某市公共交通建筑集中空調(diào)冷卻水嗜肺軍團菌污染現(xiàn)況及影響因素

張霞，陳敏，侯雪波，張嘉美，付晨，，張琳，高劍暉，蘇瑾

上海市疾病預防控制中心 a.公共服務與健康安全評價所 b.病原生物檢定所，上海 200336

軍團菌是一種需氧、無芽孢、桿狀或鞭毛狀的革蘭氏陰性菌，廣泛存在于天然水體及人工水環(huán)境中，也存在于盆栽等土壤環(huán)境中。目前已分離鑒定出60余種、70 多個血清型，其中約一半與人類疾病有關，以嗜肺軍團菌中的Lp1 型為主。軍團菌感染可引起軍團菌病和龐蒂亞克熱兩種不同表現(xiàn)的疾病，后者是一種溫和的自限性疾病，而前者則是一種嚴重的、甚至致命的肺炎疾病［1-3］。軍團菌病于1976年在美國首次暴發(fā)。由于人口老齡化、氣候變化、集中空調(diào)的廣泛使用、管道基礎設施的老化、診斷及檢測手段的提升等因素，過去十余年中，美國、歐洲等地的報告病例數(shù)呈現(xiàn)上升態(tài)勢。美國疾控中心監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2000—2017年期間軍團菌病發(fā)病率從0.42/10萬上升至2.29/10萬，增長5.5倍［4］。歐洲疾控中心的數(shù)據(jù)顯示軍團菌病發(fā)病率從2014年的1.3/10萬上升至2018年的2.2/10 萬［5］。軍團菌病最主要的傳播方式為吸入受軍團菌污染的水體霧化后形成的氣溶膠，幾乎所有溫水系統(tǒng)或設備均為軍團菌的生長提供了有利條件。美國疾病暴發(fā)調(diào)查顯示，生活飲用水雖然是疫情暴發(fā)最常見的來源，但與冷卻塔相關的暴發(fā)病例數(shù)更多，由于冷卻塔可將受污染的水霧化，傳播風險更大，受到潛在威脅的人數(shù)往往更多，因此，公共建筑冷卻塔軍團菌污染防控始終是一個重要的公共衛(wèi)生問題［6］。盡管冷卻塔的清洗消毒工作已廣泛開展，但嗜肺軍團菌污染問題依然突出。除了冷卻塔內(nèi)部結(jié)構及運行方式等固有因素外，水質(zhì)狀況、周邊環(huán)境以及管理措施等亦是可能影響嗜肺軍團菌滋生的因素。嗜肺軍團菌污染及其影響因素的多樣性和復雜性為防控工作帶來一定困難，本項目通過對某市公共交通建筑集中空調(diào)冷卻水嗜肺軍團菌分布及影響因素的初步調(diào)查，為公共場所冷卻塔衛(wèi)生管理實施精準防控提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對象和樣品采集

以某市軌道交通車站的集中空調(diào)冷卻塔為研究對象，選擇121座冷卻塔，于集中空調(diào)使用高峰期采集冷卻水水樣共計174份。2018年采樣時間為9—10月，平均水溫23.67℃；2019年采樣時間為8—9月，平均水溫28.29℃。

水樣采集使用滅菌廣口采樣瓶，在距冷卻塔壁20 cm、液面下10 cm 處按無菌操作采集水樣。對于現(xiàn)場采樣條件受限的，在空調(diào)機房內(nèi)采集管道內(nèi)的循環(huán)冷卻水，水樣當日送檢?，F(xiàn)場環(huán)境調(diào)查內(nèi)容包括冷卻塔所屬管理公司、水質(zhì)處理方式、位置、周圍建筑及距離、綠化帶、塔周邊及上方遮蔽物情況。所有冷卻塔每年6—10月期間運行，啟用前均委托專業(yè)機構清洗消毒。

1.2 檢測方法和指標

嗜肺軍團菌檢測方法參照WS 394—2012《公共場所集中空調(diào)通風系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》附錄B。水質(zhì)指標（菌落總數(shù)、色度、渾濁度、電導率、溶解性總固體、pH、鐵、水溫、游離性余氯）檢測參考GB/T 5750—2006《生活飲用水標準檢驗方法》進行，水溫和游離性余氯為現(xiàn)場測定。

1.3 統(tǒng)計學分析

數(shù)據(jù)錄入采用Excel 2019 軟件，采用SPSS 25.0 統(tǒng)計軟件進行分析。正態(tài)分布數(shù)據(jù)和非正態(tài)分布數(shù)據(jù)分別采用均值和中位數(shù)（最小值，最大值）進行統(tǒng)計描述。數(shù)據(jù)的檢驗方法包括卡方檢驗和多因素logistic回歸分析，檢驗水準α=0.05。其中l(wèi)ogistic 回歸分析的自變量包括水質(zhì)指標和管理指標，采用連續(xù)變量和分類變量，應變量設為嗜肺軍團菌檢出情況，陰性為0，陽性為1。

2 結(jié)果

2.1 冷卻塔環(huán)境狀況

121 座冷卻塔中有46 座（38.02%）位于建筑物樓頂，75 座（61.98%）位于地面，所有水樣按冷卻塔位置分組統(tǒng)計，嗜肺軍團菌陽性率差異無統(tǒng)計學意義（χ2=0.90，P=0.34）。75 座地面冷卻塔的周邊環(huán)境狀況：59 座冷卻塔位于地鐵出入口50 m 范圍內(nèi)，51 座冷卻塔周邊設有綠化帶，40 座冷卻塔周邊50 m 范圍內(nèi)有人員集中的建筑物。

2.2 冷卻塔水質(zhì)情況

本研究中冷卻塔以市政管網(wǎng)水為水源，水質(zhì)檢測結(jié)果中水溫和pH 為正態(tài)分布數(shù)據(jù)，其余均為非正態(tài)分布數(shù)據(jù)，詳見表1。

表1 2018—2019年某市公共交通建筑冷卻塔水質(zhì)檢測結(jié)果（n=174）Table 1 Descriptive statistics of indicators related to water quality in cooling towers of public transport buildings in a city in 2018-2019 (n=174)

2.3 嗜肺軍團菌檢出情況

121 座冷卻塔共采集水樣174 件，采用培養(yǎng)法進行嗜肺軍團菌檢測，陽性水樣83 件，陽性率47.70%。其中，2018年水樣53件，陽性率20.75%，2019年水樣121 件，陽性率59.50%，不同年份冷卻水嗜肺軍團菌陽性率差異有統(tǒng)計學意義（χ2=22.18，P< 0.001）。83 件嗜肺軍團菌陽性水樣中共分離出7 種不同的血清型，以Lp1 血清型為主，占59.04%；在28件水樣中同時檢出兩種血清型的菌株，雙血清型總占比為33.73%；含Lp1 型的雙血清型占比為30.12%（25/83）。詳見表2。

表2 2018—2019年公共交通建筑冷卻塔嗜肺軍團菌血清型別列表（n=83）Table 2 Serotypes of Legionella pneumophila in cooling towers of public transport buildings in a city in 2018-2019 (n=83)

2.4 嗜肺軍團菌的分布特征

2.4.1 采水點本研究中部分冷卻塔因現(xiàn)場條件所限，不便于在塔內(nèi)采集水樣（n=146），改為在空調(diào)機房內(nèi)的冷卻水管道中采集（n=28）。按采水點位置分組統(tǒng)計，嗜肺軍團菌陽性率差異無統(tǒng)計學意義（χ2=1.92，P=0.17）。

2.4.2 冷卻塔周邊維護結(jié)構多數(shù)冷卻塔周邊均設置了維護結(jié)構，按維護結(jié)構的位置分組統(tǒng)計，結(jié)果顯示：冷卻塔上方是否設置遮蔽物，嗜肺軍團菌陽性率差異無統(tǒng)計學意義（χ2=0.01，P=0.92）；冷卻塔四周是否設置遮蔽物，嗜肺軍團菌陽性率差異無統(tǒng)計學意義（χ2=0.86，P=0.35）。

2.4.3 水質(zhì)情況將水溫根據(jù)嗜肺軍團菌的最適生長溫度范圍（25～42℃）［7］，余氯、色度、渾濁度、溶解性總固體和菌落總數(shù)參考《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749—2006）中的指標限值，pH、電導率、鐵按檢測值的均值或中位數(shù)分組后，卡方檢驗結(jié)果顯示，不同水溫、游離性余氯、溶解性總固體、鐵濃度組間的嗜肺軍團菌陽性率差異有統(tǒng)計學意義（P< 0.05），詳見表3。

2.4.4 冷卻塔管理情況冷卻塔管理情況包括水質(zhì)處理方式和運營管理公司。處理方式分為加藥（人工添加含氯消毒劑）、臭氧（在線裝置）2 個類別，兩組間差異無統(tǒng)計學意義，可以認為不同水質(zhì)處理方式對嗜肺軍團菌的控制效果相當。121 座冷卻塔的日常運維管理分屬四家公司，按照管理公司分組統(tǒng)計，差異有統(tǒng)計學意義（P< 0.05），可以認為水系統(tǒng)的維護管理是影響因素之一。結(jié)果見表4。

表3 不同冷卻塔水質(zhì)情況的嗜肺軍團菌檢測結(jié)果（n=174）Table 3 Legionella pneumophila contamination in cooling towers under different water quality conditions (n=174)

表4 不同冷卻塔管理情況的嗜肺軍團菌檢出結(jié)果（n=174）Table 4 Legionella pneumophila contamination in cooling towers under different management methods (n=174)

2.5 嗜肺軍團菌的影響因素

將表3 和表4 中的全部變量引入方程，進行多因素logistic 回歸分析（采用逐步向前法）。變量納入標準：P< 0.05，變量排除標準：P> 0.10。經(jīng)多因素擬合后，回歸分析顯示水溫是冷卻水嗜肺軍團菌陽性的主要風險因素（b=0.223，OR=1.250，95%CI：1.111～1.407）。進入回歸方程的還包括管理公司變量，與A公司相比，B、C、D 公司管理的冷卻塔更容易檢出嗜肺軍團菌。結(jié)果見表5。

表5 冷卻塔嗜肺軍團菌多因素logistic回歸分析結(jié)果（n=174）Table 5 Factors associated with Legionella pneumophila contamination in cooling towers by multiple logistic analysis (n=174)

3 討論

隨著城市公共建筑中集中空調(diào)的廣泛使用，空調(diào)冷卻塔的衛(wèi)生狀況也日益受到關注。由于多數(shù)大型公共建筑的集中空調(diào)冷卻塔都采用了開放式系統(tǒng)，開放的循環(huán)冷卻水與空氣接觸的機會增加，易受周邊空氣污染物的影響，為包括嗜肺軍團菌在內(nèi)的微生物繁殖創(chuàng)造了條件，成為嗜肺軍團菌的重要污染源。近年來文獻報道的各地公共建筑集中空調(diào)冷卻水中嗜肺軍團菌的檢出率在33.33%～77.78%的較高水平［8-11］，冷卻水嗜肺軍團菌污染已成為城市公共建筑健康風險管控面臨的一個重要公共衛(wèi)生問題。本研究所調(diào)查的公共交通建筑集中空調(diào)冷卻水中嗜肺軍團菌的平均檢出率為47.70%，83 件陽性水樣中共分離出7 種血清型，其中Lp1 型占比59.04%。與文獻報道相比，冷卻水嗜肺軍團菌污染程度處于中等水平，約三分之一的陽性水樣同時檢出兩種血清型，說明冷卻水中多重污染的現(xiàn)象普遍存在。公共交通建筑具有密集流動的人群和相對封閉的環(huán)境特點，其冷卻塔水系統(tǒng)如果疏于管理，則可成為嗜肺軍團菌滋生的重要場所和來源，從而導致公共健康風險增加。

水質(zhì)對嗜肺軍團菌生長的影響是多方面的，包括水溫、pH、污垢、沉積物或碎片、腐蝕副產(chǎn)物、微生物群等［7］。公共交通建筑的冷卻塔多位于地面交通干道附近，開放式的循環(huán)水系統(tǒng)易受地面交通污染的影響，且經(jīng)過不斷的循環(huán)、蒸發(fā)、冷卻等處理后，水質(zhì)容易惡化繼而影響嗜肺軍團菌等微生物的生長。本研究中，水質(zhì)狀況總體表現(xiàn)為：pH 偏堿（均值=8.12），水溫跨度大（18.6～35.3℃），游離性余氯偏低（M=0.14 mg·L-1），溶 解 性 總 固 體（M=1 511 mg·L-1）和菌落總數(shù)（M=253 CFU·mL-1）偏高。對水質(zhì)指標與嗜肺軍團菌陽性率進行卡方檢驗，結(jié)果顯示水溫、游離性余氯、溶解性總固體、鐵的變化均可影響嗜肺軍團菌的陽性率，差異有統(tǒng)計學意義（P< 0.05）。進一步多因素logistic 回歸分析發(fā)現(xiàn)，水溫與嗜肺軍團菌呈正相關關系，水溫每升高1℃，嗜肺軍團菌陽性危險增加22.3%。本研究中約有四分之三的水樣處在25～42℃的嗜肺軍團菌最適生長范圍內(nèi)，因此在卡方檢驗和logistic回歸分析中水溫始終是最重要的影響因素，水溫也影響了不同年份之間的陽性率差異。受樣本量、采樣時間、分組依據(jù)、維護情況等因素的影響，不同研究報道的結(jié)果并不一致，在可能的影響因素中，水溫、渾濁度和藻類獲得相對多的認可［11-13］。賈予平等［14］通過調(diào)查冷卻塔設置、結(jié)構、消毒、管理等因素，發(fā)現(xiàn)季節(jié)和消毒措施是冷卻水嗜肺軍團菌生長繁殖的主要危險因素，而季節(jié)的差異最終也體現(xiàn)在溫度上。消毒劑通常在較窄的pH（6.5～8.5）范圍內(nèi)最有效［6-7］，而本研究中游離性余氯的總體水平偏低或許與水質(zhì)總體偏堿性有關（pH均值=8.12）。

所有冷卻塔按管理公司分組，不同組間嗜肺軍團菌陽性率差異有統(tǒng)計學意義（P< 0.05），進一步回歸分析中管理公司變量得以進入回歸方程，側(cè)面反映出管理措施對冷卻水嗜肺軍團菌控制的重要性，后續(xù)可深入分析具體管理措施的差異。美國疾控中心對2000—2014年期間軍團菌肺炎暴發(fā)情況進行了回顧，結(jié)果發(fā)現(xiàn)建筑水系統(tǒng)維護缺陷是導致暴發(fā)的主要原因，具體包括過程故障、人為失誤、設備故障以及管理缺失導致的外部變化。因此認為防止軍團菌病暴發(fā)的關鍵是對水系統(tǒng)進行良好的管理，而對水溫和消毒管理實施干預則是建議重點關注的管理措施［6］。

嗜肺軍團菌的生成是多因素相互作用的綜合結(jié)果，對其生長規(guī)律和影響因素進行分析，可為進一步實施預防控制措施提供思路和依據(jù)。我國的WS 394—2012《公共場所集中空調(diào)通風系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》中規(guī)定：集中空調(diào)通風系統(tǒng)冷卻水和冷凝水中不得檢出嗜肺軍團菌。但標準實施多年，文獻報道的我國集中空調(diào)冷卻水中嗜肺軍團菌陽性率始終處于較高水平，國外的情況亦不樂觀，近十年來軍團菌病發(fā)病率持續(xù)上升。關于冷卻水嗜肺軍團菌的管控策略，我們做以下思考：（1）從疾病防控的角度，識別風險條件，通過制定并實踐有效的冷卻水管理計劃以切斷嗜肺軍團菌的生長和傳播途徑；（2）鑒于嗜肺軍團菌在環(huán)境中廣泛存在，其致病風險受數(shù)量、分型及環(huán)境條件等因素影響，現(xiàn)有的管理和技術條件要完全做到零檢出存在一定難度；（3）從危險度管理的角度，制定嗜肺軍團菌量化和快檢標準，綜合考慮社會經(jīng)濟和技術水平，基于冷卻水中嗜肺軍團菌數(shù)量和傳播風險提出可接受水平及相應的分級管控措施。

綜上，某市公共交通建筑集中空調(diào)冷卻塔存在嗜肺軍團菌污染，水溫控制和有效的管理措施是減少嗜肺軍團菌生長和傳播的關鍵，從技術和管理層面采取綜合措施是公共建筑集中空調(diào)冷卻水系統(tǒng)軍團菌管控的最佳策略。本研究還存在以下局限：冷卻塔的選擇受現(xiàn)場可得性的影響，并非嚴格的隨機抽樣；部分冷卻塔受現(xiàn)場條件所限，沒有嚴格按照標準在冷卻塔水槽內(nèi)采樣；由于數(shù)據(jù)來源的限制，未獲得足夠全面的信息來評估水系統(tǒng)管理方面存在的問題和缺陷。