饮用水水质指标及处理技术科普：微生物指标
《给水排水》杂志社联合清华大学开展水质指标和处理技术科普专题，今天推出第二篇，饮用水微生物指标。
上期回顾：
控制出厂水的浊度是自来水厂的基本和必要技能。为什么把出厂水浊度降到0.3甚至0.1NTU以下？为什么高品质饮用水浊度总是第一考量？带大家简单回顾：浊度简单易测，是衡量水质良好程度的核心指标之一。它既是反映饮用水的物理性状的感官指标，用以表示水的清澈或浑浊程度，也是间接的微生物指标。浊度既能反映水中微生物的浓度水平，还直接影响消毒对病原微生物的灭活效果。
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今天这一期我们带大家了解饮用水微生物指标。
清华大学环境学院副研究员，博士生导师。研究方向为饮用水强化常规处理和深度处理技术、工艺和相关理论，在相关方向上主持和参与多项国家水专项、重点研发计划、自然科学基金课题。担任中国水工业分会给水专业委员会委员、中国膜工业协会市政给排水应用分会副会长、中国膜工业协会工程与应用专业委员会委员、国际水协会（IWA）膜技术专业委员会中国分会秘书长。
安全的饮用水首先应是卫生的。直至二十一世纪的今天，即便是在发达国家，许多疾病都与饮用或接触不洁净的水有关。
令人恐怖的介水传染病（water-borne infection disease），就是通过饮用或接触受病原体污染的水而传播的疾病，又称水性传染病。据报道大约有40多种传染病是通过水传播的。在我国37种法定传染病中，介水传染病有8种，包括：霍乱、脊髓灰质炎、病毒性肝炎、伤寒和副伤寒、细菌性和阿米巴性痢疾、钩端螺旋体病、感染性腹泻病、血吸虫病。根据世界卫生组织调查，发展中国家每年因介水传染病而死亡的人数达500万。
水中可能存在的病原微生物包括尺寸极小的病毒（如肠病毒）、尺寸居中的有害细菌（如霍乱菌）及尺寸较大的原后生动物（如隐孢子虫和贾第鞭毛虫，俗称“两虫”）等。不同病原微生物的致病性不同（图1）。所谓致病性或致病能力，即引起腹泻、呕吐、发烧等急性疾病时所摄入的病原微生物的数目。一般来说，病毒的致病性最强，如腺病毒、轮状病毒和甲肝病毒，摄入数个或数十个病毒即可引发急性疾病。“两虫”的致病性也很强，稍弱于上述几种病毒。而多数病原菌，如沙门氏菌、大肠杆菌的致病性则稍弱。实际上，水中的大多数细菌对人是无害的。
图1 不同类型病原微生物的致病性比较图。
图片来源：【科普】如何预防介水传染病！
小编划重点：
水中病原微生物包括：病毒、有害细菌、原后生动物等。
致病性：病毒（如腺病毒、轮状病毒和甲肝病毒）＞“两虫”（隐孢子虫和贾第鞭毛虫）＞病原菌（如沙门氏菌、大肠杆菌等）。
饮用水处理采取“多级屏障”策略来降低出厂水中病原微生物的浓度。所谓多级屏障，即依赖于多个工艺单元来控制病原微生物，每一个工艺单元被称为一级屏障。最常采用的屏障包括过滤和消毒两种。过滤在前，消毒在后。过滤可以去除水中绝大部分的病原微生物，而消毒则进一步灭活水中残存的病原微生物。相比而言，过滤对“两虫”的去除能力要高于对病毒的去除能力。与之相反，传统消毒剂游离氯（包括氯气、次氯酸和次氯酸根）对病毒具有更好的灭活效果，对“两虫”的灭活能力较差。所以说，过滤和消毒两者不可或缺，一定程度上说是互为补充。
自来水厂滤池，照片由北京市自来水集团有限责任公司提供
自来水厂滤池，照片由苏州市自来水有限公司提供
在上一篇《浊度》中我们讲到，浊度是间接的微生物指标。一般而言，滤后水的浊度越低，其中的病原微生物浓度也越低，也越有利于后续消毒单元对病原微生物的灭活。因此，自来水厂都在努力降低滤后水的浊度，确保不超过内控指标（如0.3 NTU）。一些水厂采用了较为新型的超滤工艺，容易实现滤后水浊度低于0.1 NTU。设计和运行良好的“混凝+沉淀+砂滤”常规工艺水厂，也较容易实现滤后水浊度值低于0.1 NTU。低浊度尤其反映工艺对隐孢子虫的去除能力（表1）。消毒对病原微生物的灭活率则主要取决于所谓的CT值。CT值是一个较为专业的概念。简单理解，增加出厂水中消毒剂的浓度，延长消毒剂与水的接触时间，可以提高CT值，从而提升消毒剂的灭活效果。由于传统自由氯消毒剂对“两虫”的灭活能力较差，当存在“两虫”风险时，水厂会采用臭氧、二氧化氯或紫外线消毒技术，提升消毒效果。
表1 水处理常规工艺(1)滤后水混合水浑浊度值与微生物指标去除率间的对应关系
注1：常规工艺是指由混凝、沉淀和砂滤组合而成、以砂滤为核心的水处理工艺。
注2：滤后水混合水是指工艺中所有滤格的产水汇合后、进入消毒工段前的混合水。
注3：数值代表95%保证率水平下的浑浊度值，即所有水样中至少有95%的水样的浊度值低于此数值。
水中可能存在的病原微生物种类繁多，不可能一一列入标准。我国《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2022）将总大肠菌群（不应检出）、大肠埃希氏菌（不应检出）、菌落总数（≤100CFU/ml）以及贾第鞭毛虫（＜1 个/（10 L））、隐孢子虫（＜1 个/（10 L））等五项列入强制性水质指标。这些指标的含义和指导意义不同。其中：
贾第鞭毛虫和隐孢子虫的致病性很强，是最直接的微生物指标；
总大肠菌群和大肠埃希氏菌的致病性一般，但水中若检测到大肠杆菌，反映水源水很可能受到了粪便或生活污水的污染，也即可能存在病毒等其它病原微生物，因此是较为直接的微生物指标；
相比而言，菌落总数则是较为间接的微生物指标。
饮用水中未检出总大肠菌群和大肠埃希氏菌以及菌落总数值很低，极大可能代表其中的病原微生物浓度极低，该饮用水是卫生的。
浊度是更为间接的微生物指标。浊度指标的优势在于非常容易检测、检测成本极低，多数水厂都实现了在线浊度监测。相比而言，贾第鞭毛虫和隐孢子虫非常难以检测、检测成本高，两虫 (及许多微生物) 检测实时性差，我国《标准》对“两虫”指标的检测频率要求是2次/年。因此，与检测贾第鞭毛虫和隐孢子虫等直接微生物指标同等甚至更为重要的是，加强浊度等间接微生物指标的检测，对保障饮用水卫生非常有利。此外，如前所述，确保消毒过程满足CT值要求，在输配水管网中维持一定的消毒剂余量（浓度水平），也至关重要。
