病原微生物的控制是保障饮用水安全的核心问题。2003-2008 年《全国环境统计公报》显示,中国废水排放量由 460.0亿t逐年增长至571.7亿t,增加了病原微生物污染暴发的风险。病毒在众多微生物中个体最小、结构特殊、致病性强,但我国最新的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)尚未对其做出规定,国际上明确以病毒为限值指标的饮用水标准亦不多。了解病毒作为饮用水指标的现状及研究进展,可为我国完善饮用水标准、发展更安全的水处理工艺提供理论依据。现就这方面研究现状及进展综述如下。

病毒在3类病原微生物中个体最小(0.02 ～ 0.45μm) 、 结构特殊,对各种消毒方法的抗性比细菌强^〔1〕,常规水处理工艺无法将其完全去除。在已发现的700多种介水传播病毒中,轮状病毒、肝炎病毒和肠道病毒占主导,可引起腹泻、肝炎等多种病症。其中,轮状病毒每年导致114亿例腹泻,在发展中国家每年导致87万例死亡^〔2〕。A型和E型肝炎病毒的传染通常与不合格供应的水有关,E型肝炎在孕妇中尤其严重,其死亡率高达25%^〔3〕。此外,印度1项对E型肝炎感染的研究表明,70%的病例是由于受污染的水造成的^〔4〕。2004年,我国四川省因饮用水污染暴发传染病流行,123名学生罹患甲肝^〔5〕。由此可见,病毒对人体危害巨大,若污染水源将会造成极大的健康危害。然而,目前仅有美国、加拿大等极少数国家在饮用水标准中明确规定了对病毒的处理要求,我国最新的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)并未将其列入。 为了保障饮用水的卫生安全,我国必须对水源中的病毒进行监控,并在原有处理工艺的基础上进行针对病毒指标进行筛选或改进,从而将饮用水中病毒的健康风险降至最低。

国际上最权威的饮用水标准有3 部: 世界卫生组织 (WHO)的《饮用水水质准则》(第3版) (Guidelines for Drink2 ing2waterQuality 3 rd edition,2004年出版,并于2006,2008年分别出版其增补本)^〔6〕、欧盟( EC) 的《饮用水水质指令》 (Council Directive 98 /83 /EC,1998 年)^〔7〕以及美国环保署 (USEPA)的《国家饮用水水质标准》(National Primary Drink2 ingWater Regulations,2002年)^〔8〕。以下对上述3部饮用水标准中的微生物指标进行介绍,特别以其中的病毒指标为主,并与加拿大、澳大利亚及我国的标准进行比较。

WHO的《饮用水水质准则》作为世界性的权威水质标准,是各国或地区制订水质标准的重要参考,新加坡、中国香港特别行政区等直接引用了该标准,而越南、泰国、马来西亚、 印度尼西亚、菲律宾、巴西、阿根廷等则是在此基础上制定符合自身情况的饮用水标准^〔9〕。随着人类对健康的日益重视,该标准也在不断发展。其第2版(即早期的1993年版)仅规定了大肠埃希菌和总大肠菌群2项微生物指标,未提及原生动物和病毒。而第3版(即2004年版)则列出了包括细菌、病毒、原生动物等各种类中较详尽的指标,其中病毒类列举了腺病毒、肠道病毒等6种,2008年的增补本中增加为8种。然而,列出的许多指标都仅是框架性的建议,并未做出明确的限值规定。在其健康目标的制定部分,WHO针对病毒提出绩效目标的概念,即测定微生物数量减少程度以确保水的安全性,最常用于水处理中,并指出在高收入地区,每升水源水有10 个微生物的情况下,对轮状病毒的工作目标是5.51 log (即 99.999 68% )^〔6〕。

欧盟在修订1995年饮用水指令的基础上,于1998年11 月通过了现行的饮用水指令Council Directive 98 /83 /EC。该指令是欧盟对各成员国提出的,英国、法国、德国等国的饮用水标准均在此基础上建立^〔7〕。其中对7项细菌指标做出限值规定:大肠埃希菌、肠道球菌、假单胞菌的标准为0 个/250 mL;总大肠菌群和产气荚膜梭菌为0个/100 mL; 22 ℃异养细菌不超过100个/mL; 37 ℃异养细菌不> 20个/mL;但未对病毒做出要求^{〔8, 9〕}。

美国现行饮用水水质标准是在1996年《安全饮用水法修正案》的框架内制定的,包括7项微生物指标,其中将浊度列入微生物学指标,对其数值的规定也从原来的95%水样达到 0.5浊度单位(NTU)提高到0.3 NTU (任何情况下不能超过1 NTU)^〔10〕,这主要是考虑控制微生物风险,而不仅仅是感官性状^〔9〕,因为浊度低才能使细菌、病毒裸露于水中,消毒剂才能有效杀灭,而且降低浊度的同时也降低了水中的细菌、两虫和病毒等微生物^〔11〕。该标准的细菌指标包括大肠埃希菌、22 ℃细菌总数和军团菌3项,其中军团菌并未给出限定值,但美国环境保护署(USEPA)认为,如果贾第鞭毛虫和病毒被去除或灭活,军团菌也将得到控制,除美国外其他饮用水标准均未提及军团菌指标。对隐孢子虫、贾第鞭毛虫和肠道病毒,最大浓度目标(maximum contaminant level goal)均要求不得检出,而在实际处理和检测中,则使用类似WHO绩效目标的限值方式,即要求水处理系统去除隐孢子虫达99% ( 2 log) ,贾第鞭毛虫9919% (3 log) ,对肠道病毒灭活或去除率达99199% (4 log)^〔10〕。

加拿大、澳大利亚2国的饮用水标准同时参照以上三大标准来制定^〔7〕。加拿大1996年颁布的饮用水水质标准第6 版尚未对病毒提出明确要求,但已经开始关注,指出水源水经有效的过滤消毒处理后不应检出病毒^〔12〕,并于2004年正式将肠道病毒列入标准,要求对其处理率达99.99% ,与美国标准不同的是,它仅针对粪便污染的水源或肠道病毒导致的水传疾病曾经暴发的水源^〔13〕。此外,细菌指标仅有大肠埃希菌和总大肠菌群2项,均为每100 mL水样不得检出;对两虫的要求仅针对曾暴发过的水源,要求对其虫卵或孢子的处理率达99.9% ,若水源中两虫含量很高,则要求处理率更高。澳大利亚现行标准(2004年修订)考虑的项目较为全面,其微生物指标分为细菌、原生动物、毒藻和病毒等4类共26项,其中病毒包括腺病毒、肠道病毒、肝炎病毒等5项,详尽列出各指标的特征、危害及在国内的分布情况,但并未给出限定值^〔14〕,这一特点与WHO框架式、指导性的标准相似。

我国于2006 年颁布了最新的《生活饮用水卫生标准》 (GB5749-2006) ,其项目的选择参考世界卫生组织、欧盟、美国、俄罗斯和日本等组织和国家现行的饮用水标准,指标限值主要取自世界卫生组织2004年发布的《饮水水质准则》第3 版^〔16〕。在新标准中,微生物指标由2 项增至6 项,增加了大肠埃希菌(0 /100 mL) 、耐热大肠菌群( 0 /100 mL) 、贾第鞭毛虫和隐孢子虫( < 1 /10 L) ;总大肠菌群由原来的 < 3个/100 mL修订为不得检出^〔15〕;可见,我国的饮用水标准更加严格,并逐渐与国际接轨,但即便如此,也未对病毒做出规定。此外,对浊度的要求为1 NTU,处理条件受限值时可以为3 NTU,但是未将其列为微生物指标的类别。

综上所述,WHO的标准由于覆盖面较广,需兼顾不同发展水平和经济技术条件国家的应用,故对微生物指标均未提出明确的限值规定,仅给出一个较全面的框架及相应的建议值(而其大多数理化指标均有明确限值) 。美国、加拿大2国在各自饮用水标准中对肠道病毒做出较明确的规定,且均以水处理系统对病毒的处理率表示,类似于WHO的绩效目标。 而其他国家或组织的饮用水标准则未对病毒做出限值规定。

病毒种类繁多,无法全部进行监测,故需筛选具代表性的一种或多种作为表征。另外,人体致病性病毒用现有检测技术分析时,操作繁琐、时间长、对仪器设备要求高,且对监测工作者的健康和安全有风险,故不宜作为饮用水指标。目前的解决方法为用侵染细菌的病毒,即噬菌体( bacteriophage)作为人体病毒的指示物。

理想的病毒指示物应满足如下标准:适用于各种类型的水体;存在于含有目标病原体的原水中,且在数量上应高于待测定的病原体;其生长密度应与病毒污染程度具有直接关系; 具有和目标病原体相似的或更强的抗性;检测方法简单易行^{〔17, 18〕}。然而,不同噬菌体作为指示物各有优缺点,对不同消毒工艺的抗性存在差异,没有一种噬菌体能满足以上所有的标准。目前研究得较多的是体细胞大肠埃希菌噬菌体( so2 matic coliphage)和F-特异性大肠埃希菌噬菌体( F-specific coliphage) 。前者通过细胞壁受体感染大肠埃希菌宿主菌株,可以反映水受粪便污染的程度;后者通过F + 性菌毛感染其宿主菌,在性质和对消毒的抗性上最接近肠道病毒,适宜作为肠道病毒的指示物。由于大肠菌群等细菌指标已有效地辅助控制了粪便污染带来的饮用水健康风险,因此,近年来更加重视F-特异性噬菌体作为人体有害病原体表征的研究^〔19〕。

F-特异性噬菌体中研究最多的是MS2和f2噬菌体,它们属于同一亚类,性质极为接近,具有几乎相同的基因结构,而国外研究以MS2噬菌体为主,国内多数为f2噬菌体。与典型的肠道病毒脊髓灰质炎病毒相比,它们均是20面体结构的单链线性RNA病毒,在许多物理、化学特性方面相类似^〔19〕; 在多种水体中,其含量与可培养肠道病毒有数量上的对应关系^〔20〕,此外,有研究表明,它们对紫外消毒的抗性是脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、呼肠孤病毒的0196 ～ 1143倍,可见与肠道病毒的抗性比较接近^〔21〕。Casteel等研究表明,MS2噬菌体与甲型肝炎病毒对氯消毒的灭活动力学相似^〔22〕。可见,F - 特异性噬菌体作为水中致病性病毒的指示物具有相当的可行性。

国际标准化组织( ISO)于1995年制定了以MS2噬菌体 (NCTCl2487或ATCCl5597-B1)作指示病毒用于水质评价的国际标准( ISO 10705-1) ,结果用1 mL 水中空斑形成单位 ( PFU)来表示。美国现行的饮用水标准中的肠道病毒,实际上也是用F-特异性噬菌体作为指示物,其病毒分析方法 1601法和1602法即是针对体细胞大肠埃希菌噬菌体和F - 特异性大肠埃希菌噬菌体的定性、定量检测^{〔23, 24〕}。目前我国饮用水标准中尚无病毒指标,以噬菌体作为病毒指示物方面的研究也较少,因此,亟需开展相关研究并提出相应标准。

随着我国污水排放量的增加,水源的病原微生物污染形势加剧。其中,病毒个体小、致病性强、对常规消毒剂的抗性强,但国内饮用水标准却未对其做出规定,相应的消毒控制技术也尚未发展成熟,因此,介水传播的病毒可能引发的饮用水健康风险应引起足够重视。目前,美国、加拿大等一些发达国家已在其饮用水标准中规定了病毒的安全限值或要求的处理程度,国际上普遍使用噬菌体作为病毒指示物引入水质标准,我国可以借鉴国外的经验,进一步完善饮用水卫生标准,并逐步建立针对病毒的消毒控制技术,以最大限度地降低饮用水中病毒的健康风险,保障我国居民的饮用水安全。