城市供水系统是重要的公共服务设施，全球范围内由于供水系统污染引起的公共卫生事件频繁发生，特别是生物污染引起的聚集性疾病更多，而街区、小区和建筑作为供水系统的“最后一公里”,由于系统类型多样、相关环节复杂、管理单元繁多等原因，可能的生物风险点更值得关注。概述生物污染在世界各地街区及建筑小区供水系统中出现的案例及其研究进展，对细菌、病毒、微型动物几种主要的生物风险进行了分类分析，详细阐述了在街区以下主要层级的生物风险分布，并对当前的生物风险评估方法进行了分析，展望了未来的研究方向，可侧重于街区以下层级生物风险识别体系的构建，生物污染风险评估方法的研究，加快推进相关法规标准的建立，并建立系统化的控制措施。

0 引言

城市饮用水水质安全问题是重大社会安全问题。饮用水供水系统生物污染事件屡见报道，发生频率虽然不高，但影响广泛，危害用户健康，且可能导致水源性疾病的暴发流行，引发社会恐慌。中央全面深化改革委员会第十二次会议中，强调把生物安全纳入国家安全体系，系统规划国家生物安全风险防控和治理体系建设，反映出党中央对生物安全的高度关注。饮用水生物安全保障是国家生物安全体系的重要组成部分，而其中建筑与小区供水系统生物安全保障更是重中之重。一方面，建筑小区饮用水生物污染事件频发，水质安全堪忧，居民健康风险增加；另一方面，饮用水在进入市政管网时生物指标必须达到国家生活饮用水水质标准，但在供水末端，却缺乏相应的标准及有效管控。因此，笔者对建筑与小区供水系统生物风险识别与评价的研究现状及进展进行综述，为今后相关研究和实践提供理论支撑。

1 饮用水供水系统中生物风险概述

生物风险存在于饮用水供水系统各个环节。Park等研究发现螺旋菌在苏格兰东北部供水管网系统中普遍存在。Quti等对供水管网管垢中微生物进行分析，检测出真菌、大肠杆菌、异养菌等微生物，且广泛存在于不同地区的供水管网中。Moreira和Bondelind对2000-2014年间微生物饮用水源性暴发进行了综述，暴发原因分为原水污染，处理环节缺陷和管网故障。Kwon等研究发现，通过过滤和消毒工艺可以显著降低微生物含量。饮用水供水系统中，市政供水领域关于微生物的研究、相关标准均较多，处理技术相对成熟，生物风险整体可控。

而在建筑与小区给水系统中，由于余氯不足、维护管理不善等原因，微生物生长繁殖，造成水质的二次污染。据文献研究，北京市1990-1998年间共发生88起水质污染事件，其中29起发生于建筑与小区层面。丛泽等对北京市于1996-2006年10年间发生的93起水污染事件分析发现，17%为二次供水污染事件，65%为自备水源井污染事件，且生物污染约为总污染事件的79%。重庆二次供水检测站相关资料显示，二次供水细菌总数合格率为92%。Li等研究发现，二次供水系统服务的公共建筑水龙头中，细菌16S rRNA基因、军团菌和分枝杆菌基因标记物的数量高于自来水。

目前，对建筑与小区供水系统潜在生物风险的研究有限，深度及精度不足，亟需展开广泛研究。针对建筑与小区供水系统中生物风险研究的进展，笔者将从生物污染类型、风险点分布和风险评估方法等方面进行论述。

2 建筑与小区供水系统中的生物污染类型

建筑与小区供水系统中生物污染种类包括细菌、病毒、微型动物等。WBDOSS对美国1971-2006年期间发生的465起公用给水系统污染事件开展了调查，结果表明，寄生虫污染事件130起，细菌污染事件111起（其中军团菌污染24起），病毒污染事件54起。根据相关文献总结，我国建筑与小区供水系统中常见生物污染类型包括轮状病毒、甲肝病毒、诺如病毒、军团菌、大肠杆菌、红虫等。

2.1 细菌

生活饮用水细菌污染是介水传播疾病尤其是腹泻的主要原因，其中军团菌污染在建筑与小区供水系统中经常发生。军团菌喜水、嗜热怕冷，对氯气具有耐受性。常规饮用水处理工艺中，加氯消毒的方式并不能有效消除军团菌，其常隐匿于管网管垢、储水池池壁生物膜中。除此之外，空调冷凝水和冷却塔循环水的管道系统，由于温度较高，加之流动性差，为军团菌的大量增殖提供了理想的生存环境。另外，军团菌在阿米巴等原虫细胞内寄生，可以通过阿米巴原虫及其包囊的庇护抵御消毒的作用。陶黎黎等在上海市8所医院开展了供水系统中的军团菌污染调查，结果表明军团菌属污染在医院供水系统中较为普遍，污染浓度高，存在较高的安全风险。

2.2 病毒

各类微生物中，病毒形体微小，无细胞构造，抗性强，常规饮用水处理工艺难以全部去除。其中，以肠道病毒、肝炎病毒、轮状病毒居多，造成腹泻、肝炎等多种疾病。自20世纪50年代开始，轮状病毒引发的腹泻曾在我国20多个省市发生过，其流行范围几乎遍及全国。2004年，四川某地因饮用水甲肝病毒污染，导致123名学生患病。2006年3月，湖南某乡镇小学因饮用水污染暴发甲肝疫情，52名学生患病。诺如病毒是全世界急性非细菌性胃肠炎爆发的最常见原因。2006-2013年，据统计，我国共报告诺如病毒感染疫情56起，病例共计4 979例，且呈现逐年递增趋势。

2.3 微型动物

美国的Malloch团队首次于爱德华州供水系统中发现摇蚊幼虫的存在。1960年代，英国环境保护署调查发现无脊椎动物广泛存在于英国各地大部分供水系统中。Christensen等在2011年的报道中指出在丹麦没有进行加氯消毒的供水系统中，发现了栉水虱、小型无脊椎动物和环节动物。红虫主要有颤蚓、水丝蚓和摇蚊幼虫，喜生活于流动缓慢的淡水中。相关文献显示，美国的洛厄尔城及英国的艾塞克斯城均发生过饮用水红虫污染事件。在我国，建筑与小区饮用水红虫污染事件在南方城市频发，并常于二次供水池中发现。李贤冠对深圳市建筑与小区给水污染事件进行研究，结果表明，红虫在市政供水系统中并未监测到，但二次供水系统中多次发现红虫的存在。尹文超等综述了世界各地曾发生的无脊椎动物污染饮用水的案例，并提出有必要对实际饮用水系统中由无脊椎动物带来的安全风险进行系统的评估。

3 建筑与小区供水系统生物风险点分布

3.1 街区（街道）生物风险分布情况(见图1)

注：图中数字标识为参考文献序号。

图1 街区（街道）生物风险分布

丛泽等对北京市于1996-2006年10年间发生的93起水污染事件分析发现，60起事件的水源为自备井。曾小峰等对北海市农村58所自备水源学校开展了水质调查，结果发现微生物指标不合格率高达36%。李晓路等调查了东北某地水源水及生活饮用水微生物指标状况，自备井水的微生物指标不合格率分别为95.45%。钟格梅等对2007-2008年国内文献中40起水源为自备井的水污染事件进行分析，其中93%的供水污染事件为生物性污染，共37起，发生场所主要为学校、街道及社区。对这些事件发生原因进行分析，主要包括以下6类原因：

因抽水量大产生的负压，导致污水渗入，污染水源；

自备井水源供水系统长久不使用，重新启用时未做好清洁消毒；

水源卫生防护距离不足；

水源被传染源排泄物污染；

洪涝导致水井被淹没，造成污染；

消毒设施损坏导致消毒失效。

2011年12月，深圳市立新花园爆发了一起诺如病毒感染性腹泻疫情，临床诊断病例109人，确诊病例16人。通过全面调查发现，该小区地下水池被诺如病毒污染，究其原因，可能是周围环境污染，卫生防护距离不足，周边存在污水排放渠及垃圾堆放点，且水池后期维护管理不当，引发生物污染事件。2016年7月，上海市新村路285弄小区有居民投诉饮用水中存在红虫，调查发现，红虫污染主要来源于二次供水水箱，由于水箱流动性差，夏天温度升高，成为了红虫孳生的温床。李红等研究发现，建筑与小区供水系统设计时，未充分考虑生活水池与化粪池、垃圾堆放点等场地的卫生防护距离，保护措施不足，容易导致生活水池被污染，影响饮用水水质。2019年7月12日起，北京朝阳区豆各庄地区部分小区居民出现腹泻情况，检测出诺如病毒感染。这次事件朝阳区共有8个社区受到波及，其供水均源自豆各庄水厂供水，属于自备井。通过调查发现，其污染原因可能是由于非法排污，且存在周边环境污染的可能。2020年2月，广东梅州一所学校发生诺如病毒感染疫情，共391例发病。

3.2 建筑与小区室外供水管网生物风险点

世界卫生组织在建筑水安全研究中指出，粪便污染中的肠道病原体（细菌、病毒和原生动物）可通过建筑物的社区供水系统、独立供水系统和内部管道系统中的故障进入（例如，未开槽的储水罐、污水系统或中水系统的错接）。建筑与小区内管网或管网末端装置（如过滤器）可能因为低流量和水滞留导致微生物滋生。

陈旭和黄廷林等研究发现，管网漏损现象在我国广泛存在，漏损的管网一旦失压，红虫或虫卵可能由于倒吸进入，造成污染。李贤冠通过对二次供水管理存在的问题研究后进行了概括，主要包括：给水管的质量不符合标准或不满足卫生要求；污水管与给水管埋设距离不足，某些给水管位于废水渠下方；部分小区管网年久失修，管网压力不足时污水倒灌进入饮用水管；给水管与污水管错接混接；用户私接乱接管网进入市政排水检查井等，均会导致建筑与小区管网生物风险。

根据相关文献总结，建筑与小区管网生物风险点主要包括：

给水系统故障，包括社区供水系统故障、独立供水系统故障、管网漏损、给水管不符合上水管质量和卫生要求等；

给水管网与中水管网的错接混接；

给水管与污水管就近并行埋设，或污水管与上水管错接；

混接错接入市政排水检查井。

具体生物风险点分布如图2所示。

注：图中数字标识为参考文献序号。

图2 建筑与小区室外供水管网生物风险点分布

3.3 建筑与小区供水设施生物风险点

李宁怀等对饮用水中红虫污染研究发现，由于二次供水水池维护管理不当，若长时间不清洗，红虫卵极易在水池中生长繁殖，造成污染。相关文献对二次供水污染原因分析中指出，由于管道设计不合理引起的污水倒灌、储水箱卫生防护不足、周边环境污染等原因均可能造成生物污染，具体包括： 

贮水箱溢流管和进水口缺乏有效防护，摇蚊虫可能会进入产卵；

污水管与储水池排污口或溢流管相通，若管道堵塞造成水位上升，则会有污水倒灌现象；

贮水箱余氯不足，运行维护差，为摇蚊虫的生存和繁殖营造了良好的生存环境，尤其是存在水垢及生物膜的池壁；

水管年久失修，出现锈蚀、连接处逆止阀存在质量文题，也会出造成污水倒灌；

水箱构造设计不合理，缺乏有效防护及管理维护，所处位置较低；

水箱使用时间较长，维护管理缺乏，存在渗漏、破损等情况，引发供水污染。

于春霞等在对中山市水中红虫污染原因调查研究中指出，消防水池比储水池更易遭受污染，若消防水池与生活水池合建，水池的出水管位一般都要高于消防水位，而火灾极少发生，导致部分死水始终留存在管道中，为红虫孳生提供了理想环境。Li等研究发现，在住宅建筑中，与主干管相比，主要在水箱和水龙头中检测到肺门菌、棘阿米巴菌和蠕形菌的基因。较长的保水时间、较暖的温度和消毒剂残留的损失促进了二次供水系统中微生物的生长和潜在病原体的繁殖。

世界卫生组织在建筑水安全研究中指出，在许多建筑物中，高位水箱是建筑物中配水系统的组成部分。必须保持此类储液罐的完整性，以防止污染物进入，否则将存在生物风险。设备的维护不善和间歇性使用可能会提供支持微生物生长(如李斯特菌、假单胞菌、军团菌和真菌)的条件。Kuroki等对日本神奈川县一栋多用途建筑内隐孢子虫病爆发的调查中发现，该栋建筑供水系统为两个独立的系统，一个直接连接到市政供水系统，将饮用水供应到一楼，另一个系统经由储水箱，将市政供水系统中饮用水供至二楼到六楼。流行病学调查发现，除第一层外，每层楼都有病人。调查结果表明，此次爆发的原因是由于废水排放系统的意外故障导致饮用水储水箱受到隐孢子虫卵囊的污染。Miyagi等研究发现，当残留氯的浓度低于0.1 mg/L且水温高于20 ℃时，分离出许多细菌。这些结果表明，水温升高以及水箱尺寸与需水量不匹配会导致饮用水中残留氯的损失，引发生物风险。

根据相关文献总结，建筑与小区供水设施生物风险点主要包括：

储水池故障，包括卫生防护不严、储水管道设计不合理、储水箱周边环境卫生、水池余氯低、水箱年久失修，箱体出现渗漏；

生活水池与消防水池合建，水池中常年留存着部分死水。

污水管与储水池排污口或溢流管相通、部分水管连接处的逆止阀质量不达标；

高位水箱卫生防护不严，存在渗漏等；⑤污水排放系统意外故障。

具体生物风险点分布如图3所示。

注：图中数字标识为参考文献序号。

图3 建筑与小区供水设施生物风险点分布

3.4 建筑内供水管网生物风险点

V-lker等通过对德国家庭供水基础设施的现状饮用水质量调查发现，德国地方公共卫生当局对建筑用水系统的微生物控制仍然不完全。在建筑物内的输配系统中，可以定量检测到与健康相关的微生物军团菌和假单胞菌，对用户构成潜在的健康风险。世卫组织在建筑水安全研究中指出，楼宇内多水源管道的错接混接会造成潜在的生物风险，提供不同水质的管网系统应保持物理隔离并清楚标记，防回流装置需安装在不同管网的连接处。安装在使用点的设备若防回流不充分，将使得设备中受污染水回流到饮用水系统。EPA相关研究中同样指出，不同水质管网的错接混接(例如饮用水和其他水质的水)，用户可能无法识别不同的水质。在维护和维修期间，可能会在原来分离的管道系统之间引入非故意连接。

于春霞等研究指出，居民在进行房屋装修时未能充分考虑管网的布局，为了使用方便，在卫生间、阳台、淋浴间、厨房等多处均安装了水龙头，水管铺设错综复杂。其中阳台供水系统由于使用较少，管网中饮用水流动性较差，为红虫的孳生提供了理想的环境，存在回流到水龙头的可能。我国南方，红虫在下水道中大量存在，晚上可能会从下水管中爬到水龙头，聚集为球形，一旦停水产生负压，就会出现倒吸，进入马桶水箱和鱼缸。赵锂等对我国大中型建筑的生活热水水质进行了调查检测，结果表明，22栋建筑中有7栋检测出了军团菌，占比31.8%。

楼宇管网生物风险点主要包括：

不同水质管网的错接混接；

不同管道系统之间的连接点，缺乏有效的防回流装置位置；

使用频率低的阳台洗手台水管；

下水道管；

热水供应管道。

具体生物风险点分布如图4所示。

注：图中数字标识为参考文献序号。

图4 建筑内管网生物风险点分布

3.5 建筑末端用水设施生物风险点

Salehi等进行了一个案例研究，从2015年9月到2015年12月，在4个室内地点对水的使用和水质进行了监测。相较于冷水，热水样品中检出的细菌数量更多。这表明热水管道促进了更大的微生物生长。与配水系统一样，固定装置与供水管线的距离导致了更大的水龄、更低的消毒剂残留量和更高的微生物特性，并且在用水量较低的固定装置中更为严重。2011年，Jone等在欧洲多个国家进行了浴池水水质检测，结果发现诺如病毒的污染率达9.4%。据法新社2004年4月26日报道，西班牙巴塞罗那与达拉戈纳两地共有4 146人在办公室喝了饮水机的污染饮用水后，出现恶心、呕吐与发烧等症状。世界卫生组织在建筑水安全研究中指出平衡的循环热水系统可能造成军团菌危害，如果这种网络的设计较差，流量可能会不平衡，即第一个循环占用了流量的最大部分，因此没有足够的流量供最后一个循环使用。这种频繁发生的故障会直接影响最后一个循环的温度，最后一个循环成为军团菌和其他耐热微生物的培养器。

文献研究发现，部分用户家中采用太阳能热水器供应热水，热水器中长时间留存部分水，流动性差，易造成红虫生长繁殖。在红虫污染相关研究中，存在用户自设水箱红虫污染的现象，究其原因，主要包括卫生防护不足，水箱进水口设置不当，马桶水箱止回阀失灵等。另外，花洒、花盆、家庭自设净水器等均可能出现红虫污染的情况。

建筑末端用水设施生物风险点主要包括：

用户自设水箱；

加热器、太阳能热水器等；

热水管道、循环热水系统；

浴池；

饮水机。

生物风险点分布如图5所示。

注：图中数字标识为参考文献序号。

图5 建筑末端用水设施生物风险点分布

3.6 公共体育、休闲、景观用水设施生物风险

公共体育用水设施中尤以游泳池生物风险较高，泳池使用人员复杂繁多，水质质量安全保障尤为重要，一旦池水受到污染，则会导致多种感染性疾病。柴洪艳等对2017年北京市某区游泳池水质进行微生物监测，共监测水样509份，不合格率达14%，其中，第三季度的水样不合格率最高，为18%。张莉等通过对2016—2018年重庆市某区游泳池进行水质监测，发现有18个游泳池水大肠菌群不合格，其中14个为温泉水，全部未消毒；4个水源为饮用水，其余氯检测值在标准限值范围内。袁琳指出，常见的绿化浇洒、喷泉水景等方式都会产生大量分散在空气中的微小的液滴，而水中残留的细菌会黏附在微小液滴上从而在周围空间形成细菌气溶胶。

世界卫生组织在建筑水安全研究中指出游泳池、喷雾系统（如花园中心、温室、装饰喷泉等）可能是特定生物危险源。暴露可能通过摄入或接触水和吸入某些设备产生的气溶胶而发生，引起呼吸道疾病（如军团菌病、分枝杆菌过敏性肺炎）。

4 建筑与小区生物污染风险评估方法

目前饮用水系统中生物污染风险评估方法侧重于市政供水系统，对于建筑与小区的生物污染风险，缺乏系统的评估方法。笔者对国外饮用水供水系统中生物风险评估的研究进行综述，为今后建筑与小区领域生物污染风险评估方法的构建提供参考。

4.1 细菌

Leiblein等从面向实践的角度讨论了风险管理和军团菌预防，并提供了一份英国、瑞士和德国3个国家的法规、标准和规范的列表，这些文件用于指导设计，操作和维护，以最大程度地减少军团菌在建筑物饮用水系统中引起的风险。其中，英国相关法规规定，对于不遵守行为守则的操作，可以根据健康与安全法规提出起诉。责任人必须进行或启动风险评估。要求确保了解与使用或储存水的建筑物或活动有关的所有规则，以及存在产生或传播可能被居住者吸入的水滴或喷雾（气溶胶）的方法的要求。

在风险评估和危害分析方面，该研究提出，如果在实验室中检测到军团菌含量高于100 CFU/100 mL，则超出了技术措施水平。在这种情况下，德国TrinkwV规定了要遵循的程序，在也提供了针对这种情况的更多详细信息。日常实践的关键重点是准备危害分析。德国UBA的官网上免费提供了关于建立危害分析的建议。

4.2 病毒

Fong等对水生环境中人类和动物的肠道病毒：健康风险、检测和潜在的水质评估工具进行了研究，肠病毒是重要的病原体，通常从粪便污染的影响下直接或间接地从水中分离出来，并与许多水源性暴发有关。鉴于传统细菌指标已被证明不适用于病毒和其他病原体，并且目前存在直接检测方法可轻松分析病毒病原体，因此可能需要直接监测病原体以更好地保护公众健康。已经显示出影响病毒发生和生存的因素可以纳入预测特定类型水中的病毒污染水平的模型中，并有助于控制污染。

另外，肠病毒严格的宿主特异性表明它们可以作为独立于库的良好指标，用于识别水污染源。病毒病原体的分子检测（例如，通过PCR和杂交）是快速且高度特异性和灵敏的，并且通过使用定量（实时）PCR，可以确定环境样品中病毒病原体的浓度。可根据具有不同宿主组的病毒之间的基因型差异来开发PCR检测方法，并可用于更好地表征水生环境中的污染源，从而制定适当且具有成本效益的水质修复计划。

4.3 微型动物

Rose等建立了风险评估模型，以评估暴露于含有不同水平贾第虫囊肿的处理过的水后的感染风险。该模型由针对贾第鞭毛虫的人类摄入研究开发的剂量反应曲线定义，并假设每天耗水2 L。在通过处理实现的不同减少量之后，使用源水中有机物浓度和分布的数据来评估接触量。

尽管有局限性，但该模型可用于检查与各种暴露途径相关的水暴发数据和疾病监测数据。通过将有关贾第鞭毛虫囊肿水平的信息应用于该模型，公共卫生机构，监管机构和给水厂可以评估当前对饮用水供应的处理是否足够，是否需要更有效的处理。标准方法可用于评估水中贾第鞭毛虫囊肿的污染。卫生机构可以在风险评估，成本效益方法中利用这些数据来建立合理的公共卫生保护政策。

5 总结与展望

通过上述综述，对于建筑与小区供水系统，在生物风险识别方面，积累了一定的数据资料。具体的生物风险点主要有：

（1）管网生物风险点，包括管网漏损、不同水质管网错接混接、给水管不符合质量及卫生要求、不同管道连接点缺乏防回流装置、阳台水管使用频率低。

（2）供水设施生物风险点，主要是储水箱故障，具体包括，卫生防护不严、储水管道设计不合理、储水箱周边环境卫生差、水池余氯低、水箱年久失修，箱体出现渗漏、生活水池与消防水池合建，贮水箱的溢流管、排污口直接与污水管（井）相通等。

（3）末端用水设施生物风险点，包括用户自设水箱、太阳能热水器等、循环热水系统和饮水机等。

（4）公共用水设施生物风险点主要包括游泳池及喷泉等。

就目前的认识而言，建筑小区供水系统中生物风险识别还有待深入，同时，我国对建筑与小区生物污染风险评估方法的研究十分有限，相关法规标准也较缺乏。需尽快开展系统化调查，识别关键风险点，建立更完善的生物风险识别体系，研究生物风险评估方法，构建系统化控制措施。