水中可能存在的病原微生物包括尺寸极小的病毒、尺寸居中的有害细菌及尺寸较大的原后生动物等。不同病原微生物的致病性不同。所谓致病性或致病能力，即引起腹泻、呕吐、发烧等急性疾病时所摄入的病原微生物的数目。一般来说，病毒的致病性最强，如腺病毒、轮状病毒和甲肝病毒，摄入数个或数十个病毒即可引发急性疾病。“两虫”的致病性也很强，稍弱于上述几种病毒。而多数病原菌，如沙门氏菌、大肠杆菌的致病性则稍弱。实际上，水中的大多数细菌对人是无害的。
饮用水处理采取“多级屏障”策略来降低出厂水中病原微生物的浓度。所谓多级屏障，即依赖于多个工艺单元来控制病原微生物，每一个工艺单元被称为一级屏障。最常采用的屏障包括过滤和消毒两种。过滤在前，消毒在后。过滤可以去除水中绝大部分的病原微生物，而消毒则进一步灭活水中残存的病原微生物。相比而言，过滤对“两虫”的去除能力要高于对病毒的去除能力。与之相反，传统消毒剂游离氯对病毒具有更好的灭活效果，对“两虫”的灭活能力较差。所以说，过滤和消毒两者不可或缺，一定程度上说是互为补充。
水中可能存在的病原微生物种类繁多，不可能一一列入标准。我国《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2022）将总大肠菌群（不应检出）、大肠埃希氏菌（不应检出）、菌落总数（≤100CFU/ml）以及贾第鞭毛虫（＜1 个/（10 L））、隐孢子虫（＜1 个/（10 L））等五项列入强制性水质指标。这些指标的含义和指导意义不同。其中：
贾第鞭毛虫和隐孢子虫的致病性很强，是最直接的微生物指标；
总大肠菌群和大肠埃希氏菌的致病性一般，但水中若检测到大肠杆菌，反映水源水很可能受到了粪便或生活污水的污染，也即可能存在病毒等其它病原微生物，因此是较为直接的微生物指标；
相比而言，菌落总数则是较为间接的微生物指标。
饮用水中未检出总大肠菌群和大肠埃希氏菌以及菌落总数值很低，极大可能代表其中的病原微生物浓度极低，该饮用水是卫生的。
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