给水管网流速对水质和生物膜种群结构的影响

为了解析水流流速对给水管网的影响,采用给水管网模拟系统,动态监测28 d内的水质,对第28日的生物膜进行生物量测定和16S r DNA测序;并利用统计分析方法解析主体水水质和生物膜之间的相互关系.结果显示:在流速为0.5 m/s时,主体水中总有机碳(TOC)最为丰富(5.26±0.17 mg/L),悬浮细菌总数(n)最多[lg(n+1/m L~(-1))=4.79±0.02],综合水质为最差(3.69),而且生物膜细菌总数(n)最大[lg(n+1/cm~(-2))=5.48±0.06];Pearson相关分析显示,不同流速下生物膜细菌总数与主体水水质指标中的电导率(R=0.73,P0.01)、浊度(R=0.87,P0.001)、TOC(R=0.94,P0.001)和细菌总数(R=0.92,P0.001)成正相关,与余氯(R=-0.68,P0.05)成负相关;在低流速(0.1 m/s)和高流速(2.5 m/s)条件下生物膜多样性较高,而在0.5 m/s流速下,生物膜细菌种群多样性处于最低水平;变形菌门(Proteobacteria)在生物膜的群落结构中占主导地位.本研究表明给水管网流速影响水质和生物膜种群结构,水质与生物膜种群结构存在相互关系,结果可为管网生物膜的研究提供理论依据.     

给水管网生物膜对铸铁管道腐蚀速率、腐蚀产物组成及其释放的影响

给水管网是最重要的社会基础设施之一.目前以铸铁和钢管为主的铁质管材在给水管网中仍普遍存在,而这类管材与水接触不可避免的会发生腐蚀现象.腐蚀对给水管网的危害是多方面的,包括:直接对管材产生破坏作用,增加更新维护的成本;管道内壁腐蚀产物的累积影响水的输送能力;腐蚀破坏作用导致管网密闭性降低,造成大量优质水资源漏失;另外,密闭性降低的管网在负压条件下容易引起外界污染物入侵;管内腐蚀产物的释放以及腐蚀层上附着的微生物严重影响管网输配过程的水质安全.然而,给水管网内部的腐蚀以及腐     

饮用水细菌内毒素污染的风险识别与分析研究进展

细菌内毒素,又称脂多糖分子或者热原,是革兰氏阴性细菌和某些蓝藻细胞壁组分,主要由菌体死亡解体后释放.内毒素是常见的外源性致热原,属于强免疫刺激剂,与多种人类疾病密切相关.由于饮用水中会滋长微生物,因此内毒素污染在饮用水中普遍存在.近年来,国外研究中饮用水的细菌内毒素污染开始受到关注,成为饮用水微生物安全领域新兴的研究方向.本文概述了细菌内毒素的物化性质和生物活性,分析了细菌内毒素在饮用水中的存在形态,综述了国内外关于地表水源、地下水源、管网末梢水和深度处理水的内毒素污染调查状况,分析了传统水处理技术、深度处理技术和饮用水消毒技术对内毒素的控制效果,探讨了饮用水中内毒素的血液暴露、呼吸暴露和胃肠暴露途径导致机体潜在的健康风险、安全阈值和相关标准,并对饮用水细菌内毒素污染研究方向进行了展望.     

给水生物预处理反应器的细菌种群多样性和群落结构

提取一生产性规模的给水生物预处理反应器中生物膜样品的总DNA,构建细菌16S rDNA克隆文库,并通过16S rDNA序列的系统发育分析,对生物膜中的细菌种群多样性和群落结构进行了研究.实验结果表明,给水生物膜反应器中的细菌种群多样性十分丰富;生物膜中的细菌分别属于10个主要类群,其中α-Proteobacteria是克隆文库中的最大细菌类群,占克隆子总数的32.28%,其次是β-Proteobacteria;与Rhodobacter系统关系密切的细菌是克隆文库中所占比例最大的一个菌属,占克隆子总数的12.6%;反应器中与硝化作用有关的是Nitrosomonas和Nitrospira属的细菌.研究结果表明,给水生物预处理反应器中的细菌群落结构和废水生物处理反应器中的细菌群落结构是有所差异的.图1表1参13     

群感效应与信号分子在污泥颗粒化过程中的作用研究进展

好氧颗粒污泥具有良好的沉降性能和较好的污水处理效果等优点.本文综述好氧颗粒污泥的形成过程,重点分析在污泥颗粒化过程中群感效应和细胞信号分子的作用.研究发现,群感效应和细胞信号分子在污泥颗粒化过程中发挥着重要作用,群感效应可以加快污泥胞外聚合物合成和提高微生物表面附着能力,信号分子可以促进微生物分泌胞外聚合物并影响生物膜的形成.举例说明信号分子中的c-di-GMP作为第二信使在污泥颗粒化过程中的重要作用,c-di-GMP可以将细菌从单细胞游走型转变为多细胞黏附型——生物膜状态.投加钙离子会促进能够分泌c-diGMP的菌群生长从而加快好氧颗粒污泥的形成,投加锰离子会减少好氧颗粒污泥中c-di-GMP的含量导致好氧颗粒污泥解体.最后进行前景展望,认为从群感效应和信号分子的角度去解析好氧颗粒污泥形成机理,可为确立好氧颗粒污泥形成机制奠定理论基础,对其进一步的工程化应用具有现实意义.     

淡水环境中微塑料与生物膜的相互作用及其生态效应研究进展

环境中微塑料正成为威胁全球水生态系统安全的重要新兴污染物之一,受到世界各国的高度重视。微塑料进入淡水环境中,不但表面容易形成生物膜,而且容易与水体中已存在生物膜发生接触。但目前针对淡水中微塑料与生物膜的相互作用及影响研究尚缺乏坚实基础。文章系统综述了淡水中微塑料分布状况、生物膜对微塑料迁移转化的影响、微塑料对生物膜微生物群落结构的影响,揭示了微塑料对生物膜碳氮循环等生态功能的影响与潜在作用机理。微塑料广泛分布在淡水河流湖泊中,生物膜和微塑料之间的相互作用可以显著改变微塑料的性质,进而影响微塑料在水生态系统中的环境行为和归趋。生物膜可以富集微塑料颗粒,增加微塑料沉降的速度和深度,加快微塑料的降解。环境中的微塑料,不但对生物膜起到毒害作用,导致生物膜出现生长减缓等负面影响,还会改变生物膜微生物群落结构,影响微生物酶活性和功能基因丰度等。微塑料可以通过作为生物膜的载体和碳源等途径增强生物膜碳循环功能,但也会导致生物膜因受损而减弱其介导的碳循环功能。微塑料还可以改变生物膜的生存环境、生物膜总量以及氮代谢相关的酶活性和基因丰度,进而影响生物膜氮循环功能。该文提出需在真实水生态条件下,开展生物膜对...     

SMBBR工艺处理生活污水脱氮效能及其微生物多样性

微生物是生物膜法处理技术的核心,微生物多样性的研究对于生物膜法去除污染物的机理探讨具有重要意义.采用特异性流化床生物膜反应器(Special Moving-Bed Biofilm Reactor,SMBBR)处理城市生活用水,并利用IlluminaHiSeq高通量测序技术对各反应器的微生物分布以及菌群与环境因子的相关性进行研究.结果显示,在水温20-30℃、上清液回流比为150%、DO为4 mg/L、水力停留时间为18 h的条件下,SMBBR对氨氮的去除率高达96.7%;SMBBR的好氧反应器和厌氧反应器的生物膜微生物种群结构组成存在不同,但优势微生物种群均为变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes).在属的水平检测到好氧反硝化菌红细菌(Rhodobacter)、陶厄氏菌属(Thauera),以及氨氧化细菌(Ammonia-oxidizing bacteria,AOB)亚硝化单胞菌(Nitrosomonadales)等.另外,DO是影响微生物群落结构最显著的环境因子.本研究表明环境因子会影响微生物群落替演,好氧反硝化以及氨氧化反应可能是SMBBR工艺中重要的脱氮机制.     

城市给水管网余氯的预测模型

选择余氯为研究对象,以南方某市给水管网水质监测的数据为基础,使用线性回归和非线性神经网络(ANN)方法建立模型,找到了一种利用在线监测数据和人工监测数据实时预测管网余氯的方法。通过建立给水管网水质模型,可以由监测系统动态回传的数据来实时的预测下一天人工点的水质。模拟的结果显示ANN模型比线性回归模型有更好的预测能力,预测的平均相对误差:ANN模型为14.9%,线性回归模型为25.8%。使用ANN模型可以实现实时预测。     

浅谈二氧化氯杀菌剂在医院污水中的投放量

对于含有大量细菌和病原体的医院污水，国内大多数医院用液氯或次氯酸钠来处理，杀灭医院污水中的细菌和微生物后再排放，处理医院污水最早使用的是液氯，由于液氯处理医院污水的成本低，因而使用面广，但液氯的腐蚀性强，会导致液氯泄漏事故，存在安全隐患，次氯酸钠发生器是较后期的产品，以电解法为主，由于设备的故障率高，经常停机，不能保证对污水的处理时间，造成医院污水夹带着大量的有害细菌和病原体外排，形成“前门治病后门放毒”的状况，用液氯或电解法次氯酸钠发生器处理医院污水已很难满足淮河流域达标排放的要求，二氧化氯（ClO2)是一种无机强氧化剂，具有极强的杀菌灭藻功能，可用于处理医院污水，杀灭污水中的细菌和微生物，在纳污水体为Ⅲ类水质的淮河流域，更应积极推广。     

斑马鱼幼鱼运动行为测试评价饮用水安全

饮用水安全直接关乎人类的健康与安全,当前迫切需要全新的毒性测试方法对饮用水的潜在人类健康风险进行全面、准确和灵敏的评估和预警。本研究以反渗透技术(RO)取代常用的固相萃取,分别浓缩饮用水厂的进厂水、出厂水和管网水进行毒性试验水样的前处理。反渗透技术前处理方法可以避免传统固相萃取方法中使用的有机溶剂对行为学测试体系的干扰。RO浓缩后的饮用水对斑马鱼胚胎进行持续暴露,采用Viewpoint行为测试软件量化分析出生后第6天(6 dpf)斑马鱼幼鱼的运动行为,选择运动距离和转向行为作为测试终点,分析进厂水、出厂水及管网水的潜在毒性及可能变化。结果表明,暴露在进厂水的幼鱼出现了明显的行为变化,尤其在较高浓度(20倍浓缩)暴露时,运动距离相比对照组显著减少,同时伴有剧烈的转向等异常行为;管网水对斑马鱼幼鱼行为存在一定程度的影响,而出厂水对幼鱼的运动行为没有显著影响。研究结果反映出当前饮用水厂深度处理工艺可以有效降低进厂水的潜在毒性和健康风险,但是经供水管网输送后,其水质可能发生了改变,导致管网水可能存在潜在的毒性。本研究所采用的反渗透技术前处理技术及斑马鱼幼鱼的运动行为学测试方法,可用于未来建立评估饮用水水质安全的早期预警系统。     

饮用水系统中抗生素抗性基因的研究进展

抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)在饮用水系统中的传播和扩散已成为全球公共健康的主要威胁之一.饮用水厂处理工艺对抗生素抗性基因的去除效果对保证饮用水水质安全具有重要意义,但是水处理工艺、消毒方式以及管网输配系统对不同抗生素抗性基因的影响差异较大.本文在总结了大量文献的基础上,阐述了饮用水系统中抗生素抗性基因的污染特征,综述了臭氧、混凝、砂滤、生物活性炭以及氯消毒和超滤膜等不同水处理工艺对抗生素抗性基因去除的影响及其机理.     

含氯胺水管网输配过程中红水现象的产生机理

以北方某城市区域管网为研究对象,考察了该区域管网管材分布情况及氯胺消毒水的水质变化特征.结果显示,该区域管网水质稳定,二次消毒剂氯胺衰减动力学符合氯胺自身降解的二级动力学过程,说明该区域干管输送过程对水质指标影响不大,红水现象主要来自于户线管网.通过旧管道输水模拟实验,对该市因变更水源导致红水现象的过程和机理进行了分析,结果表明,氯胺对铁管材的腐蚀性比氯更强,更能导致金属的溶出;原水中硫酸盐升高能加剧水质对管道的腐蚀性.XRD分析表明,发生过红水的管道α-FeOOH的含量较少,β,γ-FeOOH的含量大于α-FeOOH;而没有发生过红水的管道α-FeOOH含量明显大于β,γ-FeOOH,α-FeOOH可能是铁质管道内壁形成致密保护层从而保持水质稳定的主要成分.     

北方某市城区水环境中轮状病毒的初步检测

轮状病毒(Rotavirus,RV)是引起全世界婴幼儿肠胃炎的最主要病原体.在我国,儿童秋季腹泻发病达到高峰,也主要由轮状病毒引起.论文改进了RT-nested-PCR检测水中轮状病毒的方法,于2006年10月对北方某市城区水环境(包括污水、地表水和饮用水)中的轮状病毒进行了初步检测.结果表明,该市某污水厂进水和不同工艺段出水、主要公园的景观水体、主要自来水厂进水和出水以及城区管网水,均检出轮状病毒.综合分析从水源到管网的过程,认为管网水中的轮状病毒可能与水源水污染有关.管网水中有轮状病毒检出,说明秋季该市饮用水中存在潜在的轮状病毒传染源.同期对管网水进行的细菌学指标检测,没有发现总大肠菌群、耐热大肠菌群、粪链球菌,可见目前城市供水水质标准中的细菌学指标并不能准确反映病毒污染状况.     

群体感应对细菌生物膜及细菌耐药性影响的研究进展

群体感应作为微生物间的特殊通信感应系统,通过合成、分泌信号分子控制着整个细菌群体行为。群体感应直接参与细菌生物膜的形成过程,进而影响着细菌耐药性的传播扩散。本文综述了群体感应对生物被膜形成和细菌耐药性的传播扩散的影响,以及群体感应抑制剂在生物被膜形成和抗生素耐药性的传播扩散过程中的作用,并结合国内外研究现状,对细菌耐药性未来研究重点进行了展望。     

微电解-生物膜法处理含Cr3+有机废水

采用微电解 生物膜复合工艺处理含重金属离子的有机废水 ,在实验过程中 ,废水中的有机物由生物膜中的好氧微生物与厌氧微生物菌群作为营养源而消耗 ;重金属离子 (Cr3 +)则通过电沉积去除一部分 ,同时被生物膜吸收而去除 .实验结果表明 :在好氧条件下 ,培养、驯化后的复合微生物菌种分别经 4h与 1 2h可将废水中的葡萄糖从 1 0 0 0mg·l- 1降解到 2 0— 4 0mg·l- 1.对C6 H12 O6 含量为 5 0 0mg·l- 1,Cr3 +含量为1 0mg·l- 1的废水 ,经处理后 ,C6 H12 O6 含量为 1 5— 2 5mg·l- 1,Cr3 +含量为 1mg·l- 1以下 ,分别比单一的电沉积工艺与生物膜工艺Cr3 +去除率提高 2 5 %和 5 % .     

生态沟渠净化稻田排水动力学分析和生物相特征

本研究以太湖流域常见的菱角、水葫芦、梭鱼草、圆币草等水生植物和人工水草、塑料立体弹性填料为生态强化载体,构建"水生植物-载体生物膜-菌藻"复合型生态系统,研究了稻田排水中的氮、磷等营养元素的去除特性,构建氮、磷污染物的降解动力学模型,并调查了沟渠内"微生物-藻类"生物相特征.结果表明,生态沟渠运行期间,随着水稻进入不同的生长阶段,系统内氮、磷等营养元素的去除率都呈普遍下降趋势,总磷、氨氮、总氮、硝态氮平均去除率分别达到87.1%、92.3%、77.5%、88.6%,其中氨氮的去除率最高,化学需氧量(CODMn)的去除效果并不显著,各实验周期的污染物降解趋势均符合一级动力学降解模型.经生物相分析揭示:随着复合生态系统运行延续,系统内微生物、藻类的种类及Shannon-Weiner index等多样性指数呈不断增长趋势,表明复合生态系统水质改善后更适于多种类细菌与藻类生存与繁殖;复合生态系统中的菌、藻、水生植物及其表面附着的生物膜对污染物的去除具有协同作用,强化了生态沟渠的自净能力.     

基于流式细胞术研究管网水中细菌的稳定性

为了更准确地研究管网水中细菌的稳定性,利用流式细胞术(Flow cytometry,FCM)和异养菌平板计数法(Heterotrophic plate count,HPC)检测北京市12处管网末梢水中细菌数量,并将两种方法的检测结果进行对比.进一步将FCM应用于细菌的再生长潜能和一天中细菌稳定性的研究中.结果显示,HPC对12处管网水中细菌的检测结果在0-23 CFU/m L间,而FCM测得活细菌数为2.2×10~3-1.6×10~4 cells/m L,细菌总数在22℃下培养7 d能生长到10~6-1~07 cells/m L.一天中不同时间用水量不同,细菌总数也不同.本研究表明,FCM测定方法明显优于HPC法,且能够快速准确地反映细菌的再生长潜能及短时间内细菌的稳定性特征.     

垂直潜流湿地净化蟹池养殖尾水试验

用垂直潜流湿地系统打造闭环式生态养殖模式可达到蟹池尾水零排放.本文以蟹池养殖尾水为受试对象,通过建立“滤石层-载体生物膜”复合型生态系统,考察了河蟹黄蟹期内养殖尾水中氮、磷等污染物的去除特性,调查了垂直湿地模拟装置内生物相特征.结果表明,潜流湿地系统主要通过物理吸附和生物降解的方式对养殖尾水中的污染物进行降解,总氮、总磷、COD和叶绿素a的平均去除率分别为86.29%±2.77%、91.19%±1.18%、70.88%±3.10%、90.95%±1.64%,火山石滤料层表现出显著的氮、磷去除能力,复合菌剂的运用可迅速提升系统整体净化能力.生物相分析揭示,随着潜流湿地装置运行延续,系统内浮游藻类、微型动物、细菌的数量及种类呈不断增长趋势,指示类微生物的出现表明系统内水质得到改善,证明净化后的水质更适于多种类微生物的生存与繁殖,最终实现养殖尾水零排放.     

基于umu遗传毒性效应的饮用水致癌风险评价的尝试

化学物质暴露是导致癌症发生的重要诱因,通过饮用水暴露导致的人类致癌风险在饮用水处理技术中日益引起重视.由于水中化学物质种类繁多、组成复杂,准确地检测每个致癌物质的浓度和毒性非常困难.为了控制饮用水的安全,根据DNA损伤诱导SOS反应而表达umuC基因这一基本原理建立的SOS/umu测试法,已经广泛应用于饮用水遗传毒性的检测.论文建立了基于umu遗传毒性效应的饮用水致癌风险评价方法,并对北方某水厂饮用水的遗传毒性进行了umu测试,计算了该地区饮用水的致癌风险,提出了可能的饮用水遗传毒性基准值.结果表明,该水厂常规工艺出水的致癌风险均值为1.55×10-6,存在一定的安全隐患;而深度处理工艺能有效地削减出水致癌风险均值至5.3×10-7,达到目前先进国家水质管理的要求,保障了饮用水的安全.样品中4-硝基喹啉-1-氧化物(4-NQO)的等当量浓度(TEQ4-NQO)0.0948μg·L-1可作为饮用水遗传毒性基准值。     

聚乙烯醇固定化新方法包埋细菌复合胶体颗粒在毒性检测领域中的应用

本文将聚乙烯醇(PVA)分别与添加剂碳酸钙(Ca CO3)、活性炭(AC)、二氧化硅(SiO2)以及海藻酸钠(SA)掺杂,并对大肠杆菌(E.coli)进行包埋,形成4种PVA包埋细菌复合胶体颗粒.同时,采用以铁氰化钾为探针的电化学方法监测被包埋菌体的活性变化,进而对各复合颗粒中的添加剂含量进行择优筛选.在最优条件下,研究各复合颗粒的储藏时间和方式对菌体的活性影响及各种包埋材料的机械稳定性.将筛选出的最优活性下各包埋细菌复合胶体颗粒应用于3,5二氯苯酚(DCP)的毒性检测,其对DCP的灵敏度排序依次为SAACCa CO3SiO2.因此,以PVA-SA固定微生物的复合胶体颗粒与PVA固定微生物胶体颗粒分别应用于1—5 mg·L-1的乙嘧酚水样的毒性检测,得其抑制率范围分别为6.38%—21.44%和3.21%—16.98%.由此表明,加入添加剂后的PVA固定法对毒物毒性的灵敏度有显著提高,在固定化微生物水质毒性检测领域具有一定的实际应用价值.