有效处理市政供水系统中的军团菌

1. 军团菌和军团菌病

        最早的军团菌病爆（Legionnaires’ disease）发于1976的7月美国宾西法尼亚州东南部费城的Bellevue-stratford旅馆，当地州公众健康办公室记载有221人得了一种“怪病”，症状表现为高烧、打冷颤、肌肉疼痛、头痛、干咳、导致呼吸困难等等，最终34人经医治无效相继死亡。1979年1月，亚特兰大疾病控制和预防中心(CDC)研究证实，其元凶是存在于水龙头和水槽中的一种致病微生物。医学界后来把这种病命名为“军团菌病”。经再次验证，结果表明军团菌（Legionella）和军团菌病并不是一种新的细菌和新疾病，早在50年前（1925年）当地疾控中心就军团菌的细菌组织化验结果和引起类似疾病的记录。1军团菌是一类细菌的统称，主要存在于水中（特别是热水）、环境中和土壤中。至今为止，有至少43种军团菌被人们所认知，其中超过半数的军团菌能导致人类疾病。由军团菌所以发的军团菌病是一种由环境引发的疾病，在水中或土壤中的军团菌利用液滴或空气作为传播介质最终进入人体。所以，军团菌病不是一种通过人与人之间传播的接触性传染病。通常情况下，嗜肺军团杆菌会引发以肺炎为主的急性感染性疾病，根据病情轻重分为：军团菌病和庞提阿克热。21995年，美国微生物学会(American society for microbiology)报道，在接受特别看护的病人中有15%-30%的病人是感染了军团菌.美国疾病控制和预防中心(CDC)评估，在美国境内每年有10，000至15，000人感染军团菌病。美国职业安全与卫生总局(OSHA)评估，每年有超过25，000个发病例，导致4，000人死亡。1 2003年4月，在我国爆发的非典型肺炎，是一组疾病，是相对于由肺炎链球菌(S. pneumoniae)引起的“典型肺炎(typical pneumonia，TP)”而言的。引起AP暴发和流行的病原体往往有多种，除新型冠状病毒外，嗜肺军团菌 (Legionnairespneumophile，Lp)也是关键致病菌之一。

2. 军团菌的生长条件和传播途径

        水中的军团菌属于热水微生物，最初在表面水体（湖、池塘、河流还有小溪）中发现了此类细菌，之后在地下水中也发现了此类细菌。军团菌喜好在生物膜中或是地表水体表面的粘土或粘液中生长，因此很容易进入市政饮用水的管网系统中。除去管网内传播，军团菌还可以在热水系统、空气加湿系统、喷雾器和空调供水系统中茁壮生长和繁殖。事实上，军团菌并不是以单个游离式存在于水体当中的，而是寄生于原生动物内或者与变形虫共生存在于矩阵状的生物膜中。正式这样的共生关系，使得军团菌可以侥幸逃过饮用水中常用的氯消毒方法。如果饮用水系统中发现有军团菌的存在并且达到一定检出数量，将可能引起大规模的军团菌病爆发。对于人类而言，感染军团菌病的主要途径为：吸气和吸入（饮水过程中）两种。一旦军团菌被吸入人体（含有军团菌的微小水滴体积小于5.0微米）可以深入人体的肺部，在最佳温度（人体内温度）条件下迅速的生长和繁殖，最终导致人体的免疫系统受到破坏，感染了军团菌病。

        为了更好的控制水中的军团菌，对军团菌生长和繁殖的条件进行研究发现：

        • 滞留的水环境和繁杂的管道系统，有益于军团菌生长；

        • 水温在20至55摄氏度之间（实验室数据）是军团菌生长的最佳温度；

        • pH值在5.0至8.5之间为最佳条件；

        • 水中的沉淀物、结垢、存积无和生物膜，不仅能为军团菌的生长提供支持，还能够为军团菌提供共生的微生物；

        • 其他微生物包括藻类和细菌，他们可以为军团菌提供生长所需的营养物质；

        • 水中的原生动物和变形虫可以可以帮助军团菌在苛刻的环境中（含氯）安全生长和繁殖。

        与热水系统、温泉浴场供水系统等等，如果没有“精心”的处理市政饮用水系统应该同样被认为是一种潜在的军团菌病根源。因此，之前有人说过 “你不会因为饮用有军团菌的水，而被感染军团菌病”，这样说是一种对人们安全不负责任的说法，更是一种不正确的说法。

3. 市政供水（饮用水）系统和处理必要性

        之前一些水处理专家把绝大多数的注意力放在应用化学方法控制冷却塔、热水系统和蒸气系统中的军团菌。英国健康与安全部门就曾表示，经他们的研究表明除冷却塔外，还有很多重要的军团菌源。1998年，科学家Hodgson和Casey对上千个样品进行分析，由于军团菌引起的军团菌病的主要来源比例如下：

        • 冷却塔                       6.26%

        • 市政供水（饮用水）系统       7.01%

        • 热水系统                     12.03%

        由此可见，市政供水系统中军团菌的控制应当受到更多的重视。市政供水系统能为军团菌提供生长和繁殖所需要的条件，并且相对于其他军团菌源头而言，市政管网系统有更多的出口例如：自来水龙头、洗浴喷头。一旦水中或系统中有军团菌的存在，除去饮用之外，人们有更多的机会与之接触接触。同时，市政供水系统还和几乎城市中每一个建筑物相连接，其中包括住宅、商业区、写字楼、医院和看护中心等等，一旦有军团菌存在，就极容易造成军团菌病的传播和军团菌病的爆发。最早通过市政供水系统而引发的军团菌病爆发是在1980年，在一家英国的医院里。之后在1980至1992年之间，英国20家大型医院之中就有19家有由于供水系统所引起的军团菌病爆发的报告。1市政供水系统根据各地的要求都会进行消毒处理，但是市政供水的消毒要求（除澳大利亚）一般是以大肠杆菌的数量来界定的，并不包含军团菌类的检测和限值。在终端用户使用前，饮用水会通过一个庞大而且漫长的供水管网进行输送，在消毒药剂的功效在不断的削减的同时，饮用水与更大面积的生物膜进行接触。如果采用不当的消毒方式，饮用水中可能成为潜在的病源。

4. 市政供水系统的消毒方法

        市政供水系统的消毒方法有很多，如热冲击法、氯消毒法、紫外消毒法、臭氧消毒法、铜银电离法和二氧化氯消毒法等等，这里介绍四种最为常用的消毒方法，根据特点做一些基本的比较。

        热冲击法

        这种方法是采用通过对水进行热（超过60摄氏度）或者用高温水（65度以上）对整个管网进行冲洗30分钟。

        缺点：热冲击法是一种临时消毒法，较适用于热水系统，对管网材质要求较高，不适宜大规模的实际应用于供水系统。同时能耗极大，难以达到预期消毒效果。

        氯消毒法

        氯消毒法根据消毒目的可分为：临时或补救消毒和持久性消毒。临时消毒采用在水中加入远远超过饮用水标准的氯（20至50mg/L游离氯）对整个管网进行冲洗。而持久性消毒是在饮用水中加入定量的氯（1至2mg/L游离氯）贯穿整个管网直至终端用户。

        缺点：临时氯消毒会严重腐蚀管网，消毒的同时所产生的消毒副产物（致癌物质）会严重影响人们的健康。而且有实验证明，在pH=7.4，游离氯浓度达到2.5mg/L的条件下，军团菌仍然可以存活超过10分钟。5 持久氯消毒法所使用的1至2mg/L的游离余氯是抵抗生物膜的最小量，但是并不能对军团菌起到杀菌效果。同时游离氯的量还会引起管道的腐蚀，饮用水口感和气味等等问题，而更为重要的是氯消毒过程中所产生的致癌消毒副产物。

        臭氧消毒法

        臭氧消毒法属于强氧化剂，较低的剂量就可以起到杀菌效果。

        缺点：臭氧会造成管网的腐蚀，同时由于半衰期短，很难在一个动态的供水系统中保持一个稳定的臭氧剂量。臭氧对管网中的生物膜影响很小，在流动的或者复杂的管网系统内对军团菌没有明显的效果。

        紫外线消毒法

        紫外线消毒法属于点源消毒法，不向饮用水中添加任何的化学药剂，也没有任何的化学残留物。紫外线波长在250至280纳米之间的紫外线线光波均可以有效的作用于军团菌的DNA结构。1紫外线消毒设备可以在水通过的同时，对水中的军团菌进行彻底的灭活。早在1984年，美国陆军医学研究中心就有研究证实，紫外线消毒技术是一种有效杀灭水中军团菌的技术。特别是嗜肺军团菌(Legionella pneumophila)和其余六类军团菌对紫外线非常敏感，很低的紫外线剂量就能有效的去除这些种类的军团菌。6与其他任何技术相比较，紫外线速度最快。匹兹堡大学有实验证明，达到军团菌log5的去除率时，紫外消毒技术仅需要大约20分钟（紫外线剂量为30mJ/cm2），氯消毒法（5至6mg/L）和臭氧消毒法（1至2mg/L）大约需要3小时。

        缺点：是一种点消毒方法，不能有效的作用于管网中生物膜，同时固体悬浮颗粒物的浓度削弱紫外线强度，结垢会影响消毒效果。

5. 结论

        目前看来，尚没有一种消毒方法是可以完全去除管网中的军团菌的同时，有效作用于管网中的生物膜。因此相对理想的杀灭管网中军团菌的方法是将过滤法与紫外消毒相结合，匹兹堡大学实验证明此种方法可以完全去除军团菌，实验周期长达4个月，管网中没有发现任何的军团菌。8或者是将紫外消毒与氯有效的结合，这样保障了供水安全和高品质的引用水，同时也符合饮用水多级屏障的国际新概念。