细菌是自然界普遍存在,但肉眼看不见、需经显微镜放大几百倍或几千倍才能看见的微小生物,在水和污水中均大量存在。具有致病性的细菌称为致病菌或病原菌,其致病机理包括:(1)侵入机体并定位于某组织;(2)适应机体生化环境进行繁殖并向其他部位扩散;(3)抵抗机体的防御机能;(4)产生并释放毒素引起损伤。
人体皮肤以及与外界相通的腔道,如口腔、鼻咽腔、肠道、泌尿生殖道,均寄居着大量的各类微生物。寄居在人体的正常微生物是人体不可缺少的一部分,与生俱来,伴随终生,通常对人体无害反而有益,仅在特定条件下致病。其中,肠道杆菌是一大群寄居于人和动物肠道中的革兰氏阴性无芽胞内杆菌,大多数属于肠道常居菌,当人体免疫力低下或细菌侵入肠道以外部位时,也可引起疾病,属于条件致病菌;有些细菌为致病菌,如伤寒杆菌、痢疾杆菌、致病性大肠杆菌等,引起人类肠道疾病,见表2。
表2 肠道杆菌中的致病种属
属 代表种 致病性
埃希氏菌属 大肠埃希氏菌 肠道外感染,急性腹泻
志贺氏菌属 痢疾志贺氏菌 细菌性痢疾
爱德华氏菌属 迟纯爱德华氏菌 蛇类动物的正常肠道寄居菌,偶见于健康人或腹泻者粪便内
沙门氏菌属 伤寒沙门氏菌 肠热症、急性肠炎、败血症
枸橼酸杆菌属 弗劳地氏枸橼酸杆菌 条件致病菌,引起继发性感染
克雷伯氏菌属 肺炎克雷伯氏菌 肺炎,泌尿系、创伤感染败血症等
肠杆菌属 产气杆菌 很少引起原发性感染
哈夫尼亚菌属 蜂窝啥夫尼亚菌 对人无致病性
沙雷氏菌属 粘质沙雷氏菌 条件致病菌,引起泌尿系,呼吸道及创伤感染
变形杆菌属 普通变形杆菌 食物中毒,泌尿系、呼吸道感染等
耶尔森氏菌属 鼠疫耶尔森氏菌 鼠疫
欧文氏菌属 草原居民欧文氏菌 植物寄生菌,曾从人体肠道及化脓扁桃体中分离到
注:耶尔森氏菌具有肠道杆菌科的共性与肠道杆菌的共同抗原,与大肠杆菌、沙门氏菌、变形杆菌呈现血清学交叉反应
受到病原菌感染的个体,其粪便中就会含有病原菌,随粪便排出,从而分布于水、土壤或腐物中,其主要的传播方式为:污染的饮水及食物、经消化道传播。肠道杆菌的主要致病物质是内毒素,部分肠杆菌也产生外毒素致病。有些病原菌是由其他哺乳动物携带的,有些鸟类也携带病原体。肠道细菌最常见的疾病为急性肠胃炎,某些细菌甚至会引起严重疾病症状,从水介疾病爆发事件时的疾病住院率统计来看,最严重的致病因子为志贺氏菌属,沙门氏菌属和埃希氏菌属。
沙门氏菌属是经常在城市原污水中发现的一种病原体,包括一大类可以引起人类和动物疾病的菌种。人类的三种特殊沙门氏菌病有肠伤寒、败血病及急性胃肠炎。沙门氏菌病最严重的形式是沙门氏伤寒菌引起的伤寒。沙门氏菌病的第三种形式急性胃肠炎,是沙门氏菌属最常见的病。
志贺氏菌属已从污水中被分离出来,会导致像杆菌痢疾、志贺氏菌病的肠道疾病。已有关于饮用经污水污染了作为饮用水源的井水而爆发志贺菌病的报导。志贺氏菌属在污水中的存活时间相对来说较短,一般通过人和人的接触传播。但是志贺氏菌属是湖泊和河流中反复爆发传染病的主要原因。
大多数E. coli 是人体和动物肠道内存在最普遍、对健康无害的病原体,但有些E. coli为致病病原体,可引起肠道疾病,其中最特殊的一类为E. coli 0157:H7,导致肠道出血(引起血性腹泻),约有2~7%的传染已经导致了溶血尿毒综合症(HUS),出现红细胞破坏和肾功能损伤。HUS是所有水介疾病中死亡率最高的一种疾病。E. coli 0157:H7的宿主一般为健康牛群,传播途径主要是通过生食牛奶或牛肉以及摄入污染水体。
有观点认为弯曲杆菌是造成腹泻的一类细菌,已经确定能在动物体中引起疾病,同时认为是人类水介疾病爆发的病原体。原污水中还分离出了许多其他细菌菌属,如弧菌属、分枝杆菌属、梭状芽孢杆菌属、钩端螺旋体及耶尔森氏鼠疫杆菌,不过浓度太低一般难以致病。霍乱弧菌是霍乱的病原体,在世界上某些地区仍然流行,人类是其已知的唯一宿主,传播的主要方式是通过水。结核杆菌在污水中也已被发现,尤其是在治疗结核病人的机构或有结核动物诸如制酪厂和屠宰厂的污水中,也有在污水污染的水中游泳的人群中爆发传染病的报导。
5 寄生虫与原生动物
原生动物和寄生虫一般统称为肠道寄生虫,与其他病原体相比,在污水中的含量较低。然而,传统的消毒工艺,如氯气消毒一般不能有效的将污水中寄生虫和其他原生动物的数量降低至可以接受的风险浓度。例如,欲灭活90%隐孢子虫,需要80mg/L浓度的氯接触90分钟。这就反映了其抵抗消毒处理的能力,并且由于其感染剂量较低,即使污水中的浓度相当低,也可能引起感染。
人体寄生虫病的传染源包括病人、带虫者和动物宿主(家畜、家养动物及野生动物)。作为传染源,其体内存在并可排出寄生虫生活史中的某个发育阶段,且能在外界或另一宿主体内继续发育。例如感染多种蠕虫的带虫者或患者从粪便排出蠕虫卵;溶组织阿米巴带虫者可排出包囊;虫卵或包囊在排出时即有感染性,或在适宜的外界环境中发育到感染阶段。与水污染有关的人体寄生虫传播途径为土壤、水和食物。
原生动物为单细胞生物,其生命周期包括一个生长和休眠阶段。生物体的休眠阶段通常对传统污水处理工艺的去除具有很大的抗性。大多数肠道原生动物经由粪便污染的水、食物和其它物质进行传播。
原生动物产生孢囊或卵囊有助于其在环境中的存活,一般要比细菌大,从2 µm到60 µm以上。原生动物的孢囊或卵囊既可以存在于具有发病症状的受感染人体的粪便中,也可以存在于感染症状不明显的携带者排放物中。与病毒类似,孢囊或卵囊在环境中不会繁殖,但能够在条件合适的土壤中存活。
可介水传播的对人致病的肠道原生动物有:溶组织内阿米巴、贾第虫、隐孢子虫和结肠小袋虫,这些生物分别是阿米巴病(阿米巴性痢疾)、贾第虫病、隐孢子虫病和小袋虫病的病原体。近十年来特别是隐孢子虫和贾第虫受到很大的关注,尤其是1993年美国Milwaukee市爆发的隐孢子虫疾病。大约有400,000人由于Milwaukee公共给水系统的隐孢子虫而致病。贾第虫和隐孢子虫在美国和世界范围内均认为是引起明显腹泻疾病的主要原因。
贾第虫全世界都有分布,是一种以滋养体和孢囊形式存在、单细胞、带有鞭毛的原生动物。除人体外,大约有40种哺乳动物和鹦鹉中都发现有贾第虫。贾第虫病也是由于摄入了孢囊而发生的。贾第虫病症状范围变化很大,从轻型可自愈的肠炎到慢性使人衰弱的腹泻和无症状感染都有,如慢性腹痛、胀肚、腹部肿块、恶性肿块、疲乏、体重下降。症状持续2~6星期。滋养体只有在急性水样泻的粪便中才能查到。孢囊呈卵形,长8~12 µm,宽7~10 µm。成人贾第虫感染的流行率为2.4~67.5%。儿童中比例更高。一个受感染成人每天排出的孢囊平均为2.1×108~7.1×108。在流行率为10%~25%时,未经处理的生活污水中孢囊密度估计为10000~24000个/L。
隐孢子虫也是一种广泛存在的肠道病原寄生虫,可寄生于哺乳动物、鸟类和鱼类。人体受感染后每天要排泄109个孢囊。据统计,城市污水中隐孢子虫孢囊的平均浓度为5000个/L。同贾第虫相比,隐孢子虫孢囊的个体更小,为4.5~5 µm。肠胃传染隐孢子虫可导致腹泻疾病,可能伴随着腹部疼痛、恶心、厌食、脱水和体重减轻等症状。大部分个体在2星期内没有疾病症状,免疫缺陷的个体症状更为严重些,尤其是AIDS患者一经传染往往致命。