饮用水的安全性主要表现为生物指标和水质化学指标等。近年来，随着水源污染的加剧和深度处理工艺的应用，供水系统中无脊椎动物的种类和数量均大幅增加。无脊椎动物穿透生物活性炭池进入清水池和供水管网后，会对饮用水的安全性造成潜在风险。供水系统常见的无脊椎动物包括单细胞原生动物类、多细胞后生动物，如轮虫类、线虫类、寡毛类、水生昆虫及其幼虫等。一些体型较大的动物如摇蚊幼虫、颤蚓等，因为身体呈现红色也被称为“红虫”^[2]，容易引起用户反感和投诉，影响消毒副产物浓度。无脊椎动物本身也会携带一些病原菌^[3]和寄生虫^[4]，对其体内的微生物有保护作用，使其免于消毒剂的影响^[5]。本文总结了水厂净化设施和供水管网的无脊椎动物对供水生物安全的潜在风险和健康影响，针对其调控与泄漏控制等提出了相应的技术策略。

无脊椎动物伴随着供水系统的发展长期存在。1915年，Malloch等^[6]首次在美国爱荷华州布恩市的供水系统中发现摇蚊幼虫（俗称“红虫”）。20世纪30～60年代，Floris等^[7,8]在英国多个地区的饮用水中均发现了无脊椎动物。当采用“混凝-沉淀-过滤-消毒”为主体的净水工艺逐渐取代慢滤后，无脊椎动物孳生的问题大都得到有效控制。臭氧生物活性炭（O₃-BAC）深度处理技术在水厂应用并逐渐推广后，供水系统的无脊椎动物的污染风险重新凸现。由于活性炭发达的孔隙结构，微生物会在表面附着生成丰富的生物群落^[9]。当活性炭层的无脊椎动物生长繁殖到一定程度后就会穿透并进入清水池和供水管网，出现无脊椎动物的泄漏问题^[10]。

南方湿热地区某水厂调查发现^[11],O₃-BAC处理后，无脊椎动物的种类和数量显著增多，主要类群为轮虫和剑水蚤。根据南方某水厂13个月的调查结果^[12],BAC池的无脊椎动物由3个纲的23种动物组成，轮虫属于主要类群，且BAC池可以使无脊椎动物密度提升6倍以上。长江下游地区某水厂的调查结果显示^[13,14]，出厂水的无脊椎动物密度最高达到38 442个/m³，且无脊椎动物密度会随温度的升高而增加，夏季时无脊椎动物密度可达到冬季的100倍以上。荷兰某水厂的活性炭池进出水检测结果同样说明生物活性炭池的无脊椎动物泄漏问题，而且优势动物多样性类似^[15]。可见，供水系统的无脊椎动物广泛存在于世界各地的供水系统中，在所有的无脊椎动物调查结果中，轮虫都是其中的优势类群，占比可达到90%以上^[10,11,12]。

迄今为止，还没有任何国家或地区针对饮用水的无脊椎动物制订强制性控制标准。水厂控制无脊椎动物的方法有提高反冲洗强度、调整反冲洗周期、降低滤速、预加氯、缩短排泥周期等^[13,16,17]。

体型大小在0.1mm以内的微型动物无法被肉眼看到^[18]，其中体型较大的甲壳类、寡毛类有时可以被直接看到，更易引起用户的关注，会造成感官刺激和居民对饮用水水质安全的恐慌^[1]。对华南某市A区在2003～2012年接到的用户有关“红虫”的投诉进行了统计，主要集中在5～11月，其中6月的投诉量最大^[19]。

无脊椎动物及其代谢产物如氨基酸、蛋白质、脂肪等是水中自生性有机碳的主要来源^[20]。这些物质是消毒副产物的重要前驱物^[21]，且单位致癌风险远高于THMs，严重威胁用水安全。有研究表明，桡足类、摇蚊幼虫都会在消毒过程中促进消毒副产物含量增加^[22,23]，这两种无脊椎动物广泛存在于供水系统^[11,12]。

剑水蚤是桡足类节肢动物的常见种，分泌和排泄产生的代谢产物包括氨基酸、蛋白质、脂肪等都是DBPs的前驱物。以剑水蚤的代谢产物为研究对象^[24]，使用次氯酸钠模拟氯消毒过程，研究表明，反应时间、加氯量和温度均可以促进消毒副产物生成，如三氯甲烷（TCM）、二氯乙酸（DCAA）、三氯乙酸（TCAA）和水合氯醛（CH）；随着反应时间的延长和加氯量的增加，含氮类消毒副产物二氯乙腈（DCAN）和三氯硝基甲烷（TCNM）呈现先增加后减少的趋势；随着温度的升高，含氮消毒副产物和卤代酮的生成量减少。

改进消毒方法可以减少剑水蚤对消毒副产物的贡献率^[25]。氯消毒前加入ClO₂预氧化，可以减少剑水蚤溶出物生成TCM和CH的产率，且预氧化ClO₂投加量越多，生成的消毒副产物越少；随着反应时间延长，TCM和1,1-二氯丙酮（1,1-DCP）也不断减少。使用高锰酸钾预氧化同样也可以起到削减消毒副产物的作用。当高锰酸钾投加量达到3mg/L时，对各种消毒副产物的前驱物削减效果最好^[26]，使用氯胺代替加自由氯消毒，可以显著减少剑水蚤生成消毒副产物的浓度，其中对TCM和DCAN削减超过65%，对DCAA和TCAA消减约50%，但卤代酮反而略有升高^[27]。

摇蚊幼虫不仅会造成感官刺激，同样会增加消毒副产物的生成量。摇蚊幼虫在氯化消毒过程中可产生CH、1,1,1-三氯乙烷（1,1,1-TCA）、1,1-DCP、1,1,1-三氯丙酮（1,1,1-TCP）等氯代含碳消毒副产物，升高温度会使所有消毒副产物生成量增多^[23]；采用氯胺消毒，则会产生CH、TCAA、DCAA、TCNM和TCAN，降低Cl/N可以减少各种消毒副产物的生成量^[28]，而且摇蚊幼虫在氯胺消毒后并不会产生明显的生物毒性^[29]。研究认为，与单独使用氯消毒相比，使用二氧化氯预氧化可以抑制大多数DBP（例如三卤甲烷、卤代乙酸、卤代乙腈和卤代酮）的产生^[30]。

要控制无脊椎动物引起的消毒副产物问题，需要选择适宜的净水工艺，强化灭活或去除水中的无脊椎动物。值得注意的是，有的水厂因为需要控制消毒副产物，减小了预加氯处理或消毒剂的浓度，导致无脊椎动物在水厂净化环节过量繁殖。

在温带国家，尚未有证据表明在供水系统中发现的后生动物直接对人类健康产生危害的案例^[18]，但是某些种类的线虫是人类的肠道寄生虫，如蛔虫、钩虫、蛲虫等^[31,32]，可能会引发肠道疾病。摇蚊幼虫可以引发一些人群的过敏反应，导致鼻结膜炎、呼吸和吞咽困难，是一种肺过敏原^[33]，也容易导致皮疹，引发皮肤过敏^[34]。

某些较大型的无脊椎动物可以成为寄生虫的宿主，使得寄生虫通过无脊椎动物在供水管网中传播。例如剑水蚤是麦地那龙线虫的中间宿主，这种线虫是一种通过饮水传播的寄生虫^[35]。剑水蚤对麦地那龙线虫的一龄幼虫有高度的捕食性^[36]。在麦地那龙线虫病流行的地区，原水必须经过净化。

轮虫和水蚤可摄食贾第鞭毛虫卵囊和隐孢子虫卵囊，引起“两虫”的传播。研究者将轮虫放到含有隐孢子虫卵囊的溶液中，结果在旋轮虫体内发现5～15只卵囊，须足轮虫和水轮虫的排泄物中检出多达8只卵囊^[37]。蚤状溞能够吞食贾第鞭毛虫卵囊和隐孢子虫卵囊并排泄到环境中^[38]。

无脊椎动物所携带细菌包含与腹泻、脑膜炎等流行病相关的致病菌和条件致病菌^[39]。一些病原菌存活能力较强，被无脊椎动物摄取后仍在其体内存活并繁衍，这样的无脊椎动物也就成为了病原菌的寄主，从而导致致病微生物通过供水系统传播。还有一些无脊椎动物吞食细菌后使其免于消毒的影响^[40]，减弱了消毒效果，使病原菌得以在供水管网中传播。供水系统常见的无脊椎动物大都可以对病原菌提供庇护，如变形虫、线虫、轮虫等。

变形虫有胞囊和滋养体两个生长阶段，滋养体在水中仅可存活数小时，常规消毒即可将其杀灭；但是胞囊的生存能力很强，可以耐受高浓度的氯消毒。变形虫摄入细菌后，通过消化液泡将细菌从体内中排出^[41]，排出的液泡称为囊泡。Loret等^[42]对法国某地水源和水厂中变形虫及体内携带细菌的研究结果表明，40%～95%的水源样本存在变形虫，常规氯消毒对变形虫的卵囊不具有杀灭作用。从供水管网非结核分枝杆菌和变形虫的存在和相关性研究表明，87.6%的变形虫携带有非结核分枝杆菌，一些变形虫能够携带条件致病性分枝杆菌^[43]。

军团杆菌（Legionnella）可导致肺炎等呼吸道疾病，常寄生于变形虫体内，变形虫排出的单个囊泡内能包含上万个军团杆菌。对南非3个医院的供水系统调查发现，72.4%的样品存在变形虫；9.9%的样品检测出嗜肺军团杆菌^[44]。对游离军团杆菌和寄生于变形虫体内的军团杆菌进行紫外消毒杀灭研究的结果表明^[45]，强度为45J/m²的紫外光对游离的军团杆菌杀灭达3log，而对于寄生于变形虫体内的军团杆菌，达到相同的杀灭效果则需要紫外光的照射强度达到990J/m²；变形虫使紫外线消毒效果降低为原有的50%～67%。变形虫对于多种致病菌都具有庇护作用，但是其报道在国外较多，可能是目前国内供水系统中变形虫数量较少，且饮用水沸腾后饮用，不足以引发疾病。

线虫具有较强的耐氯性，常规的净水处理工艺和消毒不仅难以杀灭，还可以庇护多种致病菌。研究者对秀丽隐杆线虫饲喂大肠杆菌和枯草芽孢杆菌孢子，然后使用40mJ/cm²的紫外线对线虫进行照射，考察其杀灭效果^[46]。研究表明，仅有15%的紫外线能穿透虫体杀灭大肠杆菌和枯草芽孢杆菌孢子；对游离大肠杆菌的杀灭率达到10log的剂量下，对线虫体内的大肠杆菌杀灭率仅达到2.7log；同样地，对游离枯草芽孢杆菌孢子杀灭效果为4.7log，而线虫体内的杀灭效率仅为0.7log。研究发现^[47],75%～85%的秀丽隐杆线虫在孵育2h后摄入多达200个隐孢子虫的卵囊，摄入的卵囊在线虫的消化道内保持完整，可存活并且具有感染性。线虫还可以摄取沙门氏菌和志贺氏菌，甚至可以摄取少量的柯萨奇病毒。24h后，仍有6%的伤寒沙门氏菌存活；48h后还有1%的伤寒沙门氏菌存活。还有研究表明^[48]，供水系统的小杆线虫可以对大肠杆菌起到庇护作用。当余氯为1mg/L时，游离大肠杆菌15min后被杀灭6log；但是存在小杆线虫的条件下，仅减少2.5log。由此说明，线虫吞食病原微生物所产生的庇护效应可以使消毒对于细菌的杀灭效果下降3个数量级或更多。线虫是国内大部分供水系统的优势种类之一，且数量较多^[11,12]，耐氯性强，其在供水系统的控制尚需引起重视。

一些轮虫和枝角类也具有携带病原菌的潜力。如一些受霍乱弧菌污染的原水，一些霍乱弧菌可附着于轮虫和枝角类后生动物的外壳，当除去无脊椎动物后，霍乱弧菌减少了99%^[49]。有研究认为，霍乱弧菌和桡足类动物存在密切的正相关性，桡足类的几丁质壳是细菌存活和生长所需的适宜环境，弧菌通过与几丁质结合并将其作为唯一碳源和氮源^[50]。

通过对比可以发现，在消毒过程中若是存在无脊椎动物的庇护，对病原微生物的消毒效果一般会下降3log以上，即不到原先效果的0.1%。同时，一些病原微生物与无脊椎动物存在共生或寄生关系，无脊椎动物的存在会使其更易繁殖和传播。

目前水厂净化的消毒环节可以将绝大多数游离的病原微生物杀灭，但一些无脊椎动物对氯消毒有很强的抵抗能力，不易被灭活和去除，为病原菌和寄生虫提供了适宜的生存环境。无脊椎动物会将病原菌和寄生虫带入供水系统中并发生迁移甚至增长^[51,52]。一些无脊椎动物本身也具有致病性，会对人类健康造成威胁。无脊椎动物的代谢产物和残骸会对水质稳定性造成影响^[53]，引起病原生物和其它无脊椎动物在供水管网和二次供水设施中过量繁殖^[12,54,55]，从而影响饮用水的安全性。图1表示了供水系统中无脊椎动物对安全性的影响途径。

通过表1中的对比可以发现，变形虫和线虫对病原微生物的庇护范围更广，因此应当作为处理工艺中控制的重点对象。轮虫的耐氯性较差，易被杀灭，因此其庇护作用也较小，但其在供水系统中的数量占优，应着重考虑其代谢产物对水质的影响。

目前的关注重点应当在于无脊椎动物对病原微生物的庇护作用，以及无脊椎动物在供水系统整个过程中的来源问题。供水系统中无脊椎动物主要是在O₃-BAC中繁殖的，但是其来源不同，一部分是从原水中迁移来的，比如轮虫、甲壳类；一部分则是从外界传播至供水系统中的，比如摇蚊幼虫；还有一部分是在供水管网中繁殖产生的。因此，对于不同类别的无脊椎动物，应当研究其在供水系统中的繁殖特性，在适当的环节进行控制。

对于无脊椎动物携带病原微生物的控制，在无法进一步限制无脊椎动物繁殖和强化杀灭的情况下，仍应当以持久的消毒为主要应对方法。虽然被无脊椎动物摄食的病原微生物可以暂时免于被杀灭，但是其被释放出来后，如果水中消毒剂浓度足够，仍然可以保证对病原微生物的杀灭去除。因此保证供水管网及末梢中的消毒剂浓度是十分重要的。

供水系统的无脊椎动物对饮用水水质和生物安全性造成的影响不可忽视。当前，对无脊椎动物的控制已有较多研究，工艺和控制方法都逐渐成熟，但是对无脊椎动物安全性风险的评价和控制等研究较为缺乏。目前，有关无脊椎动物的安全性风险研究多集中于其对病原菌和寄生虫的迁移和保护，但在实际供水系统中，无脊椎动物体内的病原菌和寄生虫的调查或研究十分缺乏，缺少系统性评估。

笔者认为，对供水系统的无脊椎动物安全性风险评估和控制研究，有必要重点关注以下几个方面：

(1）实际供水条件下无脊椎动物的病原微生物健康风险评估，无脊椎动物的生物稳定性影响评估，以及无脊椎动物对消毒副产物贡献的评估。

(2）基于生物安全性的无脊椎动物控制标准，并可以根据不同地区的生态特性进行调整。

(3）研究和开发高效的杀灭技术强化耐氯无脊椎动物和微生物的杀灭，从水厂净化和供水管网等全生命周期加强无脊椎动物的泄漏、迁移和二次繁殖控制，确保供水安全。