给水管道卫生学.ppt

怎样保证居民饮水卫生,供水管网二次污染防治,水源保护,强化饮水处理,给水管道卫生学的建立背景,给水管道卫生学的主要研究内容,供水水质动态调控性研究,供水水质的化学稳定性和生物稳定性的研究,消毒和消毒副产物的研究,1,2,3,4,具体研究课题,氯及其他消毒剂在给水管网中的消耗规律和复合使用条件与方法的研究,各种消毒剂形成的副产物及其在给水管网中变化规律的研究,生物膜的形成机理及控制方法研究,生长环的形成机理及控制方法研究,5,6,7,8,管网水质化学稳定性的概念、原理与保障方法研究,管网水质生物稳定性的概念、原理与保障方法研究,管网水质综合评价理论与方法研究,管网水质在线监控理论和方法研究,第4章余氯衰减规律余氯衰减影响因素分析，余氯浓度计算及实例,第2章生长环定义，成因，对水质的影响,第3章生物稳定性及生物膜定义，生物膜生长因素及控制方法、AOC及BDOC的变化,第5章管材对水质影响管材对生长环，生物膜及水质的影响,第6章消毒副产物形成机理，变化规律及水质模型,第1章绪论管道卫生学意义与研究内容,第10章管网水质监测新技术数字化远程监测技术与应用,第7章管网水质模型水力模型，水质模型及应用,第8章分质分区供水分质供水分类及实例，分区供水对管网水质的改善,第9章改善管道卫生状况生长环的控制、清除及旧管道的更生,2给水管道生长环,给水管道在长年的运行中，沿管道内壁会逐渐形成不规则的环状混合物，并随管道的运行时间而增长，称之为“生长环”，它是给水管道内壁由沉淀物、锈蚀物、黏垢及生物膜相互结合而成的混合体。,2.1生长环的概念,生长环1,生长环2,普通铸铁管的管壁生长环,生长环3,管内壁结有半松软状态的污垢，其外层为灰黑色，内层为赤锈色，污垢厚度达2025mm，并伴有腥臭味,生长环4,生长环5,生长环的内表面,生长环6,生长环7,生长环8(铸铁管),生长环9（含锰的地下水）,生长环10（含锰的地下水）,生长环表面11,生长环12(闸板式阀门),生长环13（铸铁管含锰的地下水）,生长环14,A：未涂防腐涂料，使用时间长；B：未涂防腐涂料，使用时间短；C：已涂防腐涂料水质相同,经过防腐处理的管道,生长环电镜扫描（PVC管）,生长环电镜扫描（不锈钢管）,生长环电镜扫描,（环氧树脂涂衬球墨铸铁管）,生长环电镜扫描（环氧树脂涂衬铸铁管）,生长环电镜扫描（球墨铸铁管）,生长环电镜扫描（铸铁管）,生长环横截面的电镜扫描(全貌),A,B,在横截面上最内层及最外层分别选取A和B两点，对其进行放大500倍的扫描，见下图：,A,B,生长环横截面的电镜扫描全貌中的A点的电镜扫描照片,生长环横截面的电镜扫描全貌中的B点的电镜扫描照片,危害,影响水质、通水能力,颜色,黑色、深褐色、黄褐色,厚度,生长环,1050mm,2.2生长环的组成分析,2.2.1物理结构分析,物理结构,分层,比表面积及孔隙率,密度,2.2生长环的组成分析,2.2.2化学组成分析,化学组成,Fe2+、Fe3+,元素,水分及灼烧减重,2.2生长环的组成分析,2.2.3微生物检测,微生物,硫酸盐还原菌,总大肠菌群数,细菌总数,铁细菌,+,2.3生长环的成因,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-pHs,RSI指数LSI=2pHs-pHa,pHa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,影响因素,（3）腐蚀形态,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。,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,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,BDOCBiodegradableDissolvedOrganicCarbon,AOCAssailableOrganicCarbon,AOC细胞体+能量,细菌,BDOCCO2+细胞体+能量,细菌,一般AOC=1/3BDOC,美国：AOC50100gc(乙酸碳)/L,我国：AOC200gc/L(近期)AOC100gc/L(远期),AOC50gc/L,TOC100gc/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,1,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%)BDOC28,3.1.5BDOC与生物稳定性,T=20，BDOC0.15mg/L，生物稳定性好；T=15，BDOC0.20mg/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200300m,无机粒子,胞外聚合物,有机粒子,微生物,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,出厂水残留,管网,二次增殖,残留少数活菌未被灭活细菌,管道破裂错误链接倒虹吸负压,修复生长繁殖,细菌外部进入,3.2.2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。,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,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,3.2.3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。,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，AOC50gc/L，细菌易于繁殖（不加氯）。BDOC0.20mg/L控制生物量。,（2）N、P,管网水中细菌所需C:P=100:(1.72)；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SRP10g/L，微生物的生长受P的限制。,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,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,+,-,常规使用余氯控制微生物生长；仅保持较高的余氯（35mg/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AOC150gc/L，余氯0.30.5mg/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