水环境病原体污染及其健康风险评价研究

施闽涛　何国富

摘要 水环境的病原体污染是当今世界危害最严重的污染之一。水环境病原体健康风险评价以风险度作为评价指标，把水环境病原体污染与人体健康联系起来，能够定量描述其危害。对水环境中的病原体污染状况进行了研究，分析了病原体对人类健康可能造成的危害，并提出了污染控制方法。

关键词 水环境；病原体；健康风险评价

中图分类号 S271 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）05-01482-04

Abstract Water pollution of pathogenic microorganism is one of the major public health problems all over the world. Health risk assessment can evaluate impacts of water quality on human body， which assesses health risk of pathogenic pollution in drinking water represented by hazard index quantitatively. The pathogenic pollution of water environment and health risk were studied and analyzed， several pollution control methods were put forward.

Key words Water environment； Pathogenic； Health risk assessment

饮用水是最重要的水资源，随着水环境污染问题日趋严重，饮用水水质的安全日益受到人们的关注。确保饮用水水质安全的最终落脚点是充分保障人体健康，水环境健康风险评价可以定量地描述污染物对人体健康产生危害的风险[1]。病原微生物对水体的污染以及在饮用水中的存在是一个重要的公共卫生问题，因此研究水环境病原体微生物的健康风险评估具有很重要的意义。

1 水环境病原体微生物

1.1 主要病原体类别 水环境病原体主要分为三大类：致病细菌、致病病毒、致病原生动物[2]。

致病细菌主要有沙门氏菌、志贺氏菌、霍乱弧菌以及军团菌等，这些细菌主要引起消化道以及呼吸道的疾病。2004年11月4日，湖南省茶陵县发生了一起因为宋内氏志贺氏菌污染饮用水源引起菌痢暴发的事件，由于宋内氏志贺氏菌污染了一所学校作为饮用水源的一口水井，引起了学校48名学生出现发烧、头痛、腹泻、腹痛等疾病症状[3]。

致病病毒主要有肝炎病毒、肠炎病毒、脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、轮状病毒等病毒。消化道致病性病毒也是对人类健康危害较大的水环境病原体。而且随着水环境污染状况的变化，水体中原有的病毒也可能发生变化，从而引起新的病毒出现。

致病原生动物主要有隐孢子虫和贾第鞭毛虫。在众多污染物中原生动物的污染危害性尤为严重。“两虫”对水源的污染和对人类的危害已被证实，它们是人畜共患的流行性寄生虫病，具有很强的传染性。国内于1987年在南京市首先发现了人体隐孢子虫病病例，之后浙江、安徽、福建、内蒙古、云南、四川、山东及湖南等省也不断证实有该病存在[4]。

1.2 水环境病原体的来源 病原体广泛存在于环境之中，几乎任何水体都含有病原体，其中只有少量的病原体是天然生活在水体中，大部分的病原体来源于人畜粪便、垃圾、医院污水和生活污水等。病原体进入环境水体后，污染河流、湖泊以及地下水等水源，而且有研究表明，常用的水處理技术并不能完全去除原水中的病原体[5]。水环境病原体众多污染源中粪便污染是最主要来源之一。2000年5月，加拿大安大略省Walkerton地区经历了加拿大最大的水源性疾病的暴发，导致了2 300例肠胃炎病例和7人死亡，其原因就是粪便污染了当地的供水系统[6]。

1.2.1 畜禽养殖来源。畜禽动物的饲养和生产是病原微生物的主要来源。畜禽粪便不仅包括动物排泄的粪、尿，还包括垫料、鼻、喉、阴道、乳腺分泌物、血渍、脱落的皮、毛、胎盘等[7]。近年来，不断有因为畜禽粪便污染所引起的人畜共患病感染与传播事件的产生，已引起人们对畜禽粪便病原微生物污染的重视。据研究报道，畜禽粪便废弃物中含有150多种人畜共患病的潜在致病源[8]。平均每毫升畜牧场所排放的粪便污水中含33万大肠杆菌和66万肠球菌，蛔虫卵和毛首线虫卵分别高达193个和106个[9]。

畜禽粪便污染一直是农村水源地所面临的一个大问题，而且排放量非常大。对上海市嘉定区娄塘河水源地的调研发现，水源保护范围内一共有31家畜禽养殖场，其中只有一家养殖场对产生的粪便进行无害化处理，其他的全部都是就近直接排放进入环境水体。而这些养殖场很多都是沿河而建，所有粪便都是直接排放入水源河中。

随着养殖业规模化的发展，各种畜禽疾病的发生比较频繁，医疗用药也越来越多，这也造成畜禽粪便中的病原体的耐药性越来越强。叶小梅等进行的一项畜禽养殖场排放物病原微生物危险性研究发现，多数畜禽养殖场都是直接排放粪便。这些粪便中的粪大肠菌群数达到104～106 cfu/ml，都超出国家排放标准1 000多倍[9]。通过对照试验发现，施用粪肥的菜园土的抗性细菌数量比没有施用粪肥的菜园土高1～2个数量级，这说明粪便中不仅存在大量病原微生物，同时这些病原体都具有多重抗药性能长时间存活。

1.2.2 人类粪便污染。人类粪便中也存在很多病原体，在一些地区，厕所设施非常简陋，基本没有处理设施，这些简易厕所雨天就会粪水横流，随水排入河流，污染水源。

另一方面，不论畜禽粪便还是人类粪便，作为有机肥料未经处理直接施用于农田、菜园，其所携带的病原体能够存活很长时间，甚至继续繁殖，最终随水进入水体，同时可能直接污染农作物，成为污染农村环境最主要的污染源[10]，其引起疾病的传播途径见图1。人类粪便污染情况在嘉定区娄塘河水源地调研中也有发现，娄塘河沿河存在不少的简易厕所，并且水源河流沿岸农田有很多露天粪便储存设施，农民都是直接取用施肥。同时沿岸存在很多农田排水口直接向河中排放废水，这些都是水源存在病原体污染的威胁。

2 水环境病原体健康风险评价

目前主要的水环境病原体健康风险评价主要采用美国国家科学院（NSA）提出的风险评价方法（危害鉴别、暴露评价、剂量反应分析和风险表征）与微生物感染特性结合的四步法[11]。

2.1 健康风险评价基本理论 危害鉴别的目的是找出饮用水中存在的病原体及其对饮用人群产生的健康效应，确定需要进行健康风险评价的病原体类别。目前对于病原体种类及其危害都已经进行了很多研究，特别是对于危害严重的“两虫”。

暴露评价包括测定饮用水中病原体的浓度，确定饮用人群的范围、性别、年龄结构和活动特性，估计人群的饮水率、饮水持续时间等，然后依据上述信息计算饮用人群的暴露剂量。

剂量效应关系是毒理学中确定有毒有害物质毒性类型和大小的最重要的一种关系，其评价根据污染物危害性质的不同而不同。

风险表征是定量风险评价的最后步骤，目的是把上述定性、定量的评价综合起来，分析判断饮用水水质导致饮水人群发生有害效应的可能性，并对其可信程度和不确定性加以阐述，为饮用水管理机构的决策提供科学依据。

2.2 我国水环境健康风险评价发展 从20世纪80年代开始，我国开始开展环境健康风险评价。之后有很多研究人员开展河流、湖泊等水环境健康风险评价研究，主要集中研究重金属、化学污染物和有机农药等方面[12-14]，而有关病原体方面的健康风险评价的研究比较少，仇付国等对西安市北石桥污水净化中心二级处理出水和常规再生工艺处理后的回用水进行研究，通过检测粪大肠菌群并利用粪大肠菌群和肠道病毒比例关系，对再生水用于绿化、农田灌溉、景观娱乐用途时肠道病毒的感染风险进行了评价[15]。

尽管我国对于水环境风险评价取得了大少成果，但水环境风险评价还仍然算是新兴科学，且对于水环境病原体的健康风险评价方面的研究较少。另外，在水环境病原体的检测和暴露参数等多方面的研究还有不足。

2.2.1 水环境病原体检测。水环境中的病原体基本上都是通过指示物来检测，例如水体粪便污染就是通过将大肠菌群和粪大肠菌群作为指示物来检测的。但是指示微生物与病原体之间的相关性还不明确，而且其对病原体的数量还无法准确表征，所以用指示微生物检测结果来进行健康风险评价，具有很高的不确定性[16]。其他的一些检测技术还包括形态观察法[17]和免疫荧光试验（IFA）[18]、酶联免疫吸附试验（ELISA）[19]、胶体金免疫层析技术[20]和PCR及其相关技术。

免疫荧光试验（IFA）分为直接法和间接法两种。直接法是在需检测样品上直接滴加已知特异性荧光标记的抗血清，经洗涤后在荧光显微镜下观察结果。间接法是在样品上滴加特异性抗体，然后洗涤，再加入荧光标记的第二抗体。免疫荧光试验要求样品中的病原体有足够高的浓度，还需要进一步提高灵敏度才能用于环境样品的检测。

酶联免疫吸附试验（ELISA）用酶标记抗原或抗体，抗原与抗体结合后加入底物出现显色反应，主要是用于检测抗体。随着抗体制备技术的进一步完善，尤其是单克隆抗体的制备成功，凝集试验的特异性明显提高。此外，还有一些新型的ELISA方法，采用聚酯布、磁性粒子、氧化钦膜等特殊材料制成的固相载体来结合抗体进行检测，不仅能够与浓缩富集过程顺利衔接，而且灵敏度大大提高。

胶体金免疫层析技术以胶体金作为示踪标志物或显色剂，应用于抗原抗体反应，是一种固相标记免疫测定技术，其优点在于简单快速、特异敏感，特別适合于在那些不具备大型检测设备的单位或者大规模普查时使用，目前已经广泛应用于临床诊断。

PCR技术是一种基于DNA复制原理的在体外进行特异性DNA序列扩增的方法。PCR技术的出现解决了生物细胞本身核酸量微少，克隆及繁殖原核生物的方法操作繁琐且耗费昂贵的限制。刘永军等建立了肠道病原菌通用引物PCR检测方法，并用于西安市区不同地表水样的检测，效果良好[21]。PCR技术自发明以来多次被用于肠道病原菌的检测。然而，在水环境领域方面的研究还非常有限，同时由于水环境样品的特殊性，应用快速准确的PCR技术进行水环境病原体检测还有一些局限。

检测方法直接关系到检测结果的有效性，关系到基本数据的完整，直接影响我国水环境病原体健康风险评价的发展。由于病原体种类繁多，常规方法不能检测完全，所以一套快速有效的检测方法体系是开展水环境病原体检测的必需条件。这对于其健康风险评价具有重要意义。

2.2.2 暴露参数研究。目前很多健康风险评价研究主要集中在暴露评估上，其中包括水体中病原体的类型，人类与各种病原体的接触情况（摄入量、暴露时间、暴露频率等）。Gerba等根据人们使用饮用水和回用水的情况，对轮状病毒对公众造成的健康风险作出了评价，其中包括不同人群的暴露情况[22]。Ottoson等模拟了直接接触、运动场灌溉以及地下水填充等不同的暴露情景，评价了瑞典斯德哥尔摩北部Vibyasen分散处理的灰水中病原体的健康风险[23]。在这些评价中，人类主观行为是决定人类暴露于水环境病原体会产生的健康风险的主要因素之一，这也就是暴露参数。

暴露参数是决定人体对环境污染物的暴露剂量和健康风险的关键性参数。在环境介质污染物浓度准确定量的情况下，暴露参数值的选取越接近于评价目标人群的实际暴露状况，则暴露剂量的评价越准确，相应的健康风险评价的结果也越准确[24]。我国的研究人员进行人体暴露和健康风险研究还比较少，主要参考国外资料，但是由于人种、人体特征和生活习惯等多方面的差异，直接引用国外数据会造成我国环境健康风险评价结果的较大误差。向明灯等采用了问卷调查方式对太湖水源地附近居民相关暴露参数进行研究[25]，杨彦等对浙江温岭地区人群也进行了暴露参数相关研究[26]。研究结果发现，与美、日相关暴露参数手册推荐值之间有较大差距，同等条件下参考美国数值会造成较大偏差。而且两项研究之间关于饮食、饮食暴露参数等数据之间也具有较大偏差。

3 水环境病原体污染控制

3.1 加强水源地保护 严格遵循《中华人民共和国水污染防治法》、《饮用水源地水源保护区污染防治管理规定》以及各地方饮用水水源保护条例，对水源地开展一系列相关的环境管理以及改善的对策、措施。完善水源地相关基础设施，同时大力宣传环保意识 ，普及环保知识，提高水源地区域居民的环境意识，从源头减少水环境病原体污染。

实施农村改厕，使用卫生厕所是减少粪便污染的有效措施，其不仅能够减少直接向水环境中排放的粪便，还能减少农田的有机污染，又能大大改善当地的环境卫生状况，减少病原体的生存空间。

3.2 完善水环境健康风险评价 基于健康风险分析的饮用水水质评价能够为政府在饮用水安全领域的管理提供更深入的科学依据。故应该在进行常规水质评价的基础上，完善水环境健康风险评价，紧跟国外发展趋势，并结合我国环境和健康的实际情况，大力推动水环境健康风险评价在饮用水管理工作中的应用，开展暴露参数大规模调查和研究，建立适合我国的评价技术和方法体系。

3.3 控制畜禽养殖污染 迁移或关闭水源地的养殖场，转变粗放式养殖模式，同时对所有养殖场都要求科学处理畜禽粪尿，避免病原菌通过粪尿扩散和传播。对粪便的处理一般可采取堆肥的措施减少病原体污染，堆肥程序可参照《城市生活垃圾好氧静态堆肥处理技术规程》（CJJ/T52-93），并要求粪便露天堆肥必须保持55 ℃以上高温15 d，而对于封闭堆肥则需要55 ℃以上高温保持3 d。同时粪便堆肥及其产物必须符合法定标准才能用于农田。

在畜禽病原体耐药性方面，要引导养殖场科学防疫，进一步完善畜禽传染病防疫体系，确保准确且快速地检测和诊断，从而使可能的重大疫情减少并安全地使用兽药。运用科学消毒防病法，强化全覆盖式带畜禽喷雾消毒技术在防病中的应用。同时加强疫病净化技术的应用和抗病育种。而在养殖密度上不能一味追求数量，应适当降低密度，保持畜舍良好的通风环境。以上措施不仅能降低进入水环境中的病原体的耐药性，还能根本减少病原体污染。

4 结论

目前我国水环境污染非常突出，农村集中和分散给水以及不少城市的自来水供应都存在病原体超标的情况，病原体安全健康问题也受到广泛关注。普通的水质监测已经不能满足水源病原体污染的评价，进一步深入研究水环境中病原体的来源分布，存活状况以及检测技术，完善水环境病原体健康风险评价对于预防病原体感染，保护人体健康具有重要意义。

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