血吸虫病防控中渔船粪便无害化卫生设施的设计与实验室评价

周杰 任光辉 汤义虎 喻鑫玲 李广平 夏蒙 罗志红*

我国血吸虫病主要流行于长江中下游十二个省、直辖市(自治区)，湖南省是我国血吸虫病流行的重要疫区之一，控制人畜粪便污染是消除血吸虫病的关键，粪便无害化处理是控制血吸虫病的重要公共卫生措施。2004年以来，湖南省实施了“以控制传染源为主”的综合防治策略，尤其是2016年以后洞庭湖区实施淘汰牛羊等家畜传染源，血吸虫病疫情下降到历史最低时期，但是随着家畜传染源得以控制，人群传染源尤其是重点人群渔船民传染源在血吸虫病流行与传播中的权重将会提升，如何控制渔船民粪便已经成为当前血防工作的重要内容。本文旨在通过介绍一种基于血吸虫病防控的渔船民粪便无害化卫生设施，实现渔船民粪便的无害化处理，为控制与消除渔船民传染源提供一种实用性工具。

材料与方法

一、无害化卫生设施的设计

该套装置按照国际海事组织海上环境保护委员会《国际防止船舶造成污染公约》、《修订的船舶机器处所生活污水防污染设备指南和技术条件》(MEPC159(55)号决议)和中华人民共和国海事局《国内航行海上船舶法定检验技术规则》(2011)、《内河船舶法定检验技术规则》(2011)、《粪便无害化卫生要求》(GB7959-2012)进行设计、生产、检验。设计单位由湖南省血吸虫病防治所与沅江市精一科技机械制造有限公司承担。

二、实验室检测与设备现场检测

1.虫卵准备：健康新西兰大白兔30只，2.5～3.5 kg，雄性，(购自湖南斯莱克实验动物有限责任公司，日本血吸虫阳性钉螺购自江苏省寄生虫病研究所)。每只兔定量感染1 000～1 200条尾蚴。感染42 d后剖杀10只兔，取肝脏，加适量1.2% NaCl，置DS-1型高速组织捣碎机连续捣碎制成匀浆液。匀浆液先后过50目、100目、200目分样筛，收集最后滤液经260目尼龙纱绢集卵，加1.2% NaCl洗涤沉淀，经3～5次反复离心分层并除去肝渣，直至呈现金黄色纯净虫卵。用1.2% NaCl将虫卵稀释成100个/ml，4℃保存备用。

2.室内分组实验：调节室温至25℃，取10 ml已计数虫卵液(100个/ml)，复温30 min。60℃(5、10、15 min)进行加热杀卵实验，每个温度每个时间作10个样瓶，同时以25℃作平行对照。每隔2 h(共7 h)收集已孵化毛蚴进行镜下计数，计算每瓶的毛蚴孵化数。

3.设备现场试验：以阴性牛粪模拟人粪，按重量分50 g、100 g、200 g、400 g四组，每组平行做10份(瓶)，每瓶加入新鲜活成熟虫卵液10 ml(100个/ml)。混匀后将牛粪放入用260孔/25.4 mm尼龙绢包裹并用棉线严密捆扎。将粪包投入已调至60℃大型粪污处理器中，计时10 min。取出粪包，尼龙筛过筛，集卵，于25℃光照培养箱孵化。同时，作未处理的对照(洗净NaCl)和1.2% NaCl对照，每隔2 h(共7 h)收集已孵化毛蚴进行镜下计数，计算每瓶的毛蚴孵化数。

三、统计与分析

收集所有数据录入Excel 2007及SPSS 18.0，采用配对t检验对实验结果孵化率进行分析。

结 果

一、流行区域背景

洞庭湖位于湖南省北部，是典型的湖沼型血吸虫病流行区[1,2]，同时也是我国著名的鱼米之乡。洞庭湖现有湖面面积2 740平方公里，鱼类113种，每年渔获量1.5～3万吨，由于渔业资源丰富，每年开渔期(7～10月)均聚集了大量的渔民在湖区从事捕捞作业，据湖南省畜牧水产局统计，湖区专业捕捞渔民有13 344户、44 982人(其中来自江苏、山东、安徽、湖北、四川等外省的渔民863户，3 128人)。渔民由于职业及生产生活习惯等原因，居住、捕捞均在船上，其血吸虫病感染率明显高于当地居民[3]，发放粪便收容器及在渔民聚集点建立公厕在一定时期内起到了减少污染源的作用，但是由于措施落实过程中存在不方便及不卫生的原因，公厕离停靠点太远，上岸使用不方便，以及管理缺失，导致公厕形同虚设，渔民依然保持粪便直接入水的习惯(见图1)，造成洞庭湖区水域污染严重[4,5]。

图1 洞庭湖渔船民直排厕所

二、无害化卫生设施设计原理

1.有机物降解：以好氧菌为主的活性污泥菌在充氧的条件下消解有机物质变成无害的二氧化碳和水。

2.膜组过滤：利用MBR膜生化法的粪便无害化卫生设施(生活污水处理器)，因MBR膜的膜孔平均膜孔径0.20 μm，而血吸虫虫卵个体远远大于膜的孔径，故血吸虫虫卵都被截流污水处理器内。

3.紫外线及高温灭杀：采用紫外线照射与高温将活性污泥排放周期内排放的污水(可能含血吸虫虫卵等有害虫卵)先通过船用多功能生活污水高温灭菌箱进行高温灭杀后(60℃，10 min)，再向河湖排放，达到血吸虫虫卵等有害虫卵的零排放标准。

三、粪便无害化处理流程(见图2)

图2 粪便无害化处理流程图

1.粪水、污水有机物降解。在一级曝气柜内以好氧菌为主的活性污泥菌团形成象棉絮状带有粘性的絮体吸附有机物质，在充氧的条件下消解有机物质变成无害的二氧化碳和水，同时活性污泥得到繁殖，在作为菌胶团营养的有机污染物质减少时细菌成饥饿状态以致死亡，死亡的细菌就成为附着在活性污泥中的原生物和后生动物的食物被吞噬，粪便污水中95%以上是易消解的有机物质，完全被氧化。

2.过滤消毒清洁。沉淀柜内沉淀后的上清液流入膜柜，为膜组创造了良好的运行条件。膜柜内置有浸没式膜组，同时也通过曝气参与生化反应，所以又称膜生物反应器(MBR)。该设备采用HF-MBR-10-PVDF中空纤维超滤材料(膜孔径<0.2 μm)，由真空泵抽吸渗过膜的清水，所过滤水再经过紫外线消毒杀菌，就可达到排放标准，排放至舷外，或船上清水舱。所排放的水质达到国际海事组织MEPC.159(55)决议标准：(1)耐热大肠杆菌排放标准为100/100 ml；(2)悬浮固体总量排放标准为35 mg/L；(3)5天生活需氧量(BOD5)排放标准为25 mg/L；(4)化学需氧量排放标准为125 mg/L；(5)PH值排放标准为6～8.5。

3.污泥高温灭菌后排放。污泥排放周期视污水水质和负荷而定，一般6～9个月左右排放一次多余污泥是适当的。在正常运行状态下，从取样口用100 ml量筒取出含有悬浮物的液体，静置半小时后，如沉淀物界面超过60%时，此时应将污泥放至舷外或排入船厂提供的溢流柜。所有污泥排放前进入高温灭菌箱，采用60℃加热10 min灭杀大肠杆菌及血吸虫卵等寄生虫卵，再进行排放。

四、无害化卫生设施设计图(见图3～图5)

五、实验室检测结果

在实验室评价中，60℃(5、10、15 min)加热后孵化实验显示毛蚴孵化数均为0，对照组的平均孵化数为434.0±76.1，对照组与实验组采用配对样本t检验进行比较，差异有统计学意义(t=18.01，P均<0.05)(见表1)。血吸虫卵经过60℃加热5 min后毛蚴无法孵出。

图3 船用无害化卫生设施(带MBR膜、紫外灭菌箱)系统设计图

图4 船用无害化卫生设施(带高温灭杀虫卵箱)坐便器设计图

图5 渔船民粪便无害化卫生设施外观

六、设备现场评价结果

现场评价中，采用了温度计对高温灭杀设备进行现场水温测定，所测水温稳定后浮动在(60±1)℃，符合产品温度设计。在设备中，对不同虫卵负荷粪便采用了60℃，10 min加热后，所取出的粪包经25℃光照培养箱孵化7 h后均未发现有毛蚴孵出，而对照组孵化平均数为489.4±91.7，按照配对t检验进行分析，差异有统计学意义(t=16.841，P均<0.05)(见表2)，说明设备现场应用水温稳定，设备灭杀血吸虫卵达到了预期效果。

表1 实验室中60℃下不同加热时间毛蚴孵化情况与室温毛蚴孵化情况对比表

注：t=18.01，P<0.05

表2 现场设备测试中不同虫卵负荷粪便毛蚴情况与常温孵化情况对比表

注：t=16.841，P<0.05

讨 论

血吸虫病是一种人畜共患疾病，是严重危害人民身体健康、影响与制约社会经济发展的重大传染病，主要流行于全球76个国家和地区，在我国流行已有2100多年的历史[6,7]。经过60多年的努力，我国血防工作取得了巨大的成就[8]。特别是近十年实施“以控制传染源为主”的综合防治策略以后，血吸虫病流行范围也大幅度缩小，疫情进一步减轻[9]，2015年全国达到血吸虫病传播控制标准。但是我国感染人群和高危人群的数量并没有减少，仍面临严峻的疫情反弹风险[10]。据统计，2016年全国尚有血吸虫病人5.5万[11]，主要受威胁人群达2.3亿人[12]。其中湖南省尚有血吸虫病患者2万余人，占全国病人数的36.4%。许多研究证明在湖沼型血吸虫病流行区传染源主要是牛及渔船民，牛及渔船民的粪便管理是控制血吸虫病流行的关键[13～15]，渔船民生产生活方式明显不同于其他人群，其感染率远超过血吸虫病传播控制标准，是洞庭湖区血吸虫病防控的难点及重点[16]。

洞庭湖渔民传染源的控制始于20世纪70年代，目前针对渔民传染源的主要的防控措施有健康教育、大规模人群化疗、发放粪便收容器、建立渔民聚集点公厕所、及捕鱼期间发放防护膏药等综合防治措施，但是当前的渔民传染源的综合防治措施未能从根本上突破原有的防治模式，很难发挥出理想的作用[17]。专业渔民出行困难，且流动性大，难以普及义务教育，整体文化程度低，40%的渔民只有小学及以下文凭。渔民对血防知识的知晓率、血防态度正确率和血防价值观正确率均不高[18]。文化程度低已成为制约渔船民提高血吸虫病防治知识、意识和接受措施的重要因素[4]，发放粪便收容器及在渔民聚集点建立公厕在一定时期内起到了减少污染源的作用，但是由于措施落实过程中存在不方便及不卫生的原因，公厕离停靠点太远，上岸使用不方便，以及管理缺失，导致公厕形同虚设，渔民依然保持粪便直接入水的习惯，造成洞庭湖区水域污染严重[4,5]。

渔民由于职业及生产生活习惯等原因，居住、捕捞均在船上，其血吸虫病感染率明显高于当地居民[3]，渔船民流动性大，反复感染，化疗难以到位，粪便直接排入湖中，污染洲滩，是湖区血吸虫病传播的重要传染源[19～23]。吴昭武[20]报道1985年洞庭湖流动渔船民感染率为46.1%；苏业群[21]等报道，1989年东洞庭湖水系居民的血吸虫病感染率为21.6%；曾庆仁和李岳生[3,8]报道，2001年东洞庭湖区专业渔民血吸虫病流行情况呈现“三高一低”现象，感染率高(68.9%)、感染度高(Geo-EPG为66.5±4.4)、肝、脾受损率高(58.5%和19.8%)，化疗率低(23.3%)。2004年全国血吸虫病流行病学调查显示，湖南水上流动人员的血吸虫感染率为37.3%[6]，2009年周杰报道，洞庭湖区重点区域专业渔民的血吸虫病感染率仍在40%左右，该结果表明，渔民血吸虫病感染率依然保持在一个很高的水平[24～27]。另外在洞庭湖沿岸如湘阴、沅江、岳阳楼区等城镇、湖岛地区如青山岛、明朗山岛等有螺洲滩，无牛羊等敞放家畜，但常是渔船停靠及活动场所，渔民是这些洲滩的主要传染源[17]，渔民在血吸虫病传播的作用不可低估，是除了牛等家畜的另一主要传染源。近年来，洞庭湖渔民这个“特殊困难群体”[28]的生产生活问题引起了湖南省委省政府的高度重视，2008年开始，省政府拨专款筹建渔民定居点，鼓励渔民上岸、转产，并实行洞庭湖休渔期制度，这些举措对于保护洞庭湖生态环境，保护渔业资源，改善渔民生存状态，减轻湖州粪便污染，控制人群感染均起到了一定的积极作用[29]。另外，最近几年农村合作医疗的普及与晚期血吸虫病项目救助的开展，对于减轻渔民经济负担及提高其治疗血吸虫病的积极性起到了一定的效果，加上三峡建坝运行后，洞庭湖水位持续偏低，水淹洲滩时间推迟，退水时间偏早，对钉螺生态及渔民血吸虫感染机会均产生影响[30]，自2010年起，我省渔船民血吸虫病感染率出现了一定程度的下降，但湖区渔船民仍然是湖南省血吸虫病重要传染源，随着洞庭湖区环境保护封洲禁牧与家畜传染源的淘汰，湖南省渔民在洞庭湖区的血吸虫病传播中作用将可能上升[16]。

此次研发的基于血吸虫病防控中渔船民粪便无害化卫生设施，经过实验室验证、现场实验设备验证的方法进行评估，结果显示：所研发的渔船民粪便无害化卫生设施分别采用降解、过滤、消毒、高温灭杀的方式杀灭血吸虫卵具有显著的效果，实验室与现场实验均证明实验组(60℃，10 min)具有完全灭杀血吸虫卵的效果，该设备的研发填补了湖南省乃至全国渔船“厕所革命”的空白，在湖南省及我国渔船民血吸虫病防控中具有开创性意义，为其他同类行业卫生厕所研发提供了可借鉴的经验，对洞庭湖区乃至长江流域渔船民改厕工作具有推广应用价值，对控制湖区血吸虫病传染源与推进湖南省消除血吸虫病进程具有重要意义。