水处理生物学(第十二讲).ppt

8.1 水的卫生细菌学一、水中的细菌及其分布（1）水中细菌的来源 土壤、污水、垃圾、死的动植物、雨、雪等。（2）水中细菌的数量 被粪便污染的水工业区、城市附近细菌多，且有病原菌河水下游，细菌数目逐渐下降（3）水中细菌的分布（不均匀）近岸和湖中心，湖水表面和深水区，雨前和雨后，湖底淤泥和湖水中。地下水和地表水，深层地下水和浅层地下水。,第八章 水的卫生细菌学及水中微生物的控制,二、水中的病原细菌和病毒 水中的病原细菌极少，大多不是病原细菌，病原细菌主要来自肠道。水中常见的病原细菌：伤寒杆菌 痢疾杆菌 霍乱弧菌 肠道传染病菌 水中常见的病毒：肠道病毒,（1）伤寒杆菌 三种：伤寒沙门氏菌 副伤寒沙门氏菌 乙型副伤寒沙门氏菌 形状：杆状 大小：0.60.7 x 2.04.0 um 症状：急、持续发热、肝脾肿大、躯干出现红肿、腹泻 特点：不生芽孢、荚膜，周身有鞭毛，革兰氏阴性菌。5%石炭酸需5min杀死；60 30min杀死。,感染源：被感染者或带菌者的尿及粪便，接触被污染的物品、食物、水等。,（2）痢疾杆菌（细菌性痢疾）两种：痢疾杆菌（痢疾志贺氏菌）副痢疾杆菌（副痢疾志贺氏菌）形状：杆状 大小：0.40.6*1.03.0 um 症状：急性腹泻，大便中有血及黏液。菌重，菌轻 特点：不生芽孢、荚膜，没有鞭毛，革兰氏阴性菌。1%石炭酸 30min杀死；60 10min杀死。,感染源：被感染者或带菌者的尿及粪便，接触被污染的物品、食物、水等，蝇类。,（3）霍乱弧菌 形状：弯曲杆状。或短或粗 大小：0.30.6*1.05.0 um 特点：不生芽孢、荚膜，一根鞭毛，革兰氏阴性菌。1%石炭酸 5min杀死；60 10min杀死；耐高碱。症状：轻腹泻。重呕吐，“米汤样”大便，腹疼，昏迷。严重的12小时死亡。,感染源：被感染者或带菌者的尿及粪便，接触被污染的物品、食物、水等，蝇类。,（4）肠道病毒（enterovirus）包括：脊髓灰质炎病毒（poliovirus）：有1、2、3三型；柯萨奇病毒(coxsackievirus)：分A、B两组，A组包括1 22、24型，B组包括1 6型；埃可病毒（ECHO virus）：包括1 9，11 27，29 33型；新肠道病毒：为1969年后陆续分离到的，包括68，69，70和71型；肝炎病毒：甲、乙、丙、丁、戊、已、庚型肝炎病毒。,防范措施：改善粪便管理工作；灌溉前沉淀处理城市生活污水；砂滤；消毒 以上三种病原菌和病毒用一般的加氯消毒均可除去。目前一般水厂的加氯量只能杀死肠道传染病菌及肠道病毒。,三、大肠菌群和生活饮用水的细菌标准（一）大肠菌群作为水卫生指标的意义（1）进行细菌卫生细菌学检验的目的 保证水中不存在肠道传染病的病原菌；天然水体中的病原菌很可能是受粪便污染带入；只检测水中是否有肠道正常细菌存在，而不直接检测水中的病原菌。（2）肠道正常细菌 三类：大肠菌群 肠球菌 产气荚膜杆菌,（4）选作卫生指标符合的要求 该细菌生理特性与肠道病原菌类似，在外界存活时间基本一致；该种细菌在粪便中的数量较多；检验技术较简单。（5）大肠菌群作为检验水的卫生指标肠菌群的生理习性与病原菌相似，并且外界存活时间基本一致；肠球菌在外界存活时间比病原菌短；产气肠杆菌存活时间时间长。大肠菌群在人粪便中数量很大。健康人5000万个/克粪便，生活污水3万个/毫升。检验技术不复杂。,（二）大肠菌群的形态和生理特性（1）种类与分布 大肠埃希氏杆菌（Escherichia coli，E.coli）人、温血动物肠道，正常的寄生细菌。产气杆菌（Aerobacter aerogenes）温血动物，土壤、冷血动物肠道。枸橼酸盐杆菌（Coli citrovorum）温血动物，土壤、冷血动物肠道。副大肠杆菌（Paracoli）痢疾、伤寒病人肠道，冷血动物肠道。,（2）形态特性 革兰氏阴性菌，无芽孢，无荚膜；有鞭毛；短杆菌，端部钝圆。（3）生理特性 兼性好氧；适宜pH 中性（4.59.0）；分解葡萄糖、甘露醇、乳糖，产酸产气；远腾氏培养基或伊红美兰培养基上形成特征菌落。,（4）用于检测的有机物（人粪便中存在大量的E.coli）葡萄糖、甘露醇 温度：43 45 检出：大肠杆菌、副大肠杆菌；产气杆菌、枸橼酸盐杆菌不能检出。乳糖（检验的水质安全可靠）温度：37 检出：大肠杆菌、产气杆菌；副大肠杆菌不能检出。,（三）生活饮用水的细菌卫生标准 中国于 2001 年颁布的 生活饮用水卫生规范，对生活饮用水的细菌学标准规定如下：（1）细菌总数每毫升不超过 l00 cfu（colony-forming unit）；（2）总大肠菌群每 100mL 水样中不得检出；（3）粪大肠菌群每 100mL 水样中不得检出；（4）若只经过加氯消毒便供作生活饮用水的水源水，每 100 mL 水样中总大肠菌群 MPN（最可能数）值不应超过200；（5）经过净化处理及加氯消毒后供作生活饮用的水源水，每 100 mL 水样中总大肠菌群 MPN 不应超过2000。,四、水的卫生细菌学检验（一）细菌总数的测定 方法：将定量的水样接种于营养琼脂培养基中，在37温度下培养24hr后，计数生长的细菌菌落数，然后根据接种的水样数量就可算出每毫升水中的细菌数。先接种稀释水样，再倾注培养基，细菌总数愈多，污染愈重。,（二）大肠菌群的测定 两种方法：发酵法 滤膜法 发酵法测定水中的大肠菌群数（以乳糖作有机物分解）三步：初步发酵试验 平板分离 复发酵试验,（1）发酵法 初步发酵试验 方法：将水样置于乳糖液体培养基中，37培养24hr，观察产酸和产气情况。产酸产气初步确定有大肠菌群。产酸：溴甲酚紫作指示剂，培养基由紫色变为黄色。产气：杜氏小管顶端有气泡 产酸产气的菌有：大肠菌群 厌氧芽孢杆菌 好氧芽孢杆菌,平板分离将第一步产酸产气的菌落划线接种在伊红美兰固体培养基表面，37培养24hr，目的阻止厌氧芽孢杆菌生长。大肠菌群和好氧芽孢杆菌生长，同时大肠菌群有特征性菌落出现。革兰氏染色 取有典型菌落特征的单个菌落进行革兰氏染色。大肠菌群：革兰氏阴性菌、不生芽孢、好氧。好氧芽孢杆菌：革兰氏阳性菌、生芽孢、好氧。复发酵试验 将可疑菌落（革兰氏阴性、伊红美兰特征菌落）移接于乳糖液体培养基中，37培养24hr。产酸产气者确定为有大肠菌群存在。,厌氧芽孢杆菌水样接种 产酸产气 大肠菌群 好氧芽孢杆菌 产生典型菌落（大肠菌群、产气芽孢杆菌）革兰氏阴性无芽孢、大肠菌群 产酸、产气（阳性管）,初步发酵,鉴别培养基，平板分离,革兰氏染色,复发酵,水样中大肠菌群的最可能数目MPN 值计算的近似公式 MPN（个/L）=【例】今用 300 mL 水样进行初步发酵试验，100 mL 的水样 2 份，10 mL 的水样 10 份。试验结果得在这一阶段试验中，100 mL 的 2 份水样中都没有大肠杆菌存在，在 10 mL 的水样中有 3 份存在大肠杆菌。计算大肠杆菌的最可能数。解：MPN（个/L)=10.5 11,（2）滤膜法 为了缩短检验时间，简化检验方法，可以采用滤膜法。用这种方法检验大肠菌群，有可能在 24h 左右完成。滤膜法通常是用孔径为 0.45 m 的微孔滤膜水样，细菌被截留在滤膜上，将滤膜贴在悬着型培养基上培养，计数生长在滤膜上的典型大肠菌群落数。滤膜上生长的总大肠菌群数的计算公式如下：总大肠菌群菌落数（cfu/100 mL）=,滤膜法的主要步骤如下：将滤膜装在滤器上，用抽滤法过滤定量水样，将细菌截流在滤膜表面。将此滤膜没有细菌的一面贴在品红亚硫酸钠培养基或伊红美蓝固体培养基上，以培育和获得单个菌落。根据典型菌落特性及可测得大肠菌群数。为进一步确证，可将滤膜上符合大肠菌群特征的菌落进行革兰染色，然后镜检。将革兰染色阴性无芽孢杆菌的菌落接种到含糖培养基中，根据产气与否来最终确定有无大肠菌群存在。,（三）水中病毒的检验目前在水质检验中使用的方法是“蚀斑检验法”；用猴子肾脏表皮细胞进行检验；在 24 48 h 内用肉眼观察病毒群体增殖处形成的蚀斑；每升水中病毒蚀斑形成单位（plaque-forming unit，简称 PFU）小于1，饮用才安全。,8.2 水中微生物的控制方法一、病原微生物的去除 家庭：水煮沸 自来水厂：加氯消毒 臭氧消毒 二氧化氯消毒 紫外线消毒（1）加氯消毒（常用）液氯，漂白粉（2530%有效氯）有效氯：凡是化合价高于-1的氯化物都有氧化能力，有效氯表示氯化物的氧化能力。,氯的氧化能力加氯气后：Cl2+H2O=HOCl+H+Cl-HOCl=OCl-+H+起氧化作用的是：HOCl 中性，扩散渗透进入细胞，氯原子杀死细菌。OCl-负电，细菌细胞带负电，相斥，难起消毒作用。HOCl与 OCl-量的多少取决于水的pH值：pH 越低，所含的HOCl越多，因而消毒效果较好。pH 5，几乎全是HOCl pH 10，几乎全是OCl-水温降低，HOCl所占比例增大（pH不变时）,加氯量水消毒时加氯量分两部分：需氯量：用于杀死细菌和氧化有机物等所消耗的氯量。余氯量：加入水中的氯用于杀死细菌和氧化有机物等消 耗后的剩余部分。保证一定量的余氯的重要性：保证有持续的杀菌能力。我国生活饮用水卫生标准（TJ 20-76）规定：加氯接触30min 后，游离性余氯不应低于0.3mg/L，集中式给水，除水厂的出水应符合上述要求外，管网末梢水的游离性余氯不应低于0.05mg/L。,该规定适用范围：只能保证杀死肠道传染病菌。一般，pH=7时，杀死病毒所需余氯量是杀死一般细菌的220倍，并与水温成反比。杀死赤痢阿米巴需余氯310mg/L，时间30min。杀死炭疽杆菌需余氯量更大，易形成致癌物三氯甲烷。,（2）臭氧消毒（臭氧有强的杀菌力）优点：不需长时间接触，可杀死细菌；对病毒、芽孢有很大的杀伤效果；不受水中pH等的影响；除铁、锰，去臭、去味、去色度。用法：用于消毒过滤水，加量 1mg/L；去色，除臭味，加量45mg/L；维持剩余臭氧量0.4mg/L，接触时间15min。缺点：发生装置复杂，费用高，1Kg臭氧耗电1520度。在水中不稳定，易散失。不能储藏，边生产边使用。,（3）二氧化氯消毒 一种氯消毒法，效果优于氯，次于臭氧。优点：不形成致癌物三氯甲烷;pH610范围内，杀菌效果几乎不受pH影响;二氧化氯有很强的除酚能力。反应：NaClO2=ClO2+缺点：NaClO2较贵，而且ClO2不能储存，生产出来立即 使用；只有水源严重污染一般氯消毒有困难时才 采用该法消毒。（4）紫外线消毒 能处理的水：色度低，悬浮杂质和胶体物质少，水深不超出12 cm，一般仅在特殊情况下小规模使用。,二、藻类的去除天然水：病原微生物，藻类（水库、湖泊）（1）CuSO4去除藻类 投加量：天然水 0.3 0.5 mg/L(0.30.5ppm)，药效长、效果好，几天杀死大量藻类。但不能去臭。几个mg/L去除水管、构筑物内软体动物。（2）漂白粉去除藻类 投加量：0.51 mg/L(0.51ppm)，杀藻、去臭。,8.3 饮用水的生物稳定性一、有机物的来源、危害与生物稳定性的提出（1）水源水中的有机物的来源可分为两大类：一类为天然有机物，是自然环境的代谢产物，包括腐殖质、微生物分泌物、溶解的植物组织及动物的废弃物等。另一类是人工合成有机物，包括农药、工业废弃物等。,（2）危害作用：部分有机物为高毒性的持久性有机污染物或内分泌干扰物质，具有致癌性、生殖毒性、性等危害，对人体健康有直接的威胁；部分有机物为消毒副产物的前体物质，在加氯消毒过程中可形成具有毒性的卤代有机化合物，进而危害人体健康；饮用水中的可生物降解有机物将对给水管网和管网水质产生危害。这其中的第三类危害已成为近年来的关注热点。,二、生物稳定性的概念 饮用水生物稳定性是指饮用水中可生物降解有机物支持异养细菌生长的潜力，即当有机物成为异养细菌生长的限制因素时，水中有机营养基质支持细菌生长的最大可能性。饮用水生物稳定性高，则表明水中细菌生长所需的有机营养物含量低，细菌不易在其中生长；反之，饮用水生物稳定性低，则表明水中细菌生长所需的有机营养物含量高，细菌容易在其中生长。,三、给水管网中细菌生长的影响因素余氯 保持管网内一定的余氯含量以控制细菌生长是目前世界范围内普遍采用的消毒方法。营养 管网饮用水中存在的大多数是异养菌，必须依靠分解和利用可生物降解有机物质维系生命。颗粒物 水中颗粒物易成为细菌生长的载体，并降低氯对细菌的杀灭作用。水力因素 水流速度增大可将更多的营养物带到管壁生物膜处；同时也增加了消毒剂含量和对生物膜的冲刷作用。,四、饮用水生物稳定性的主要指标 目前，国际上普遍以可同化有机碳(AOC)和生物可降解溶解性有机碳(BDOC)作为饮用水生物稳定性的评价指标。AOC：是可生物降解有机物中可被细菌转化成细胞体的部分；BDOC：是水中有机物中能被异养菌利用(无机化和合成细胞体)的部分。由此可以看出：AOC是有机物中最易被细菌吸收，直接同化成细菌体的部分，是 BDOC 的一部分；BDOC包括其同化作用和异化作用的消耗。它们的含量越低，细菌越不易生长繁殖。,