美国水体微生物污染防治经验的探析与启示

文／吴仁人 汪光 陆俊卿 李开明

摘要：目前，我国各大水系均已受到不同程度的微生物污染，对人类健康构成了巨大的潜在威胁。水体微生物污染也一直是美国面临的重要环境问题，其在长期防治过程中积累了丰富的经验。本文通过分析美国水体微生物污染的现状及其在法律标准、工程治理、科学研究、公众参与方面的经验，提出完善法规标准、加强政策引导、推进与常规污染物协同控制、开展微生物污染源解析研究、推动公众参与等方面的建议。

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关键词 ：水体微生物；污染防治；污染源解析；美国

随着我国新型城镇化的不断推进及人民生活水平的不断提高，生活污水和畜禽粪便带来的生态环境问题变得日益突出。未经处理（或未完全处理）的生活污水和畜禽粪便中含有大量的病原微生物，随径流进入地表水后造成较为普遍的微生物污染。水体微生物污染也是美国面临的重要环境问题，为此美国制定了较为完善的法律规范和标准体系，实施了大量微生物污染预防与治理工程，鼓励公众广泛参与环境管理决策，建立了完善的水体微生物污染防治管理体系。在我国大力推进生态文明建设的进程中，美国对水体微生物污染的防治经验可对我国环境管理工作提供较好的借鉴。

美国水体微生物污染现状

20世纪50年代以前美国的环境水体（特别是饮用水水源）受微生物污染较为严重。自1972年美国国会颁布实施《清洁水法》(Clean WaterAct，CWA)以来地表水污染得到有效控制，但多年来水源传播性疾病的持续频发表明微生物污染仍是水环境的主要安全隐患。调查显示，美国每年约56万人因水源造成传播性感染，其中约1.2万人因此诱发疾病身亡。如1990-2000年至少发生了10起大规模的水源微生物污染，特别是1993年密尔沃基地区有约40万人因水源微生物感染致病，是美国纪录在册的涉及人数最多的一次水源传播性疾病。美国环保署(USEPA)于2000年对全美河流进行了全面调查评价，结果显示全美70%的河段受到污染，其中13%为粪大肠菌群等微生物指标超标所致。2001-2002年，全美共暴发65次水源性疾病，一半案例直接与接触或饮用受污染的水体有关，这是自1978年以来污染范围最大、暴发最频繁的年份。另外，美国东西海岸和湖库娱乐场所每年也因微生物污染临时或长期关闭，尽管投入大量资金治理，但直至2010年，仍有37%的娱乐场所因微生物指标超标被迫关闭。

污染事件使民众对此越来越关注，政府迫于压力开始着手解决水污染问题，以保护河流湖泊水质和改善整体生态环境。联邦、州和地方政府近30年来已经投资近2000亿美元，成功建设近14000个市政污染处理设施，并广泛开展畜禽养殖和非点源污染的防治，有效地遏制了环境水体微生物污染。

美国水体微生物污染防治的基本经验

美国被认为是世界上水环境管理水平最高的国家之一，其在微生物污染防治方面的经验具有很好的借鉴意义。

完善的法律与标准体系

美国国会于1948年颁布了《联邦水污染防治法》(Federal Water Pollution Control Act, FWPCA)，该法经过多次重大修订，形成了至今仍在美国水环境保护中发挥重要作用的CWA。为更好地反映病原微生物对人类健康的影响，CWA基于研究结果对不同用途的地表水水质基准进行了一系列修订。通过大量的文献调研和流行病学研究，美国环保署(USEPA)于1986颁布了《细菌的水环境质量基准-1986》(Ambient Water Quality Criteria for Bacteria-1986)，将大肠埃希氏菌和肠球菌作为淡水的指示微生物，并分别制定了浓度限值。2001年，USEPA编写了“Protocol for Developing Pathogen TMDLs, First Edition”，该草案特别推荐将大肠埃希氏菌和肠球菌作为指示娱乐水体微生物污染程度的指标，并针对水体功能分别确定了相应的浓度限值，随后颁布的“Time-Relevant Beach and Recreational Water Quality Monitoring and Reporting”(USEPA, 2002)与“Water Quality Standards for Costal and Great Lakers Recreational Waters: Final Rule”(USEPA，2004)中病原微生物浓度限值则直接采用了该标准的相关规定。经过大量流行病学案例研究，于2012年新制定的《娱乐用水水质基准》(Recreational Water Quality Criteria)仍选用上述两种微生物指示淡水受粪便污染的状况。在州层面，各州分别制定了相关的质量标准，病原微生物的浓度限值多采用或严格于EPA联邦标准。

在饮用水水源水质安全保障方面，美国国会于1974年颁布了《安全饮用水法》(Safety Drinking Water Act，SDWA)。由于就如何保证饮水安全存在较多争议，该法自颁布后分别于1986年和1996年进行了修订，最终制定了总大肠菌群(Total coliforms)、粪大肠杆菌(Fecal coli)、大肠埃希氏菌(Escherichia coli)、非自养菌总数(heterotrophic bacteria)、隐孢子虫( Cryptosporidium)、兰伯氏贾第虫(Giardia lamblia)、军团杆菌( Legionella)、病毒(Viruses)8项微生物指标的最高污染物浓度指标值。

强化污染治理工程

1972-1990年，联邦政府投入超过620亿美元用于集中式污水处理设施的建设和升级改造。USEPA按照“国家污染物排放削减体系”的具体措施对生活污水和污泥进行处置管理，经过多年的努力，生活污染已得到有效控制。美国的畜禽养殖多为规模化家庭农场，基本都建立了粪便及污水处理设施。

加强微生物污染源解析研究

USEPA在长期的微生物污染防治工作中发现，大肠菌群等传统污染指标仅能反映出环境受粪便污染的程度，而不能识别粪便污染的确切来源，更不能评价各种污染源的污染贡献率。由于缺乏对粪便污染来源的准确掌握和定位，使得治理工作只停留在“见污治污”阶段，这也在一定程度上增加了污染治理的难度与成本。因此，美国科学家于1980年前后开始了微生物污染源解析技术的研究。

已有研究证实微生物污染源解析技术可为最大日负荷总量(TMDL)计划的污染负荷配置提供有效方法。此外，最佳管理措施(BMP)也将其分析结果直接应用于非点源污染的控制对策中，为流域水环境质量管理作出了贡献。当污染事件发生时，微生物污染源解析技术可较准确地指明污染来源，不仅有助于公共健康的风险管理，还有助于管理者对突发污染事件做出快速的应急反应，帮助指证环境污染的责任者。目前，USEPA和国家环境监管机构已将微生物污染源解析技术作为水质管理的重要组成部分。

充分激发民间团体和公众的参与热情

USEPA制定了公众参与政策，民间团体和公众可就水体保护问题发表意见。USEPA于2006年发布“Voluntary Estuary Monitoring Manual: Biological Measures”，以降低公众参与环境质量监测的门槛。各州相继成立了如“Volunteer Monitoring Program”等民间团体，志愿者可在家庭或学校简易实验室分析敏感地区水样，并将监测结果公布于众。以缅因州布斯贝港为例，政府部门年度监测的样品数仅占总监测数的45%（4118个），公众的热情参与不但为政府决策提供了丰富的数据信息，还极大地提高了公众环境保护意识。

美国经验对我国水体微生物污染管理的启示

根据2006年卫生部组织的全国生活饮用水污染突发公共卫生事件的统计结果，1986-2005年发生的152起饮用水污染事故，大多由水源污染造成，其中生物污染约占70%，且近些年来这一趋势仍没有得到明显改善。研究指出，2010-2011年丰水期和枯水期对黄河流域的4个干流断面和1个支流断面监测发现，兰州、西安、郑州断面微生物污染比较严重，均属于劣V类水平。《中国环境质量报告》和《全国地表水水质月报》数据表明，2012-2014年我国各大水系均受到不同程度的微生物污染，有约6%的断面微生物指标长期处于劣V类水平。可见水体微生物污染仍是我国面临的突出环境问题，严重威胁到了人类的生存环境和饮水健康。美国在水体微生物污染管理方面的经验对我国具有重要借鉴意义。

完善相关法规标准

在环境质量标准方面，美国20多年前就已摒弃了将粪大肠菌群作为水环境质量指标，而我国《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)仍将其作为水体评价微生物污染的唯一指标。限值方面，美国《细菌的水环境质量基准-1986》中大肠埃希氏菌限值为1260个／升，而适用于我国集中式生活饮用水地表水源地二级保护区的Ⅲ类水粪大肠菌群限值为10000个／升，相比之下凸显限值之宽松。同时，微生物指标仅为《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定24项基本项目的其中1项，且用于评价全国地表水环境质量状况的《地表水环境质量评价办法（试行）》（环办[2011] 22号）仍以理化指标为主，仅将微生物指标（粪大肠菌群）作为参考指标。因此，应强化环境水体微生物指标基准值的研究，加快对《地表水环境质量标准>和《地表水环境质量评价办法》等标准和规范中的微生物指标类型及限值进行修订，继而修订相关排放标准，并逐步完善和严格其他国家和行业标准。

加强政策引导

虽然我国地表水和地下水的微生物污染程度不容乐观，但《重点流域水污染防治规划(2011-2015)》、《全国畜禽养殖污染防治“十二五”规划》、《全国地下水污染防治规划（2011-2020）》及其他水环境领域的重点规划对微生物污染防治均未做出要求，足以窥见我国环境管理对微生物污染的忽视。在未来水环境政策制定的过程中，应强化微生物污染防治方面的政策引导，促进水环境管理的完整性。

推进与常规污染物的协同控制

生活污水和畜禽粪便是水体微生物污染的最主要来源。截至2010年底，我国城市和县城的污水排放总量已达到450.8亿吨。随着经济的快速增长和农村生活水平的提高，农村生活污染对环境的压力越来越明显。但我国目前对于农村生活污水排放量的统计还是空白。据测算，全国农村每年约产生生活污水90多亿吨，人粪尿年产生量为2.6亿吨，绝大多数通过直接排放的方式进入环境。同时，我国畜禽养殖业规模化快速发展，但养殖场环境管理水平普遍较低，由于缺少必要的污染治理投资，绝大多数的养殖场没有建造配套的粪污处理设施。鉴于微生物污染的来源特征，应完善微生物污染物的减排方案，强化生活污水和畜禽养殖污染处理过程中与COD、氨氮等常规污染物的协同控制，积极争取协同增效的双赢局面。

开展微生物污染源解析研究

美国和部分欧洲国家较早地开展了水体微生物污染源解析工作并取得积极的进展，但我国在此方面起步较晚，目前仅有零星的报道。微生物污染源解析具有一定的区域特性，如日本地区的研究成果与在法国地区的验证结果相左。此外，由于自然环境和社会发展水平等因素的差异，各国在微生物源解析研究的关注点上有较大不同：欧美等发达国家市政污水处理设施相对较完善，畜禽养殖则以牛为主，并且随着研究的深入发现野生动物对水体微生物水平有较大影响；而我国水体受生活源污染较明显，畜禽养殖则以猪和家禽为主。基于以上因素，应针对我国社会发展现状在地区适应性、定性和定量多方面加强研究。

以新《环境保护法》为契机推动公众参与

鉴于我国地表水污染的主要成因，微生物指标可较好的反映水体总体污染程度，且粪大肠杆菌等常规微生物指标相比高锰酸盐指数、氨氮等指标更易实现大众化监测。因此，为更好地推动环境公众参与和贯彻落实《关于推进环境保护公众参与的指导意见》（新修订《环境保护法》后我国发布的首个对环境保护公众参与做出具体规定的政府性文件），可借鉴美国在发布简化版的监测方法标准后广泛吸纳公众参与环境质量监督的经验，以微生物污染防治为突破口实现尊重和保障公众的环境知情权、参与权和表达权，改变我国被动参与多、主动参与少，形式上参与多、实质性参与少的环境保护公众参与现状。

（吴仁人系环境保护部华南环境科学研究所国家环境保护水环境模拟与污染控制重点实验室工程师，汪光、陆俊卿、李开明，环境保护部华南环境科学研究所。陆俊卿系通讯作者）