人类历史有记载以来，就一直寻求改善饮用水水质的途径，以保证饮用安全与身体健康，早在公元初和古罗马时期人们就已经广泛采取措施保持水质纯净，提供高质量的饮用水，并对用过的水进行处理。随着古罗马皇帝的逊位和中世纪的开始，这些有效的措施大部分被废弃了，由此而导致因饮用水污染引起的传染病十分普遍。直到19世纪后由于科学方法的出现和微生物学的发展，水质卫生和健康的关系才重新被建立起来。

自20世纪50年代到现在，人类对饮用水水质的研究已开始从关注水引起的传染病到重视饮用水中化学污染物的危害，这是社会工业化发展的直接后果。而由此对人体健康造成的危害同以前由于水致传染病暴发带来的危害同样严重。

本文主要讲述人类饮用水水质卫生和疾病的经历历程。以便使读者对饮用水水质和安全饮水的发展过程有所了解，由此提高人们对饮水水质与健康关系的认识，更加理解当今社会对环境保护的重要性。

公元初和古罗马时期

在远古时期人们已初步意识到应该饮用卫生、干净的水才安全。在《圣经》里讲述了人类历史上第一次水的净化的实践。耶利哥的市民到预言家伊丽莎那里抱怨他们的水不能饮用和浇灌作物。这位预言家让他们带一碗“盐”倒入井水里。井水于是被“治愈”并能使用。尽管这“盐”确切含义不很清楚，但《圣经》里这段“治愈”水的描述表达了消毒和水处理的初始含义。后来预言家伊泽凯又提到“治愈”受污染的水和带来的好处。在《旧约全书》所描述的时期里，对提高饮用水的安全性最有效的措施是保障公共卫生。在《圣经》利未记和申命记中，描述了保障公共卫生的具体方法。主要的措施是将粪便置于远离人群居住区。

在公元早期（公元前200年到公元后400年），进一步制定了公共卫生法律以保护水质。在深冬季节，巴勒斯坦司法当局派遣官员打井、修理损坏的水塘和水渠。如果当地没有合适的水源，就修水渠引水。蓄水池和水井要求保持干净，不得往井里扔废物。水井周围25米之内不得有墓地、焚烧炉、鞣革或者动物屠宰场。《新约全书》里讲述了受污染的水能致病：“水用三遍而虫生，许多人因水而死，因为水变苦了”（《启示录》8：11）。在干净、流动的水里洗礼意味着净化。政府对所有的居民征收特别的税款以筹集维护提供饮用水和灌溉用水的设施所需的费用。

与此同期的是古希腊的出现和希腊文化的传播。尽管在古希腊文献中很少记载有关水的安全和纯净的问题，古希腊哲学家希波克拉底写到泉水和雨水比死水要对人体有益。他还写道“当一个人来到陌生的城市，他必须十分注意当地居民所饮用的水”。古希腊对公共健康的最大贡献是强调个人卫生，特别强调要勤洗澡。

而古埃及人将破碎的杏仁擦抹在盛水容器的内壁上，然后剧烈搅拌使杏仁沫与混浊的水混合，过一会便得到澄清的水，这可能是人类使用的最早的混凝剂。

古罗马是古代史上最重视公共健康和水质卫生的时期，人们付出极大的努力寻找和选择水源。公元1世纪，罗马城由9条水渠从附近郊区的山上输水进城。引水渠的沿途每间隔一定的距离设有水池起沉淀作用，水池内还有沙子和石头起过滤作用（与现代水处理流程中的过滤很相似）。罗马城内有混凝土建造的大型水池，水从这里用管输送到富人家里和公用水井供市民取用。到公元3世纪末，全城共有1300多口这种公用水井。为了保持公共卫生，设有专门的下水道收集生活污水、雪水和雨水并输送至低洼的沼泽地，还有专门的官员负责管理输水管道和清洗街道。

即使在战争时期古罗马人也确保水源受到保护。罗马人维洁梯斯于公元375年写道：“士兵不得饮用坏水和沼泽水，因为这种水有毒，喝了这种水会引起瘟疫”。他还观察到如果士兵在夏秋季节在一个营地驻扎时间过长，“水会腐坏，饮用此水是不健康的，并引起灾难性疾病暴发，这情况只有在频繁转换营地才能得到避免”。由此看来，当时罗马人已经了解排干沼泽地的水（罗马人以此为水源）可以避免发生诸如高烧、发寒、全身无力等症，这是对疟疾症状很准确的描述。直到今天排干沼泽地污水仍是控制疾病的方法之一。

当被罗马征服后，人们建造了水渠以便输水去大城市。例如，在咖太基市，哈涓皇帝建造了长达八英里的水渠，每天能输送几百万加仑的水去城里。在奥古斯都时期，罗马人在法国的莱姆斯城建造了另一条大型水渠。由此罗马人将他们关于清洁饮水和讲究卫生的知识传播到当时世界上的其它地方。

尽管采取了这些卫生措施，按现在的标准来看，这还是很不够的，即使他们都达到了当时最基本的卫生标准。在《圣经》里、在希腊历史学家萨西戴德和古罗马作家普莱尼著作里都提到了瘟疫的多次暴发。遗憾的是尽管这些措施被证明是行之有效的，后来的人们却普遍忘记了这些方法，直到19世纪末才重新被采用。在中断了多个世纪以后西方社会重新采用了这些保护水质、保持卫生的措施。

中世纪到18世纪

随着罗马皇帝的逊位和其管理机构的解散，原有的公共卫生保障系统失于维修。城镇的街道到处是拉圾和粪便，下水道和其它排水管道很少。住房质量也不好，污物随处可见。公共和个人卫生措施都被忽略了，流行疾病十分普遍。

日渐流行的基督教将疾病流行解释成对罪恶的惩罚或者是为来世赎罪做准备的手段，肉体的消失被看成是对灵魂的拯救。僧人和基督徒每年才洗一到两次澡。没有人接受并支持疾病可以预防和阻止传播的观念。

因此中世纪疾病流行和瘟疫无数次暴发就一点不奇怪了。在十字军东征时，大部分士兵由于疾病死在去圣地的路途中。在大死亡时期，欧洲的人口大幅度减少。由于食物和饮水不洁引起的伤寒和霍乱性腹泻十分普遍并致人死亡。虽然逐渐认识许多流行病是可以传染的而且通过隔离病人可以阻止疾病的传播，但对发病的原因却基本不了解。

紧接着中世纪的公元1300~1600年是文艺复兴时期。文艺复兴运动强调人本身的尊严、个人的最大自由和可以怀疑以前的信仰。许多古迹和文物被发掘，但有助于提高大多数人生活水平的发现却很少。人口拥挤、瘟疫流行、卫生状况差、水质受污染的局势基本没有改变。

文艺复兴后是17世纪。科学本身和科学方法都得到极大发展，最伟大的科学家有牛顿、伽俐略和开普勒。列文虎克发明了显微镜，描述了在显微镜下细菌和寄生虫的形态。但科学的发展仍然极少用于提高人们的生活质量和健康水平。尽管列文虎克观察到雨水比死水要干净，仍然没有采取措施提高卫生条件，没有人认识到显微镜下的微生物会导致疾病暴发。此时人们认为燃烧产生燃素，燃素导致大多数疾病发生。流行病仍很普扁，卫生条件仍很简陋，供水仍受污染。事实上这时的人们更喜欢喝啤酒和葡萄酒，而不爱喝水，因为水有怪味。

18世纪上半叶被喻为启蒙时期，强调理性和实验，支持通过实验找到答案和对以前的结论提出怀疑。18世纪下半叶工业化开始了。工厂增加，城市扩大，疾病通常伴随人口密集和卫生状况恶劣而生，因此工业化进程又引起新的疾病开始暴发，包括铅和汞中毒及由于吸入工厂燃煤排放的烟尘而引起的呼吸道疾病。有毒废物堆于紧靠工厂的河边，进一步污染河水和海湾。因此除了生活垃圾外，这些有毒的垃圾也进入水体。

尽管这一时期医学水平也得到极大发展，例如免疫的实行和推广对阻止疾病的流行起了十分重要的作用，但对公共健康和卫生的保护还未得到全面发展。只有到19世纪后这些方面才得到真正的发展，此时公共健康、包括水质的保护变得十分重要。

第三节 19世纪时期

现代意义上的公共健康和卫生的概念起源于19世纪，主要原因有两方面。首先，在19世纪上半叶，人们普遍认识到政府有道义上的责任保护民众的健康。这种认识建立在18世纪发生在美国、英国和法国的启蒙运动和民主运动的基础上。例如英国哲学家宾塞姆曾多次倡导政府改革以解决当时的社会问题和公众保健问题：法国哲学家麦罗比欧主张保护公众健康是国家的责任。作为这些新思维的直接结果，大量有关公共卫生问题的立法提案和官方的调查活动得到施行。这些提案强调应保证给贫穷的老百姓提供合乎健康要求的饮用水，因为大家越来越清楚地认识到流行病普遍暴发于贫困的百姓里。在伦敦开始建立沉淀池和过滤池以去除泰晤士河水中的颗粒物，然后供给饮用。

第二方面的原因是在这一时期有机化学和微生物学得到很大发展。通过科学的研究方法可以定量地、可重复性地得到有说服力的实验结果，这些研究给重视公众健康和卫生问题的要求以有力的支持。科学家巴斯德和科克揭示水中的有机体其实是一种名叫细菌的微生物体，这些微生物体来源于人和动物的暂时居留地，水也是将这些微生物从被感染的病人身上传给健康的人的载体：如果去除饮用水中这些微生物就能控制流行病的传播和暴发。这些发现大大促进了公众健康水平的提高。

在这些新知识的武装下，许多城市开始采取提高卫生水平的措施。具有里程碑意义的事件是1854年英国医生斯诺发现伦敦的流行性霍乱发生的唯一原因是由于水不清洁。他们的证据很有说服力，当他关掉布瑞德街上的水泵、亦即切断了霍乱病菌通过水向公众传播的途径后，流行性霍乱的发病率显著下降并最终停止发生。此后不久公共供水委员会成立并制定了统一的供水标准，同时禁止在公共饮用水水源的河岸堆积人、畜废弃物，向河里排放污水和禁止屠宰场在河边倾倒动植物内脏。2000多年来第一次，欧洲终于用上了清洁的饮用水。结果在19世纪末期，   多种水致传染病不再流行暴发。

到19世纪末，饮用水的过滤装置有了很大的改进。根据巴斯德和科克的研究，确定了疾病的病菌理论。（1884年科克分离出霍乱病的致病菌——霍乱弧菌）1892年科克对德国的两座城市——奥托那和汉堡进行的霍乱病对比调查，证明了过滤对霍乱病的暴发有明显的控制作用，从此霍乱已不再是问题了，但是伤寒仍每年继续造成成千上万人死亡。（伤寒病是一种水传播疾病，其病原菌称为沙门氏伤寒菌）19世纪90年代    美国巴萨渚塞州卫生局，在劳伦斯市建立了试验站，当时麻省理工学院的W-Tsedgwick教授主持了这项试验，并获得了成果，这一研究成果对20世纪水处理技术的发展有重大的影响，并由此开发出化学混凝沉淀过滤技术。

正当劳伦斯市进行试验时，伤寒横扫了整个城市，最严重的伤寒爆发地是使用梅瑞马克河的河水作为水源的地区，为了控制伤寒病的流行该市建造并改造了砂滤池，并有效控制了病情的发展。经过对此后5年间的调查表明，该市的伤寒病死亡率下降了79%。

使用混凝剂用来改进沉淀效果已有数百年的历史。世界公认的明矾混凝沉淀净水技术起源于中国。17世纪末，西班牙的一位传教士纳瓦瑞特（Navarette）描述了他目睹中国人如何使黄河水沉淀的情景：“他们往成瓶水中投入少许明矾，并摇晃水瓶。两小时后水变得清澈透明”。美国军队的William Sibert 将军于1914年也有类似的记载，他看到人们用长杖搅拌加明矾使水澄清。“我们发现这根杖上钻有一些小孔，其中装有粉末状明矾，它们溶于水中后便能澄清水。这意味着我们发现的这种明矾净水技术在中国已经应用了许多世纪。”

美国最早使用混凝剂的公用供水公司，是新泽西州的Sommerville和Ravitan公司。该公司安装了混凝装置作为快速砂滤池的预处理单元。几乎与此同时，新泽西州新布朗斯维克市Rutgers大学的P.T.Austem和F.A.Wilber在美国首次进行了混凝的科学研究，研究确定了合理的明矾投量限，并且建议混凝沉淀不加过滤可能是一种可行的处理方法。他们还指出，明矾可以直接加在滤池中而不必设置中间混凝池。

19世纪90年代中，在肯塔基州路易斯维尔（Louisville）的Iouisville水公司将混凝与砂滤结合起来，大大减少其出水的浊度和细菌数。这一研究成果充实了水处理工艺的知识，并可以使混浊的河水经过处理还清用于饮用。

20世纪

在19世纪出现的城市集中供水设施，到20世纪初有了很快的发展。但是，这一时期健康与公共卫生状况并末得到根本的改善，例如：1900年在美国约有3000多个集中供水系统，而在某些情况下它们实际上是引起疾病爆发的原因。因为用泵和管道输送水的过程中一旦受到污染，就能够在其服务的城市或社区扩散病原菌，进入20世纪人类开始在集中供水系统中使用氯或臭氧对饮用水进行消毒、灭菌处理。

最早提到用氯净化水是1835年在费城由Robley Dunglinson博士在其发表的“人类健康”一文中提出的。他提到使用少量的氯或一种氯化物可使沼泽的水变成可饮用的水。

最早记载臭氧的应用是1939年在德国，当时在实验室中复制成功臭氧发生的自然过程。最早用臭氧作为净水剂是1893年在荷兰。

John Snow博士在19世纪50年代在伦敦爆发霍乱之后使用氯对宽街供水泵站的供水进行消毒。1897年Sims Woodhead英格兰肯特郡Maidstone爆发伤寒之后使用漂白粉液用为饮用水供水干管的消毒的临时措施。

第一座永久性的投氯消毒水厂于1902年建在比利时Middlek-erke并开始投入使用。在该水厂中石灰的氯化物和过氯化铁通过点滴投加机在过滤前往水中投加。在20世纪初，英国开始对饮用水进行连续氯化消毒，在使用氯化消毒的地方，伤寒病死亡率大幅度下降。

欧洲饮用水氯化消毒的成功经验也被引进到美国，新泽西州的泽西市的水厂在John L.Leal博士的建议下率先采用了氯化消毒技术。该市的饮用水水源取自Boonton水库并且未进行过滤处理。该市居民担心从该水库取用的水的质量，因为他们认为该水库受到了上游城市所排放污水的污染，为此新泽西水公司选用消毒以取代建造滤池。其结果是令人鼓舞的，出水的细菌总数显著减少而其费用远低于其他任何一种处理方法。

第一个有生产规模的应用液氯对水消毒是1912年纽约西部供水公司在尼亚加位大瀑布过滤水厂开始的，使用由Georg Ornstein博士开发的液氯投加设备。

美国在应用氯化消毒之后，伤寒发病率大幅度减少，例如1917~1918年，弗吉尼亚州的威灵（Wheeling West Virginia）伤寒发病率为（155-200）人/10万人：1918年使用氯化消毒后，在1919年前3个月记载的伤寒病只有7例。在1919年4月份3周中断了投氯消毒就有21例病例，而以后恢复投氯消毒，在该年度的后6个月中只有11例病例。

在20世纪20年代，美国许多供水公司都对水进行了消毒处理。臭氧也是一种消毒剂，在20世纪初期作为消毒剂曾与氯竟争，但是氯很快成为占主导地位的消毒剂。

在20世纪初，美国也有些水公司尝试了应用紫外线（UV）进行水消毒。在1916~1928年期间美国4个供水公司用UV消毒。第一个UV水消毒设备于1916年用于肯塔基州的Henderson，这套设备一直运行到1923年；俄亥俄州的Berea市1923年安装了UV消毒设备，一直运行到1936年。

至此已形成混凝沉淀—过滤—消毒的完正饮用水处理系统，以保证提供的饮用水安全卫生。20世纪中期，尤其是第二次世界大战后的50-60年代。随着工业和城市的迅速发展，饮用水水源受到日趋广泛和严重的污染，饮用水面临着新挑战。饮用水水源不仅受到更多的城市污水及工业废水等点源的污染，而且遭受到更难控制的非点源污染。如：城市街道及地面径流水、农田径流、空气沉降、垃圾场的渗透液等污染。

1974年，Rook（如克）等人从氯化后的高色度水中检测出三氯甲烷。1974年美国环保局对新奥尔良市卡洛尔顿水厂的出水进行测试和分析，结果在出水水中检测出66种微量有机物，其中有机卤化物含量最高：氯仿133μg/L；二溴氯甲烷1.1μg/L；溴仿0.57μg/L；二氯乙烷8.0μg/L；六氯乙烷4.4μg/L；1.1,2三氯乙烷0.35μg/L；四氯乙烷异构体0.11μg/L；双-2-氯异丙醚0.88μg/L。该城市位于密西西比河最下游，以污染严重的河段作为饮用水水源，造成癌症死亡率高居全美第一位。统计调查表明，白种男人的癌症发病率比饮用未受污染的地下水的人群高33人/10万人。此发现引起了美国环保局的重视，在1974~1975年组织进行了对美国80个主要城市的各种不同水源的原水及经不同流程处理的自来水出水的有机污染的调查研究，确定自来水中三氯甲烷（THMs）、四氯化碳及1.2二氯乙烷等六种有机氯化物的含量，调查结果证明自来水中广泛存在THMs，而且是在氯化过程中形成的。随后于1976~1977年又组织进行全国有机物监测调查，对113处各种类型水源及处理过程的给水系统，进行历时12个月的现场调查。监测数据表示，三氯甲烷是饮用水中最广泛的合成有机污染物，而且出现的农度也最高，检出THMs最高值达784μg/L。美国给水服务公司对在20个州运行的100多座水厂净化水中的三氯甲烷（THMs）测定结果如表所示。

美国给水厂出水中THMs调结果

在美国的调查研究中，从各种自来水中检则出的有机化合物多达700多种，其中有些是致癌性，包括：艾氏剂、苯并芘、双氯乙醚、双氯甲醚、丙体六六六（BHC）、四氯化碳、氯丹、氯仿、1.2二溴乙烷（EDB）、1.1二氯乙烷（EDC）、迪氏剂、DDT、DDE、恩氏剂、1,1,2-三氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烷、氯乙烯、1.2-苯并蒽、联苯胺、1，2-亚乙基硫脲、3-甲基胆蒽、氨基甲酸酯等。还有一些有机物能促进或增强致癌作用，其中有氯甲基乙醚。还有一些有机物能促进或增强致癌作用，其中有氯甲乙醚、双氯异丙醚、十二烷、十八烷、癸烷等。无机污染物中砷、石棉、镉、六价铬等也是致癌物质，Kransner等人1989年对美国35个主要水厂中氯化消毒副产物进行了较为全面、详细的调查，发现氯化副产物中三卤甲烷所占比例最大，卤代有机酸次之，此外，还检测出了卤代乙腈、卤代酮及氯酚等多种难挥发性的有机卤代物。

20世纪80年代美国环保局提出了水体中129种应优先控制污染物的名单（俗称黑名单），其中114种为有机污染物，我国也曾提出适合我国国情的黑名单，包括14类68种，其中有机物为58种。

根据英国、美国及荷兰的一些流行病学家的调查研究，皆证明了长期饮用含多种微量污染物（尤其是致癌、致畸、致突变污染物）水的居民群，其消化道的癌症死亡率明显高于饮用洁净水对照组的居民群。因此，从饮用水中去除这些微量污染物已成为饮用水处理的首要任务。而当时的给水厂通用处理工艺：混凝沉淀→砂滤→投氯消毒的处理流程是无法有效去除这些微量污染物，故此开发饮用水除污染新技术势在必行。

为此，从20世纪60年代开始，美国、西欧、日本等国家或地区，广泛地开发饮用水除污染新技术的试验研究，对活性炭吸附、臭氧、二氧化氯、高锰酸钾、过氧化氢等氧化剂氧化除污染方法及由其组成的净化系统进行了大量的试验研究，并形成了以臭氧氧化和生物活性炭为代表的深度净化工艺。

进入20世纪90年代后，饮用水中不断出现新的病原微生物因子，同时饮用水中化学成分的数量急剧增加。抗氯型病原微生物和隐孢子虫（Cryptosporidium）的出现也使人们对传统的加氯消毒工艺产生了质疑。贾第虫（Giardia）和隐孢子虫是目前世界水处理界研究最多的病原微生物。贾第虫主要是通过它的孢囊来传播疾病的。孢囊是指它在外界环境不利或休眠时，由身体外围形成的一层膜所构成的形态。

而隐孢子虫则主要通过卵囊来传播疾病。卵囊是其复杂的生活周期的一个阶段，是指虫卵及所包的外囊整体。贾第虫孢囊的体形大小约为5~10μm，隐孢子虫则更小，为2~5μm左右。贾第虫和隐孢子虫病都是一种胃肠炎症。隐孢子虫病具有周期性腹泻的特征，健康和免疫力强的患者30d即可痊愈，通常持续3~20d。而对于免疫能力低下者，如艾滋病患者，往往会导致死亡。1993年4月在美国维斯康辛州密尔沃基市爆发了由隐孢子虫引起的水传播疾病，共40.3万人感染该病，4000余人住院112人死亡。

1999年在中国香港召开的关于“21世纪革新的水与废水处理技术的进展”国际会议中，丹麦的哈尔莫斯教授提出了“水的处理可以解释为从任何污染程度净化到满足需求的任何净化程度的净化方法”，“用于供水的处理工艺与用于废水的处理工艺的差别将消失”。这预示着水与废水处理技术已经发展的程度，尤其是深度氧化技术和膜技术的引入，提供满足需求的任何净化程度的水在技术上已经具有可实施性。