蔣增輝

(1. 上海紡織節(jié)能環(huán)保中心，上海 200082； 2. 上海紡織建筑設(shè)計研究院有限公司，上海 200060)

由新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)引起的肺炎(COVID-19)疫情的嚴(yán)重程度遠(yuǎn)超過2002年由SARS冠狀病毒(SARS-CoV)引發(fā)的嚴(yán)重急性呼吸綜合征(SARS)疫情[1]。截至2020年4月30日24時，我國(含港澳臺地區(qū))累計確診病例84 385例，死亡病例4 643例[2]，COVID-19疫情已蔓延至全球。SARS之后全球疫情不斷：2008年，我國暴發(fā)了主要由腸道病毒(EV71)引發(fā)的手足口病(HFMD)；2009年，甲型H1N1流感病毒從墨西哥傳播至全世界；2012年，MERS冠狀病毒(MERS-CoV)導(dǎo)致中東呼吸綜合征(MERS)蔓延；2013年，埃博拉病毒(EBOV)在非洲造成埃博拉出血熱(EBHF)烈性傳染疫情，同年我國發(fā)現(xiàn)人感染高致病性禽流感病毒(H7N9)的散發(fā)病例；2014年，諾如病毒(NV)在我國流行導(dǎo)致冬季嘔吐病；2020年伊始，南美暴發(fā)了嚴(yán)重的登革熱(DF)疫情，導(dǎo)致多國宣布進入緊急衛(wèi)生狀態(tài)?？梢?，以致病微生物為代表的生物安全已超越了傳統(tǒng)安全范疇，成為一種新型安全威脅，并隨著跨物種感染和跨地域傳播，不斷地在全球肆虐，嚴(yán)重威脅國家安全、政治穩(wěn)定、經(jīng)濟發(fā)展和民眾健康[3]。為此，習(xí)近平總書記指出：“為了保護人民健康、保障國家安全和維護國家長治久安，要完善重大疫情防控體制機制，健全國家公共衛(wèi)生應(yīng)急管理體系，強調(diào)把生物安全納入國家安全體系，系統(tǒng)規(guī)劃國家生物安全風(fēng)險防控和治理體系建設(shè)，全面提高國家生物安全治理能力”[4]。

水不僅是一個生態(tài)環(huán)境問題，也是一個經(jīng)濟問題、社會問題、政治問題，直接關(guān)系到國家的安全[5]。安全的飲用水對健康至關(guān)重要，它是一項基本人權(quán)，也是用于保護健康的有效政策的一個組成部分[6]。然而，截至2017年，全球仍有數(shù)十億人無法獲得安全的飲用水和基本的衛(wèi)生服務(wù)[7]。復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院傳染科張文宏主任就多次提到，人類社會最大的衛(wèi)生貢獻，一是疫苗，二是清潔的飲用水[8]。疫苗是人體構(gòu)筑抵擋病原微生物的免疫盾牌，而安全和清潔的飲用水則阻斷了病原微生物和致病化學(xué)物介水傳染的途徑。

因此，我國供水行業(yè)應(yīng)更加重視飲用水的生物安全，特別是可能導(dǎo)致疾病的微生物指標(biāo)的安全。

1 微生物指標(biāo)應(yīng)得到優(yōu)先控制

在社會的發(fā)展過程中(尤其是在工業(yè)革命之后)，人類不斷破壞環(huán)境，制造并產(chǎn)生了大量的“三致物質(zhì)”(致突變、致癌、致畸)，這些物質(zhì)隨著自然循環(huán)和人類活動持續(xù)擴散到大氣圈、水圈和土壤圈中，并在生物圈積累。因而，人們將更多的關(guān)注聚焦在化學(xué)污染物上。針對化學(xué)指標(biāo)的監(jiān)測也越來越系統(tǒng)化，從重金屬、殺蟲劑、洗滌劑擴展到環(huán)境激素、消毒副產(chǎn)物、抗生素、微塑料等，用來檢測水中化學(xué)指標(biāo)的諸如原子熒光分光光度計、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、連續(xù)流動分析儀、液相色譜質(zhì)譜儀、氣相色譜質(zhì)譜儀等先進儀器逐漸成為了水質(zhì)分析實驗室的標(biāo)準(zhǔn)配置。相比之下，我國供水行業(yè)對微生物領(lǐng)域的投入?yún)s顯得相形見絀，這既有行業(yè)分工不同的原因、也有凈水工藝特點的因素、還有人才隊伍建設(shè)等缺憾，但最主要的原因是認(rèn)識相對不高和重視相對不夠。

與化學(xué)污染不同，微生物污染常具有增殖性、次生性和傳染性等特性。微生物的暴發(fā)式增殖可導(dǎo)致水質(zhì)惡化，產(chǎn)生致嗅味物質(zhì)或毒素，進而產(chǎn)生次生化學(xué)污染，介水致病微生物可通過飲用、食用、氣溶膠、接觸等途徑傳播，從而危害人體健康。因此，微生物的控制常常是首要的，并體現(xiàn)在從水源到用戶的多級屏障中。

2 消毒具有不可置疑的重要作用

水中病原微生物主要包括病原菌、病毒和原生動物(原蟲及蠕蟲)；其中，病原菌主要包括大腸埃希氏菌、軍團菌、傷寒桿菌、霍亂弧菌等；病毒主要包括腸道病毒、腺病毒、甲型肝炎病毒、諾如病毒、輪狀病毒等；原生動物主要包括隱孢子蟲、賈第鞭毛蟲、痢疾阿米巴蟲、麥地那龍線蟲、血吸蟲等[9-13]。凈水工藝中普遍采用消毒(氯氣、次氯酸鈉、二氧化氯、紫外線、臭氧等)、混凝、沉淀和過濾等技術(shù)來保障飲用水的安全和清潔(凈水工藝對病毒的去除效果如表1所示[6])，凈水工藝的提升可促使介水傳染病發(fā)病率明顯下降[14]。其中，消毒在安全飲用水供應(yīng)中具有重要作用，不論是否在疫情期，消毒始終是阻擋致病微生物介水傳播的有效屏障。當(dāng)然，消毒過程中不可避免地會產(chǎn)生微量的消毒副產(chǎn)物，但只要按照標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格控制消毒效果，其風(fēng)險要遠(yuǎn)小于失去消毒屏障后微生物安全失控的風(fēng)險。

表1 凈水工藝對病毒的去除效果Tab.1 Effect of Water Purification Processes on Virus Removal

3 糞源性指示指標(biāo)是經(jīng)典指標(biāo)

由于微生物種類繁多，直接檢測每一種致病微生物指標(biāo)有很大難度，考慮到與致病關(guān)聯(lián)性最大的是水被糞便(人類、哺乳動物或鳥類)污染的可能性，因而普遍通過控制微生物指示指標(biāo)來監(jiān)控和防范介水性傳染。和飲用水相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中，《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)共109項指標(biāo)(微生物指標(biāo)1項，為糞大腸菌群)；《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)常規(guī)和非常規(guī)指標(biāo)共106項(微生物指標(biāo)6項，分別為總大腸菌群、耐熱大腸菌群、大腸埃希氏菌、菌落總數(shù)、賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲)，附錄中參考指標(biāo)28項(微生物指標(biāo)2項，分別為腸球菌和產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌)；上海飲用水地方標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(DB31/T 1091—2018)常規(guī)和非常規(guī)指標(biāo)共111項(微生物指標(biāo)6項，分別為總大腸菌群、耐熱大腸菌群、大腸埃希氏菌、菌落總數(shù)、賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲)，附錄中參考指標(biāo)27項(微生物指標(biāo)3項，分別為腸球菌、產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌和異養(yǎng)菌平板計數(shù))。在這些指標(biāo)中，菌落總數(shù)指標(biāo)指示的是水中微生物污染的總體情況，大腸菌群類指標(biāo)指示的是水被糞便污染的程度。糞源性指示指標(biāo)在檢測方法、數(shù)據(jù)傳承和評價效果上有著重要意義，是保障飲用水衛(wèi)生安全的經(jīng)典指標(biāo)。

4 疫情期可加測腸球菌指標(biāo)

總大腸菌群、糞大腸菌群/耐熱大腸菌群、大腸埃希氏菌為革蘭氏陰性菌，腸球菌則為革蘭氏陽性菌，在地表水中廣泛存在(表2、表3)。腸球菌作為重要的糞源性指示指標(biāo)，被列入《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)附錄中，作為參考指標(biāo)。在發(fā)生重大疫情時，由于致病微生物存在介水性傳播的可能，為了增強對糞源性污染的指示，建議在檢測大腸菌群類指標(biāo)的同時加測腸球菌指標(biāo)，即同時確認(rèn)針對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌的消毒效果。在疫情期間，適當(dāng)提高對微生物指標(biāo)的檢測頻率，并采用有助于恢復(fù)細(xì)菌損傷的靈敏方法和有利于安全防護的方法，提高檢測的準(zhǔn)確度和安全性。

表2 水源水中腸球菌含量 Tab.2 Concentration of Enterococci in Source Water

表3 地表水(非水源水)中腸球菌含量 Tab.3 Concentration of Enterococci in Surface Water (not Source Water)

5 加強飲用水生物安全的對策

5.1 加強生物安全實驗室建設(shè)

在生物安全實驗室獲得性感染因素中，微生物占42%、細(xì)胞培養(yǎng)占22%、顯微鏡檢查占22%、動物試驗占7%、動物護理占7%[18]。盡管供水行業(yè)的微生物指標(biāo)不多，感染風(fēng)險不大，但為了應(yīng)對未來更多微生物指標(biāo)的檢測需要，一些供水企業(yè)和部門已開始重視建設(shè)(或改建)P-1、P-2，甚至P-3等級的生物安全實驗室。建設(shè)生物安全實驗室的初衷是為了保障試驗人員(包括輔助人員)的安全，防范致病微生物的泄漏。在設(shè)計和建設(shè)生物安全實驗室時可以重點關(guān)注以下幾個方面。(1)空間獨立：化學(xué)實驗室與微生物實驗室相互獨立，內(nèi)部的準(zhǔn)備區(qū)、潔凈區(qū)、操作區(qū)和污染區(qū)要明確區(qū)分，微生物試驗的試驗用水、試劑、儀器器皿也要獨用。(2)線路順暢：人性化的實驗室布局和順暢的樣品傳遞路線有利于試驗操作的便捷性，對潔凈物品、樣品、培養(yǎng)物、污染物的合理放置和有序傳遞有助于降低錯誤操作和交叉污染。(3)有效消毒：滅菌和消毒是防止樣品污染、保障檢測質(zhì)量的有效方式，更是保護試驗人員自身安全和防范污染物外泄的必要手段。生物安全實驗室一般使用干熱滅菌、灼燒滅菌、高壓蒸汽滅菌、紫外線消毒、臭氧消毒和消毒劑消毒(75%醫(yī)用酒精、含氯消毒劑等)等方式，并定期做有效性核查[19]。臭氧作為一種相對綠色環(huán)保的消毒方式，對冠狀病毒有較好的殺滅效果[20]。(4)固廢處置：針對廢棄物的管理尤為重要，目前各地已有專門回收化學(xué)試驗固廢和微生物試驗固廢的機構(gòu)，實驗室可以挑選其中具備資質(zhì)的機構(gòu)承擔(dān)微生物固廢的專業(yè)回收、清運和處置[21]。

除了硬件之外，制度的建設(shè)也非常關(guān)鍵，包括安全操作管理、崗位培訓(xùn)、績效考評等內(nèi)容。在針對高校生物類專業(yè)師生等人員的調(diào)查中(圖1)，有近70%沒有接受過系統(tǒng)的生物安全教育培訓(xùn)，有近50%沒有意識到在病原微生物采樣、使用和處置過程中可能對自己、其他人員和外界環(huán)境產(chǎn)生危害[22]。對武漢地區(qū)醫(yī)務(wù)人員手衛(wèi)生的調(diào)查顯示，通過健全手衛(wèi)生管理制度、完善洗手設(shè)施與設(shè)備和加強手衛(wèi)生知識培訓(xùn)等干預(yù)后，手衛(wèi)生執(zhí)行率由73.36%提高到85.81%[23]。由此可見，保障實驗室的生物安全不僅僅要依靠硬件，專業(yè)技術(shù)人員更要樹立強烈的個人生物安全意識，嚴(yán)格執(zhí)行生物安全制度，并將各項措施的細(xì)節(jié)扎實落實。生物安全意識的培養(yǎng)是一個長期的過程，需要在持續(xù)的訓(xùn)練中養(yǎng)成良好的習(xí)慣，以嚴(yán)格的考核作為績效依據(jù)，并在潛移默化的浸透中成為企業(yè)文化。

圖1 我國高校實驗室生物安全管理調(diào)查Fig.1 Investigation of Biosafety Management in Laboratories in Domestic Universities

5.2 深入開展微生物領(lǐng)域應(yīng)用研究

近年來，環(huán)境領(lǐng)域檢測方法標(biāo)準(zhǔn)的更新速度不斷加快，供水行業(yè)可以多借鑒相關(guān)的新方法，開展包括酶底物法、熒光免疫法、生物活性法、基因測序法、流式細(xì)胞儀法等的應(yīng)用。建議在微生物領(lǐng)域開展深入研究的方向如下。(1)經(jīng)典指標(biāo)：對大腸菌群類指標(biāo)的檢測靈敏度和假陰性[24-26]的研究。(2)直飲水：更多考慮對消毒抗性強的兩蟲(隱孢子蟲卵囊和賈第鞭毛蟲孢囊)的陽性檢出風(fēng)險(表4)，加強對兩蟲的調(diào)查[27-32]、控制[33-34]和鑒別[35-37 ]。(3)微生物代謝產(chǎn)物：重點分析放線菌與致嗅味物質(zhì)的相關(guān)性[38]以及藻類毒素的檢測和去除[39]。(4)水源地生態(tài)：關(guān)注藻類群落更迭對水源水質(zhì)的影響[40-43]。

表4 出廠水中兩蟲陽性檢出結(jié)果 Tab.4 Positive Results of Cryptosporidium and Giardia in Finished Water

在線監(jiān)測不僅可以實時跟蹤水質(zhì)變化，及時提供監(jiān)測數(shù)據(jù)，也避免了疫情期間人員采樣的風(fēng)險。供水行業(yè)在水源地、水廠和管網(wǎng)上已經(jīng)廣泛應(yīng)用了大量針對理化指標(biāo)的在線儀表，但對微生物指標(biāo)的應(yīng)用很少。目前，比較成熟的針對微生物的在線監(jiān)測主要是藻類監(jiān)測[44]，也有利用發(fā)光細(xì)菌對化學(xué)綜合毒性的監(jiān)測和利用微生物傳感器對常規(guī)化學(xué)指標(biāo)的監(jiān)測[45]。隨著檢測原理的創(chuàng)新、傳感器性能的提升和人工智能技術(shù)的應(yīng)用，供水行業(yè)在密切關(guān)注相關(guān)在線儀表研發(fā)進展的同時，可以探討在線監(jiān)測細(xì)菌總數(shù)、ATP活性、大腸桿菌等指標(biāo)的可行性，拓展在線監(jiān)測在微生物領(lǐng)域的應(yīng)用，并作為水質(zhì)信息公開的重要數(shù)據(jù)[46]。

5.3 落實檢測質(zhì)量控制措施

我國除部分領(lǐng)先的大型供水企業(yè)的實驗室通過了實驗室資質(zhì)認(rèn)定或?qū)嶒炇艺J(rèn)可外，部分縣級、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級或大型供水企業(yè)的下屬水廠實驗室，因未建立認(rèn)證認(rèn)可的管理體系、微生物質(zhì)控意識欠缺、硬件條件不足等原因，在微生物檢測方面開展的質(zhì)控工作存在不足甚至欠缺[47]。微生物檢測的質(zhì)量控制并非一項額外的、單獨的工作，可以貫穿在日常的準(zhǔn)備和檢測操作中。微生物檢測中最大的隱患是污染，無菌操作顯得尤為重要，可以通過環(huán)境消毒、器皿滅菌和空白對照試驗來嚴(yán)格控制污染來源。一些在化學(xué)檢測中使用的質(zhì)量控制方式如平行樣、加標(biāo)試驗、質(zhì)量控制圖也可以應(yīng)用在微生物檢測上，另需增加陽性對照、陰性對照。由于大量的微生物經(jīng)典方法以手工操作為主，不同的手勢、速度、幅度、順序會對檢測結(jié)果造成很大的影響，通過細(xì)化作業(yè)指導(dǎo)書、方法比對、人員比對等手段可以減少這些手工操作差異，提高檢測的標(biāo)準(zhǔn)化和準(zhǔn)確度。在原始記錄方面，合理的設(shè)計和詳細(xì)的記錄不僅能規(guī)范實驗室的記錄體系，也可為數(shù)據(jù)溯源提供重要依據(jù)。做好微生物檢測的質(zhì)量控制工作，有利于實驗室生物安全的控制、質(zhì)量體系文件的完善和人員素質(zhì)的提升，有事半功倍的效果。

6 結(jié)語

飲用水作為人類生存的基本條件，也是保障公共衛(wèi)生安全的必要條件，飲用水的生物安全貫穿了水源地、原水、水廠、泵站、管網(wǎng)和龍頭等凈化和供應(yīng)全過程。在國家系統(tǒng)規(guī)劃生物安全風(fēng)險防控治理體系建設(shè)和全面提高國家生物安全治理能力的大趨勢下，期待供水行業(yè)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，進一步重視飲用水的生物安全，將微生物指標(biāo)優(yōu)先控制，落實保障飲用水生物安全的各項措施和對策，繼續(xù)為民眾的身體健康和社會的持續(xù)發(fā)展保駕護航。