饮水卫生.ppt

第二章饮水卫生饮水是病原微生物传播的重要途径 饮水中的污染物是造成畜禽病理变化的原因之一 在畜牧业生产中 饮水卫生对于保证畜禽健康具有较重要的意义 现在城市已经建立了自来水供给系统 但一些地方仍然以河水 井水等为水源 这类水源一旦受到污染 就会产生很大的危害 畜牧场规模较大的情况下 用水量往往会超过自来水厂配给水量 特别是考虑到用水成本的问题 大型牧场应有单独的水源 这就需要有相配套的卫生监测控制设施和措施 第一节水体污染与自净对水体污染和自净的研究主要是在认识牧场对自然水体造成污染的规律基础上 制订控制污染 减轻污染或消除污染的措施 一 水体污染是指向水体排入的污染物质改变了水体的组成并使水源水质恶化 对人畜健康产生不良影响 天然水体对污染物质有一定的容纳限度 如果没有超出这个限度 水体就会产生自然净化 超出这个限度 则水体水质就会恶化 由于水体流动性强的特点 污染物就会广泛传播 对人类生存的大环境造成极大危害 1 造成水体污染的原因 1 天然污染 自然死亡的尸体污染和地质因素造成的污染 这种污染是很轻微的 对人畜健康威胁相对较小 2 人为污染 工农业生产和居民生活中直接向自然水体排入大量未经净化处理的污水 废水 或直接向天然水体投放污染物 造成水体水质恶化 人为污染是造成环境污染的主要因素 一般说的环境污染即指人为污染 2 污染物的类型 1 有机物污染 水中有机物自然情况下较少 如果水体被粪便 生活废弃物等污染之后 水中有机物量就显著升高 少量有机物往往经水体有氧分解 从而被消除 有机物CO2 硝酸盐 碳酸盐 磷酸盐等 当有机物量较大时 水中氧很快消耗尽 从而主要发生有机物的厌氧分解 好氧菌 水中 有机物NH3 H2S CH4 硫醇等恶臭物 所以水体中有机物污染严重时 会使水体散发出难闻的臭味 同时微生物也会大量滋生 2 微生物污染 自然状况下 水体中主要含有对生物无害的腐生微生物 如果水体被病原微生物污染后 可引起介水传染病的传播 水中厌氧菌 对家畜健康危害最大的有猪丹毒 副伤寒 马鼻疽 炭疽病 布氏杆菌病 痢疾等 由于水体受到粪便污染时大肠杆菌含量一般会显著升高 因此常以大肠杆菌含量衡量水体受粪便污染的程度 这种检测法即为 指示菌 检测法 大肠杆菌就成为水体受粪便污染的 指示菌 3 有毒物质污染 水源中的有毒物质主要来源于工业废水和农业生产的各种农药 1 无机系的毒物 铅 砷 汞 镍 铬 镉等 2 有机系毒物 聚氯联苯 有机磷农药 酚类 有机氯等 3 危害 直接使人畜中毒 防碍水体的自净作用 4 水体中的致癌物质 砷 铬 镍 苯胺 3 4苯并芘等皆可致癌 二 水体的自净 水体自净指的是水体受到污染后 由于物理的 化学的 生物学的因素和其他因素的综合作用 在一定条件下 使污染物逐渐消除以达净化的过程 水体自净过程的时间长短与污染物性质的污染物量以及水体的物理 化学和生物学因素有关 而且不同的水源具有不同的自净方式 下面是主要几种水源的自净方式 1 江河水的自净 江河水的自净能力很强 原因在于其流动性强 溶解氧丰富 能够通过多种途径消除污染物 以下是其自净过程中主要的途径 1 混和稀释作用 污染物进入水体后 与水体混和而稀释 浓度大大降低 甚至已不再具有危害 2 沉降和逸散 污染物在水体中 有的因为比重较大 受重力作用而沉入水底 这称作重力沉降 重力沉降可以使一部分细菌和寄生虫卵被沉入水底而死亡或分解 另外 一些污染物被水体中胶状颗粒 固体微粒或浮游生物所吸附 比重不断增大 最后沉入水底 这称为吸附沉降 水体中的污染物有一部分具有挥发性 在江河水流动和太阳辐射热作用 可以挥发到大气中 这种现象称作逸散作用 例 NH3 H2S 金属汞 酚 这种作用使水得到净化但却污染了空气 3 日光照射 太阳光中的紫外线可以杀灭一部分水中的细菌 而且由于红外线等辐射可提高水温和促进水中生物化学作用 对于有机物的分解具有重要的意义 4 中和作用 水体中的酸性和碱性污染物相互中和 生成无害的盐类 5 有机物分解 生物降解化学降解自然水体中丰富的溶解氧可以促进有机物的好氧性生物降解作用 这依赖于水体中本来具有的大量好氧微生物 这种作用不产生有毒有害气体 是江河水中有机污染物被消除的重要途径 当水中的溶解氧较少时 有机物的分解往往以厌氧微生物的生物降解作用为主 于是在有机物消除的同时产生各种有毒有害气体 对空气产生一定的污染 水体中有机物的分解也包括发生于水中的某些化学过程 如水解 一般的化学氧化还原等 这种分解称为化学降解 它可以使部分有机物变成小分子无毒害物质 6 水栖生物的拮抗作用 在自然江河水中 原生动植物 浮游动物 噬菌体数量很多 它们可以吞食许多有机物 细菌 病毒和寄生虫卵等 同时 在各种微生物之间 存在激烈的竞争 许多病原微生物和低等生物在竞争中消亡 7 生物转化和生物富集 水中的部分污染物 通过微生物的转化作用 毒性发生变化 称为生物转化 例 汞一甲基汞 毒性 一部分污染物 脂溶性并在体内难以异化的污染物 被水生生物特别是低等生物吸收后 沿食物链逐级传递 浓度不断升高 最后在较高等的生物 如鱼体组织中达到极高的浓度 这种现象称作生物富集 如微生物 原生动物或植物 浮游动物 贝 虾 小鱼 大鱼 有人用含甲基汞0 1ppb的水养鲤鱼 一个月后测定的结果 鲤鱼富集在体组织中的甲基汞浓度是水中的1 5万倍 水中0 0001ppm 小鱼0 2 0 5ppm 中等鱼0 8ppm 大鱼1ppm 5ppm 自然水体中污染严重时 生物富集可以使体组织中浓度高达几十万倍 生物富集的结果是水体中污染物浓度显著下降 但给水生生物和食用该种水生生物的高等动物造成很大威胁 以上各种因素综合作用的结果是 1 水体中污染物量少的情况下 水体变成了卫生学上无害的状况 2 水体中有机物大量分解成小分子无机物 3 病原微生物发生死亡和变异 4 寄生虫卵数量下降或消失 5 有毒物质含量下降 6 自净过程彻底完成后 水体表现形状清澈透明 但水体自净能力是有限度的 当污染物含量过高 自净过程无法在一定时期内完成 就会造成很大范围的危害 2 湖泊水及水库水的自净 湖泊水和水库水都有流动缓慢 溶解氧较少 容易大量积累污染物的特点 前两个原因决定了其自净能力较差 三个因素共同决定了其自净过程的彻底完成需要很长的时间 如果污染物在自净过程中因人为原因不断增加 则无法完成自净过程 在湖泊水和水库水污染中 由于有机污染物积累量大 容易出现 富营养化 问题 水体出现富营养化现象与否 或富营养化的程度 一般根据水中总磷含量或总氮含量 无机P N 来衡量的 若总磷大于20mg m3或无机氮含量大于300mg m3 即可确定水体出现 富营养化 水体出现富营养化之后 其自净能力也会变得很差 从而造成长期无法净化的恶性循环 3 地下水的自净 地下水由地面水和降水渗滤贮积而成 其特点是水量水质一般比较稳定 但其溶解氧含量少 微生物含量少 太阳辐射少或无 流动缓慢 如井水 这就决定了地下水虽有利于防止污染 但自净能力很差的特性 因而地下水一经受到污染 将无法在短时期内自己消除污染物 所以 我们以地下水作为水源 必须注意保护 防止任何污染 另外 在建场时注意废弃物 粪场等应远离水源设置 必要时在水源边设防护栏 种植草皮 树木等绿化周围环境 第二节饮水的卫生要求及评价对于水源的卫生监测具有很重要的意义 只有做好饮水卫生监测工作 才能保证消除各种介水传染病的发生 这对于人畜健康都是至关重要的 一 饮水的卫生要求 1 要求感官性状要好 这主要指清澈度要好 无臭 无色 无异味 2 要求不含有病原微生物 寄生虫卵等介水传染病源 3 要求水源中矿质元素的组成对机体无害 防止造成各种急性和慢性中毒 由于水体中微量元素含量过多或过少引起的疾病 称为生物地球化学病 所以 必须定期测定水源中生物的或化学 物理指标 才能确保饮水安全 二 关于饮用水量的估计 畜牧场水源的选择必须充分考虑人畜饮用水和生产用水的量 否则水量不足将会造成生产力下降和诸多工作上的不方便 从而降低劳动生产率 一般说来 每人每天用水量可按20 40L计算 夏天以高限计算 冬天可适当减少 以下同 家畜的每天用水量可参考下表 畜种总需水量 升 奶牛80 100其他牛45绵羊10家禽1 1 25兔3带仔母猪 30 60公猪和非带仔母猪20 30肥猪15仔猪5 三 水的卫生评价 对水的卫生评价一方面是针对水源状况 如水源水质 水源底质 水中生物状况的综合调查检测 另一方面是针对输送到畜牧场的供水进行各种指标的检测 对一般水质的检测包括以下内容 一 水的感官性状 1 水温 水温在特定地区 气候条件下 一般比较稳定 水温的变化有时由污染引起 所以要注意水温的突然变化 2 颜色 自然状况下 水不应有颜色 如有色 须查明原因 认真处理 3 浑浊度 浑浊程度与水中所含悬浮物质含量成正比 它反映水中未溶污染物含量 1升水中含有1mg标准硅藻土 则其浑浊度定义为1度 我国饮用水卫生标准规定 浑浊度应 5度 4 臭和味 应无异嗅和异味 水中含铁盐 则有涩味 含MgSO4 则有苦味 臭和味是根据主观感觉表示的 一般分为六级 即 0 无 1 很弱 2 弱 3 显著 4 强 5 很强 二 化学指标 1 pH值 正常情况下 水的pH 7 2 8 6 当污染物进入水体后 pH值可发生很大变化 我国饮用水卫生标准规定 pH值应在6 5 8 5 2 总硬度 水的硬度指水中钙 镁等盐类的总含量 分为碳酸盐和非碳酸盐硬度或分为暂时硬度和永久硬度 1升水中的Ca2 和Mg2 总含量相当于10mgCaO中Ca2 含量 则水硬度定义为1度 硬度小于8度 称为软水 8 16度为中等 17 30度称为硬水 30度以上为极硬水 动物可以饮用不同硬度的水 但硬度突然改变会造成胃肠道疾病 硬度较高的水 特别是含Mg2 过多 则容易造成腹泻 我国饮用水卫生标准规定 水的硬度应低于45度 3 氮化合物 水中的氮化合物的主要指有机氮 蛋白氮 氨氮 亚硝酸盐氮和硝酸盐氮 氨氮 亚硝酸盐氮和硝酸盐氮简称为 三氮 三氮 中 只有NO3 氮是水体中本来就大量含有的 因为土壤中往往含有较多的硝酸盐 NH4 NO2 在水中主要由含氮有机物分解产生 一般情况下 水中含氮有机物在微生物好氧分解下 产生的含氮物主要是NH4 NH经亚硝化菌有氧作用转化为NO2 最后由硝化菌转化为硝酸盐类而结束 所以 含氮有机物污染后的水体自净作用进行的程度可以由三氮中各组分的含量大致确定 NH4 含量多 NO3 和NO2 含量较微甚至没有 表明自净作用正在开始 NO2 含量高而NH4 较少时 表明自净作用已初步完成 NO3 含量高而NH4 和NO2 含量较微甚至已没有 则自净作用已彻底完成 4 溶解氧 DO 溶解于水中的氧气 称为溶解氧 水中的溶解氧含量对于鱼类等水生生物的正常生存具有很重要的意义 同时 溶解氧对于保证水质良好 有机物的分解效率有决定的作用 比如鱼在16小时中要消耗5mg溶解氧 如果溶解氧不足 就会出现 浮头 现象 溶解氧少的水源自净能力较差 有机物分解慢且产生大量的恶臭气体和有毒物质 水中溶解氧含量与空气中氧分压和水温有关 水温较高时 溶解氧含量减少 5 生化耗氧 需氧 量 BOD Biologyoxygendemand 生化耗氧 需氧 量是表示有机物对水体污染程度的指标之一 由于有机物好氧分解会消耗大量溶解氧 所以 可根据水中溶解氧下降的量去衡量水中有机物含量 所谓生化耗氧 需氧 量 即是指有机物在微生物作用下 进行生物氧化分解消耗的溶解氧量 mg L 实际工作中 常以20 恒温培养5日后 1升水样中减少的溶解氧mg数表示BOD 故称为五日生化耗氧 需氧 量 记作 BOD5 饮用水卫生标准规定BOD应小于3 4mg L 一般清洁水的BOD低于0 2mg L 6 化学耗氧 需氧 量 COD ChemicalOxygenDemand 为了便于迅速测定水中有机物含量 采用化学氧化剂 常用K2CrO7或KMnO4 氧化1升水中的有机物所消耗的氧化剂相当的氧量 就称为化学耗氧 需氧 量 由于水中含有还原性无机物 所以化学耗氧量表示有机物含量也主要是反映有机物污染的程度 饮用水卫生标准规定 COD应小于2 5 3 5mg L 7 氯化物 硫酸盐水中氯化物和硫酸盐含量一般比较恒定 如果突然升高 则往往是受到污染 所以 测定氯化物和硫酸盐含量可以间接估计水体污染程度 饮用水卫生标准规定Cl 250mg L SO42 250mg L 三 细菌学指标微生物对水体的污染常常是因为粪便 生活污水等排入水体造成 因此水体中微生物含量升高表明粪肥污染量增加 水中粪肥污染的指标有 1 细菌总数 1ml水样在琼脂培养基上 37 恒温培养 经24h后生长出的各种细菌菌落总数 即为细菌总数 2 大肠菌群指一群需氧或兼性厌氧 在37 生长时 能使乳糖发酵而在24h内产酸产气的革兰氏阴性无芽孢杆菌 1 大肠菌群指数 每升水样中所含有的大肠杆菌数目 3个 L2 大肠菌群值 指发现一个大肠杆菌的最小水量 第三节水源及其选择一 水源的种类1 降水 降水指雨 雪 冰雹带来的水 这种水极软 现在空气污染严重 所以降水中往往含有许多有害物质 特别是酸雨危害极大 2 地面水江 河 湖 水库 塘中的水 称为地面水 是由地表流汇集而成 地面水硬度中等 一般浑浊度较大 含菌量较高 但水量很充足 取用十分方便 常被选为水源 除硬度极大的海水之外 地面水在使用之前一般要经过净化消毒处理之后 才能安全使用 3 地下水地下水由地面水渗滤汇集而成 分为浅层地下水 如泉水 和深层地下水 如井水 一般情况下 地下水水质良好 透明 清洁 含菌少 但硬度较大 所含矿质元素与地质特性关系很大 二 水源的选择选择水源一般要注意以下几点 1 水量要充足 必须满足饮用 生产和生活用水的需要 而且要考虑到地区和季节的水量差异 2 水源水质要好 即使水质稍差 经一般净化消毒处理之后应能满足饮水卫生要求 3 便于卫生防疫 集中式供水是统一由水源取水 集中进行净化 消毒之后通过配水管网供水 分散式供水指的是多用水点分散地从各水源直接取水 这种方式不便于净化消毒处理 如果以井水为水源 必须注意保护 周围20 30m范围内不得有任何污染源 以河水为水源 除了检查该水源有无大的污染源以外 取水点上游1000米以内 下游100m以内 都不允许有污水排入 4 选择水源必须同时对其周围环境条件作认真考察 良好的环境条件是水源水质长期保持良好的重要保证 5 取用方便 第四节饮水净化与消毒一般情况下 水源水质达不到生活饮用水水质标准的要求 所以 只有将水源作净化消毒处理 才能确保饮水卫生安全 水源净化包括沉淀和过滤两步 然后可进行活性碳去臭 石灰去Fe Al2 SO4 3 18H2O去氟等特殊处理 最后加以消毒杀菌 必要时对水质各项指标作进一步检测 若达到卫生标准要求 方可供水使用 一 沉淀 沉淀处理分为自然沉淀和混凝沉淀1 自然沉淀 自然沉淀指通过重力使用 悬浮物自然下沉 这种过程往往因为胶体作用 时间太长 所以一般用水量大的情况下应采用混凝沉淀 2 混凝沉淀混凝沉淀是指向水体中投放一定的混凝剂 形成比重较大的絮状物沉入水底 达到澄清水体的目的 因而此法称作混凝沉淀 影响混凝剂絮凝效果的因素有溶解用水 溶解浓度 溶解方法 搅拌及pH值等 水中的胶体粒子及胶团结构示意图 原理一 吸附电中和作用 原理二 网捕作用 向水中加入带金属离子的混凝剂后 由于金属离子的水解和聚合作用 会以水中的胶粒为晶核形成胶体状的沉淀物 沉淀物从水中析出的过程中 会吸附或网捕胶粒共同沉降下来 这称为网捕作用 原理三 压缩双电层机理在水中投加电解质以后 水中与胶粒上反离子具有相同电荷的离子数增加了 这些离子可以与胶粒吸附的反离子发生交换或挤入吸附层 使胶粒带电荷数减少 从而降低了 电位 并使扩散层的厚度减少 因此 相互间的吸引力相应变大 胶粒得以迅速凝聚 过去采用的混凝剂有Al2 SO4 3 18H2O 明矾k Al SO4 2 12H2O FeSO4硫酸亚铁等 其作用原理为 H2O Al SO4 3 Ca HCO3 2 Al OH 3 CaSO4 CO2 H2O FeSO4 Ca HCO3 2 Fe OH 2 CaSO4 CO2 Fe OH 2 O2 H2O Fe OH 3 Al2 SO4 3 K2SO4 24H2O 明矾在水中可如此表示 后来用碱式氯化铝 AlCl2 OH和聚合铝 混凝效率提高了许多 北京科技大学的研究人员利用铝厂的原料 充分利用其中的Fe2O3 Al2O3 SiO2和CaO等有效成分 生产出一种以聚合氯化铝为主 同时含有少量的铁 硅和钙等多种有效成分的无机复合混凝剂 BKD 1 处理废水十分有效 近年来在污水处理中应用较多的絮凝剂聚丙烯酰铵 PAM 是一种有机高分子絮凝剂 阳离子型聚丙烯酰铵是由丙烯酰铵与丙烯酰铵的衍生物缩聚而成 阴离子型聚丙烯酰铵是由丙烯酸与丙烯酰铵共聚而成的 处理废水时 凝聚速度较快 用量较少 絮凝体颗粒较大 另外 采用玉米淀粉为基本原料合成的改性玉米淀粉两性絮凝剂CGAAC是一种生产原料来源广泛 pH值适用范围宽 性能十分优良和稳定的天然高分子改性絮凝剂 该制剂对印染废水 生活污水等有较强的絮凝和脱色效果 而且絮凝性能明显优于阳离子聚丙烯酰胺 CPAM 聚合氯化铝 PAC 等 当CGAAC的投加量在4 10mg L 水溶液pH值在5 10 水温在20 50 时即有理想的絮凝除浊效果 此时的絮凝效果最佳 絮凝剂用法必须得当 否则不仅浪费了药剂 也恶化了水质 二 过滤 混凝沉淀虽可消除较多的悬浮物质 但水体中微生物和一部分悬浮物仍未除去 所以必须加以过滤使水体更洁净 1 过滤的原理 过滤过程是通过阻滤作用和生物膜效应完成的 所谓阻滤作用 是指水中悬浮物大于滤料孔隙而被阻留 这种作用在过滤井使用初期起主要作用 使用一定时间后 过滤过程主要由生长膜效应完成 这时过滤效果达到最佳 所谓生物膜效应 是指水中一部分微生物 胶体粒子沉淀和附着在砂层上 从而可使过滤后水体中80 90 以上的微生物以及99 的悬浮物质被消除 2 普通砂滤井过滤层构造 普通砂滤井过滤层由两层组成 底层为15cm左右厚度的卵石层 卵石直径15 20mm 上层铺70cm厚 直径为0 3 0 5mm的黄砂层 使用2 3个月后应取出50mm厚的黄砂洗净 2 3年后全部取出重新铺设 三 消毒 disinfection 饮水消毒的目的是杀死病原微生物 防止介水传染病传播 常用的消毒方法分为两大类 即物理消毒法和化学消毒法 1 物理消毒法主要有煮沸法 紫外线法 超声波法等 2 化学消毒法化学消毒法很多 如氯化消毒法 臭氧法 高锰酸钾法等 目前主要采取氯化消毒法 1 所谓氯化消毒 指的是用含有强氧化性氯的化学药品或直接通氯气到水体中消毒的方法 氯化消毒的优点是 杀菌力强 毒副作用小 设备简单 使用方便 费用低廉 2 杀菌机理 氯或其化合物 含有效氯 在水中形成次氯酸或次氯酸根 它们可以迅速扩散至微生物原生质内 与里面的酶类发生氧化还原反应 从而破坏微生物的正常生理功能 使微生物死亡 3 采用药品 主要有Cl2 漂白粉 漂白精片 二氧化氯等 通常由于安全和设备成本等原因 不采用通Cl2的方法 而主要采用漂白粉和漂白精片 这两种药品主要成分皆为Ca ClO 2 CaCl2和Ca OH 2 市售漂白粉有效氯 含量应不少于25 35 否则杀菌效力很低 特别是有效氯含量低于15 时已不能用于消毒 漂白精片因加有一定稳定剂 而且制成了固体丸状颗粒 保存时间长一些 所以现在许多地方使用漂白精片 4 影响消毒效果的因素 消毒剂中有效成分含量高低是保证消毒效果的重要前提 消毒剂用量和接触时间 消毒剂用量应适宜 过低则消毒效果差 过高对人畜有危害 消毒剂的消毒时间足够长 消毒效果才能保证 如氯化消毒中 有效氯应达到1 2mg L 水清澈 接触时间30分钟以上 且30分钟后余氯量应达到0 2 0 3mg L 才能获得满意的效果 如消