰質(zhì)炎病毒，陽(yáng)性率16．67％。 |
3 再生水衛(wèi)生安全評(píng)價(jià)方法
目前評(píng)價(jià)再生水中病原體微生物對(duì)人體健康的影響主要有兩種方法[7]。
(1)現(xiàn)實(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。也稱低技術(shù)／低費(fèi)用／控制風(fēng)險(xiǎn)方法,以流行病學(xué)研究為基礎(chǔ),結(jié)合現(xiàn)有污水處理技術(shù)對(duì)病原體的處理效果,分析再生水回用的健康風(fēng)險(xiǎn)。世界各國(guó)現(xiàn)有的再生水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)多采用此法制定,如WHO污水回用于農(nóng)業(yè)的安全指南、美國(guó)的回用水指南等。即現(xiàn)有再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)再生水回用的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)現(xiàn)有污水處理技術(shù)可有效地去除病原體的認(rèn)可為前提制定的。
表5 再生水用于非限制性灌溉的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)
| 制定機(jī)構(gòu)或地區(qū) | 類型 | 根據(jù)公眾健康提出的水質(zhì)要求 |
| 美國(guó)環(huán)保局(EPA, 1992) | 指南 | 所有樣品中，糞大腸菌數(shù)不能超過(guò)14MPN／100mL，這一數(shù)值意味著實(shí)際當(dāng)中將檢測(cè)不出糞大腸菌，二級(jí)處理后應(yīng)進(jìn)行混凝、沉淀、過(guò)濾和消毒處理 |
| 亞利桑那 | 法規(guī) | 總大腸菌數(shù)不能超過(guò)2．2 MPN／100mL(中間值)和25 MPN／100mL(單個(gè)樣品) |
| 加利福尼亞 (CA／T-22，1978) | 法規(guī) | 糞大腸菌數(shù)不超過(guò)2．2 MPN／100mL(每月不得少于一份樣品中的大腸菌有機(jī)物不可超過(guò)23 MPN／100mL)；二級(jí)處理后要有過(guò)濾和消毒處理 |
| 科羅拉多 | 指南 | 總大腸菌數(shù)不能超過(guò)2．2MPN／100mL(中間值)；出水需經(jīng)氧化、混凝、沉淀、過(guò)濾和消毒處理 |
| 佛羅里達(dá) | 法規(guī) | 以30d為期，在75％的樣品中糞大腸菌數(shù)不能超過(guò)25 MPN／100 mL，二級(jí)處理加過(guò)濾和深度消毒；COD 20mg/l(年平均值)，TSS 5mg／L(單樣品) |
| 佐治亞 | 指南 | 糞大腸菌數(shù)不能超過(guò)30 MPN／100mL；要求經(jīng)過(guò)生化處理(BOD 30mg/l，TSS 30mg/l) |
| 愛達(dá)荷 | 法規(guī) | 總大腸菌數(shù)不能超過(guò)2．2MPN／100mL(中間值)；二級(jí)出水要求混凝、沉淀、過(guò)濾和消毒處理 |
| 印第安納 | 法規(guī) | 糞大腸菌數(shù)不能超過(guò)100 MPN／100mL(中間值)，2 000MPN／100mL(單個(gè)樣品) |
| 北卡羅來(lái) | 法規(guī) | 糞大腸菌數(shù)不能超過(guò)1MPN／100mL，要求經(jīng)過(guò)三級(jí)處理(TSS月平均值為5rng／L，日最大值10mg／L) |
| 新墨西哥 | 指南 | 糞大腸菌數(shù)不能超過(guò)1 000 MPN／100mL |
| 俄勒岡 | 法規(guī) | 總大腸菌數(shù)不能超過(guò)2．2MPN／100mL(中間值)和23 MPN／100mL(單個(gè)樣品)；要求二級(jí)處理后，應(yīng)進(jìn)行混凝、沉淀、過(guò)濾和消毒處理 |
| 得克薩斯 | 法規(guī) | 糞大腸菌數(shù)不能超過(guò)75MPN／100mL；經(jīng)過(guò)氧化塘系統(tǒng)處理后最低應(yīng)達(dá)到BOD20mg/l，采用其它工藝BOD應(yīng)達(dá)到10 mg/l |
| 猶他 | 法規(guī) | 總大腸菌數(shù)和糞大腸菌數(shù)分別不能超過(guò)2 000 MPN／100mL，200MPN／100 mL(千均30d)；要求經(jīng)過(guò)二級(jí)處理后BOD 25 mg／L和TSS 25 mg/l(平均30 d) |
| 華盛頓 | 指南 | 總大腸菌數(shù)不能超過(guò)2．2MPN／100mL(平均值)和24 MPN／100 mL(單個(gè)樣品)；最低要求經(jīng)過(guò)包括過(guò)濾的二級(jí)處理 |
| 懷俄明 | 法規(guī) | 糞大腸菌數(shù)不能超過(guò)200 MPN／100mL，出水BOD不超過(guò)10mg／l…(日均值) |
| 加拿大(阿爾伯達(dá)) | 法規(guī) | (在大于20％的樣品中)總大腸菌數(shù)不能超過(guò)1 000 MPN／100mL(幾何平均數(shù))，糞大腸菌數(shù)不能超過(guò)200MPN／100mL；灌溉蔬菜的回用水的總大腸菌數(shù)不能超過(guò)2 400 MPN／100mL(在任何一天) |
| 塞浦路斯(1997) | 標(biāo)準(zhǔn) | 糞大腸菌數(shù)在每月80％的樣品中不超過(guò)50MPN／100mL，最大允許值100MPN／100mL；腸道線蟲不超過(guò)1個(gè)/l；三級(jí)處理后接消毒處理 |
| 以色列(1978) | 規(guī)定 | 總大腸菌數(shù)在50％的樣品中 不超過(guò)2，2MPN／100mL，在80％的樣品不能超過(guò)12MPN／100mL；二級(jí)處理或相當(dāng)于二級(jí)處理(例如：長(zhǎng)期貯存過(guò)程)接消毒處理 |
| 約旦 | 法規(guī) | 糞大腸菌數(shù)低于200 MPN／100mL |
| 科威特 | 標(biāo)準(zhǔn) | 總大腸菌數(shù)低于100 MPN／mL；經(jīng)過(guò)深度處理之后BOD和TSS均低于10mg/l |
| 澳大利亞(新南威爾士) | 指南 | 耐高溫大腸菌數(shù)低于10MPN／100mL(中間值)；最低處理要求二級(jí)處理和過(guò)濾，出水濁度不超過(guò)2NTU |
| 沙特阿拉伯 | 法規(guī) | 總大腸菌數(shù)低于2．2 MPN／100mL，BOD和TSS均低于10mg／L |
| 突尼斯(1975) | 法規(guī)／法律 | 腸道線蟲小于等于1個(gè)/l，最低處理要求穩(wěn)定塘或相當(dāng)工藝 |
| 世界衛(wèi)生組織(1989) | 指南 | 為降低健康風(fēng)險(xiǎn)，糞大腸菌數(shù)(灌溉用水)<200MPN／100mL，腸道線蟲≤1個(gè)/l；要有一級(jí)、二級(jí)處理過(guò)程，適當(dāng)增加過(guò)濾和消毒過(guò)程 |
(2)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。也稱高技術(shù)／高費(fèi)用／低風(fēng)險(xiǎn)方法。它定量地評(píng)價(jià)
大多數(shù)病原體的劑量～反應(yīng)資料很難通過(guò)臨床研究和流行病學(xué)調(diào)查得到,所以該方法的應(yīng)用很受限制。Hass(1983年)[8]最早對(duì)飲用水微生物的危險(xiǎn)度進(jìn)行了定量研究。他根據(jù)已有數(shù)據(jù),研究并發(fā)現(xiàn)β-泊松模型能很好地表達(dá)傳染的概率,見式(1)。
Pi = 1 - (1 + N/β)-α (1)
式中 Pi--傳染概率；
α, β--曲線界定參數(shù)；
N--暴露量。
用該模型還可估測(cè)臨床疾病的危險(xiǎn)度,飲用水輪狀病毒疾病的死亡率及霍亂病的危險(xiǎn)度。后來(lái)又提出了指數(shù)模型來(lái)評(píng)價(jià)沙門氏菌、隱孢子蟲、賈第鞭毛蟲等,見式(2)。
Pi=1 - e-γN (2)
式中Pi--傳染概率；
γ--曲線界定參數(shù)；
N--暴露量。
隨著再生水應(yīng)用的日益普及,這些模型已被應(yīng)用于再生水的病原體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。常用模型及相應(yīng)參數(shù)見表6[8,9]。
利用以上模型對(duì)圣彼得斯堡(St.Petersburg)再生水廠出水用于高爾夫球場(chǎng)、公園、學(xué)校和大商業(yè)區(qū)景觀灌溉時(shí)對(duì)人體健康的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果見表7。
表6 不同微生物的最佳擬合劑量～反應(yīng)模型與參數(shù)
| 微生物 | 最佳模型 | 模型參數(shù) |
| 沙門氏桿菌 隱 孢子蟲 賈第鞭毛蟲 霍亂弧菌 輪狀病毒 艾柯病毒12 | 指數(shù)式 指數(shù)式 指數(shù)式 β-泊松 β-泊松 β-泊松 | γ=0．00752 γ=0．00467 γ=0．0198 α=0．49，β=1073．2 α=0．24，β=0．42 α=0．374，β=186．7 |
表7 圣彼得斯堡再生水廠出水用于景觀灌溉年風(fēng)險(xiǎn)概率
| 微生物 | 接觸類型 | |||
| I | II | III | IV | |
| 輪狀病毒(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 |
| 隱孢子蟲 | 1. 3x10-6 | 2.1x10-6 | 5.3x10-6 | 1.3x10-5 |
| 賈第鞭毛蟲 | 3.5x10-6 | 5.8x10-6 | 1.5x10-5 | 3.5x10-5 |
注: I 通過(guò)氣溶膠接觸的個(gè)體,0.1 mL／d,365 d／a； II 高爾夫運(yùn)動(dòng)者和公園參觀人員,1ml／d, 60d／a； III 居民用戶,1 mL／d, 150d／a； IV 一般用戶,1 mL／d, 365d／a
一般在進(jìn)行病原微生物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí),認(rèn)為可接受的年風(fēng)險(xiǎn)概率應(yīng)小于1 x 10-4。從以上評(píng)價(jià)結(jié)果看,經(jīng)過(guò)高級(jí)處理和消毒的再生水用于綠化、灌溉和景觀娛樂時(shí)可基本保證衛(wèi)生安全。
4 結(jié)語(yǔ)
(1)再生水衛(wèi)生安全問(wèn)題已受到廣泛的關(guān)注,只用大腸菌群或糞大腸菌群作為再生水的生物學(xué)指標(biāo),尚不能反映再生水中所有病原微生物存在情況。隨著檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展,病毒和病原蟲正在成為關(guān)注的生物學(xué)指標(biāo)。
(2)再生水經(jīng)過(guò)有效的處理工藝處理和消毒后,可以使水質(zhì)和病原微生物降低至安全使用水平。
(3)我國(guó)再生水利用仍處于起步階段,應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)再生水安全性的基礎(chǔ)研究和跟蹤研究,提出再生水的生物學(xué)指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法。
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