给水管道卫生学第二部分

2.3生长环的成因水BECDA物质传质、扩散物理沉淀、絮凝体沉淀电化学腐蚀吸附、解析（含微生物）微生物腐蚀2.3.1管道后沉淀管网中的水含有一些杂质以胶体或真溶液的形式进入管网中。当流速很低时，在管道内形成沉淀，将这种现象称之为…硅、铝沉积铁、锰沉积钙、镁沉积后沉淀物成分2.3.2水质化学稳定性指标不稳定型水腐蚀型水可沉淀性水稳定型水不溶解碳酸钙，不沉淀碳酸钙水中碳酸钙小于饱和值水对碳酸钙具有溶解力水中碳酸钙大于饱和值会出现碳酸钙沉淀，引起结垢混或钢混，管壁中碳酸钙溶解金属管，沉积在管壁上的碳酸钙溶解，金属裸露水质化学稳定性指标LSI指数LSI=pHa-pHsRSI指数LSI=2pHs-pHapHa——实际pH值；pHs——在同样温度下，水-碳酸盐系统处于平衡状态时应具有pH值。与水中钙离子、碱度、温度、含盐量有关。LSI0：LSI0：LSI=0：可沉淀型水腐蚀型水稳定型水（1）电化学腐蚀机理2.3.3电化学腐蚀H2OH++OH-无氧酸性、中性水有氧碱性水（2）电化学腐蚀的影响因素溶解氧pH值余氯流速影响因素（3）腐蚀形态全面腐蚀（均匀腐蚀）局部腐蚀金属表面腐蚀分布相对均匀，位置变换不定，危害小腐蚀仅局限在金属某一部位，造成腐蚀高度集中在局部位置上，危害大狭缝腐蚀点腐蚀电偶腐蚀应力腐蚀接触腐蚀冲蚀2.3.4微生物的腐蚀（1）铁细菌腐蚀（2）硫酸盐还原菌腐蚀2.4生长环对水质的影响管壁上的锈垢、沉积物、生物膜在水流的冲刷下都可进入水中，致使细菌增加，浊度、色度增大，尤其管网配件以及管道连接口等未作防腐处理部分，其腐蚀产物疏松，易于脱落进入水中，污染水质。2.4生长环对供水的影响下表是在南方某市干管选取10个取样点，在配水管网选取30个取样点多次检测的浊度平均值。项目出厂水管网水某小区二次供水用户死水端统计次数95812242424最大值(NTU)0.8413.6211.8012.2578.20最小值(NTU)0.110.120.220.470.21平均值(NTU)0.240.881.461.189.40合格率(%)10096.3191.6795.8370.83浊度检测统计结果2.4.2生长环对管道通水能力的影响生长环使管壁粗糙度增大，管径缩小甚至变为非圆断面，从而使得旧管道的通水能力下降。使用年数越长，通水能力下降得越多。因而通水能力下降可以归结为其阻力系数随使用年数的增加而变化。3生物稳定性及生物膜3.1管网水的生物稳定性3.1.1生物稳定性的概念给水管网中生态系统及饮用水生物稳定性的提出1大分子物质易沉积在管壁，构成营养相对丰富的微环境高速水流不利于游离细菌生长，能输送养分到固定生长的生物膜表面细菌胞外分泌物能为细菌生长摄取养分固定生长的细菌能有效的躲过余氯的杀伤作用管壁处水流冲刷作用减小，有利于细菌固定生长管网中游离细菌管网中吸附细菌给水管网中的生态系统天然有机物合成有机物化学副产物、添加物饮用水生物稳定性的定义2饮用水中有机物分类3饮用水中有机营养基质支持异养菌生长的潜力，即细菌生长的最大可能性。生物稳定性高，则水中有机营养物含量低，细菌不易生长。生物稳定性低，则水中有机营养物含量多，细菌容易生长。腐殖质微生物渗出液植物纤维动物尸体杀虫剂挥发性有机物化学工业的废弃物三卤甲烷溴酸盐絮凝剂饮用水中有机物的分类TOC：总有机碳POC：颗粒态有机碳COC：胶体态有机碳DOC：溶解性有机碳BDOC：生物可降解性有机碳NBDOC：生物难降解性有机碳AOC：生物可同化有机碳饮用水生物稳定性的评价标准4BDOC——BiodegradableDissolvedOrganicCarbonAOC——AssailableOrganicCarbonAOC细胞体+能量细菌BDOCCO2+细胞体+能量细菌一般AOC=1/3BDOC美国：AOC50~100μgc(乙酸碳)/L我国：AOC200μgc/L(近期)AOC100μgc/L(远期)AOC50μgc/L,TOC2mg/L,则细菌生长受限制3.1.2AOC测定22~25℃培养3d荧光假单胞菌P17螺旋菌NOX25℃培养3~5d2d后2～3mm淡黄色P17菌落第3d可见0.5～1mm左右的乳白色NOX菌落接种培养平板计数VanderKooij法（1982）基于发光细菌的AOC快速检测发光细菌的干冻处理可以保持长期稳定。水合细菌能重新达到体内发光最高水平。发光度可使用现有的光度计方便地测量。AOC检测–特性和优势：原理–无营养物质补偿的发光细菌不会发光；一旦接触到水样，发光度的变化反映可利用有机碳化合物的浓度生物分析–干冻发光细菌（Vibrioharveyi-饮用水应用；Vibriofischeri-海水应用）仪器设备–光度计、吸液管、吸液尖嘴、水箱/培养箱快速–在2小时内得出结果灵敏–可以检测大量可同化有机化合物的各种浓度（10-1000ppb）可靠–与标准AOC检测达到较高的相关性价廉–低价促进检测频率加大，可严密监控水处理过程和优化成本高昂的消毒处理发光细菌对水体中各种营养物质的灵敏度AOCTEST11010010001101001000AOCCONC.(ppb)LuminescenceGlucoseAminoacideYeast.exK-acetatetapwater40-1%与标准检测（VanderKooij）的相关性在不加氯时，AOC10～20μgc/L，异养菌几乎不能生长，饮用水的生物稳定性良好；AOC50μgc/L，细菌易于繁殖；而在加氯时，AOC：50～100μgc/L的饮用水生物稳定性好；AOC100μgc/L，则要把水中余氯控制在较高的水平上，但是大量投氯将会引起水中消毒副产物浓度的升高，致突变活性增强等.3.1.3AOC与生物稳定性3.1.4BDOC测定测定原理1DOC与UV2543BDOC32先将待测水样经膜过滤去除微生物，然后接种一定量的同源细菌(与待测水样相同水源环境中生长的细菌)，在20℃下培养28d，测定培养前后溶解性有机碳(DOC)的差值即为BDOC。一般BDOC3=(35%~50%)BDOC283.1.5BDOC与生物稳定性T=20℃，BDOC≤0.15mg/L，生物稳定性好；T=15℃，BDOC≤0.20mg/L，生物稳定性好；3.2生物膜3.2.1生物膜概述定义：水中微生物及其胞外聚合物与内、外部有机物、无机粒子相互粘合的聚合物质，它附着于生长环及其内部空隙的表层，在表层形成一层黏稠状薄膜。生物膜厚度1最大200~300μm生物膜微生物代谢产物聚合物-多糖-蛋白质-核酸-酯类-细菌-放线菌-真菌-原生动物-粉砂-泥浆-无机盐类沉淀物-腐蚀生成物-腐殖质-动植物残体-微生物残体生物膜的组成2出厂水残留管网二次增殖•残留少数活菌•未被灭活细菌修复生长繁殖生物膜中微生物来源33.2.2生物膜的形成生物膜聚积的过程1高分子物质转移和吸附，形成一层薄膜——基质；细胞转移到基质上；在基质上，细胞吸附/解吸；细胞在生物膜和水分界面处生长、产物和孢子在此附着/脱附。生物膜的脱落2水流剪切力脱落的生物膜游离状态管网中流动重新附着生长消毒剂对EPS的影响生物膜的生长优势3基质构成一个营养相对丰富的微环境EPS作用：细菌吸附获得营养屏蔽消毒剂的灭火作用不均匀、凹凸不平的表面：减小水流剪切力增加吸附的有机物提高对消毒剂的抗性亚硝酸盐细菌43.2.3组成生物膜的微生物细菌1大肠菌群机会致病菌对抗生素有抵抗性的细菌对消毒剂有抵抗性的细菌引起嗅觉、味觉、色度不悦的细菌病原性大肠杆菌——大肠埃希氏菌机会致病菌——绿脓假单胞菌、气单胞菌属某种、黄质菌属、克雷伯菌属、沙雷菌属、军团菌超级细菌——金黄色葡萄球菌耐钾金葡菌（MRSA），在医院内的感染率名列前茅，有时候我们给人类造成的恐惧，并不亚于艾滋病毒。耐药肠球菌，把病死率最高上升到73％。成为引起医院感染的主要致病菌之一。结核杆菌，让肺结核重新成为不治之症。据说，美国每年因超菌而导致的死亡人数可达到18000例，超过了2005年美国死于艾滋病的16000人。20世纪70年代，感染葡萄球菌的人中只有2%是感染金黄葡萄球菌。而到了21世纪，这一数字达到了64%。在中国，2005年，因超菌感染导致数十万人死亡。目前住院的受细菌感染的病人中，超菌感染的病死率为11.7％，而普通感染的病死率只有5.4％。增强细菌对消毒剂抵抗性的因素：管壁的吸附细菌囊状物的形成低营养环境菌株的变异与消毒剂的接触引起的变异EPS生物膜的屏蔽生长环的保护抵抗机制的叠加放线菌、链霉菌、诺卡氏菌属、节杆菌属。真菌：酵母、霉菌2原生动物和其他无脊椎动物3变形虫、线虫类、片脚类动物、桡脚类动物、两翼昆虫的幼虫等。病原性原生动物——蓝氏贾第鞭毛虫：肠道寄生虫，腹痛、食欲不振，幼儿营养吸收障碍。病原性原生动物——隐孢子虫：腹泻、腹痛、发热、呕吐、低烧。红虫4红虫（Tubifex，水蚯蚓，丝蚯蚓，顫蚓），红虫体色微红，常常成群地生活在緩緩流动的污水河淤泥中，不停地摆动身体，做扭曲运动。它的营养也十分丰富，体内含有大量的脂肪和蛋白质。另外一种是摇蚊幼虫（Tendipes），体呈蠕虫状，其尾部沒有刺。因虫体内含有一中与血色素相似的物质，所以体呈鲜红，因此也叫血虫。3.2.4生物膜生长因素营养物质对生物膜的影响1（1）有机碳AOC浓度高，则生物膜量升高；在不加氯时，AOC10～20μgc/L，有效控制生物量；而在加氯时，AOC：50～100μgc/L，有效控制生物量；AOC50μgc/L，细菌易于繁殖（不加氯）。BDOC≤0.20mg/L控制生物量。（2）N、P管网水中细菌所需C:P=100:(1.7~2)；P在源水中含量低，且处理单元除磷效率高（90%以上）；P可以成为管网水中细菌生长的限制因子；水中正磷酸盐SRP10μg/L，微生物的生长受P的限制。环境因素2水温微生物量微生物的增长数率水厂处理效果消毒剂的用量、残留量腐蚀速度水力分布流速消毒剂速率、效率流流量剪切力=0.4N/m2时，管壁生物膜的生长曲线剪切力=2N/m2时，管壁生物膜的生长曲线水力因素3剪切力流速大，剪切力提高：•加快O2和营养物传递•促进有机固体分解•促进微生物生长流速大，剪切力提高：•加快消毒剂的传递•加大对生物膜的剪切力•消弱生物膜的生长+-管道腐蚀5消毒剂对生物膜的影响4常规使用余氯控制微生物生长；仅保持较高的余氯（3~5mg/L），仍难完全控制生物膜的形成；高投加氯控制生物膜不可取。采用控制AOC/BDOC余氯来控制生物膜的生长AOC150μgc/L，余氯0.3~0.5mg/L，生物膜稳态生物量低于103CFU/cm2，可实现有效控制生物膜的生长。腐蚀物为微生物提供保护；Fe(OH)3可聚积养分、保护微生物；Fe2+消耗余氯，并生成Fe(OH)3；铁细菌、SRB…沉积物6管网中沉积物（有机+无机）为微生物的生长提供养分和保护。3.2.5生物膜对供水水质的影响供水中大肠菌群、细菌总数增加；供水浊度、色度升高；出现黑水、红水；产生异臭味。生物膜上聚集、繁殖有病原微生物，存在以水为媒介传播某些疾病的风险。3.2.6生物膜的控制4给水管道生长环的控制（1）用pH控制细菌总数pH5或pH8（2）pH控制管道腐蚀LSI=0,RSI=6~7结合细菌总数的控制，将pH值控制在8.0~8.4可以很好抑制生长环的生成。（3）改善净水工艺源水pH值低，提高出厂水pH值控制出厂水BDOC、AOC把提高出厂水水质+改善管道卫生状况统筹考虑LOGO