给水管网疏松沉积物的结构特征及其风险识别

自来水变色问题通常被视为感官问题,而导致自来水变色的管网疏松沉积物的结构特征及其潜在危害尚不明确。采集了我国北方某城市频繁发生自来水“黄水”的7个小区管网中的疏松沉积物,并进行了分析。结果表明：所有疏松沉积物样品中含量最高的金属元素都是铁元素、主要晶体成分是铁氧化物,样品颗粒微观形貌大多具有锋利的针刺状结构;样品zeta电位范围为−15~20 mV、平均粒径范围为500~4 000 nm、粗糙度范围为0.25~7.81 nm。体外细胞毒性实验结果显示,沉积物可产生一定的细胞毒性(样品浓度100 mg·L⁻¹时人体健康肝脏细胞存活率为86.61%~99.71%)。通过主成分分析发现,疏松沉积物毒性与粗糙度的相关性比与粒度的高,表明形貌对样品毒性的影响比粒径更大;γ-FeOOH是与疏松沉积物毒性相关性最显著的晶体组分,其对毒性的贡献可能是通过增加颗粒表面锋利程度造成的,余氯不足时可能会因铁释放加剧和γ-FeOOH含量增大造成更高的毒性风险。本研究结果可为全面认识给水管网疏松沉积物的风险提供参考。     

老旧无内衬铸铁管中氯对水质的影响

给水管网铁释放对于饮用水水质具有重要影响。通过浸泡实验和烧杯实验探究实际老旧无内衬铸铁管中氯对铁腐蚀的影响。一方面,通过实际管段浸泡实验,对比了不同初始氯浓度下管道中水质变化,发现在高初始氯下浊度和三磷酸腺苷增大,这表明在铁释放严重的无衬里铸铁管道中,消毒剂的增加可能引发水质微生物风险;另一方面,通过烧杯实验进一步确认了氯对管网颗粒物结构的影响,发现氯能够通过降低颗粒物表面电荷导致静电排斥降低,从而加剧了颗粒物的团聚,导致粒径变大、浊度升高,且颗粒物对消毒副产物三卤甲烷具有一定的富集累积作用,引发水质化学风险。本研究结果可为了解给水管网中氯引发的黄水风险提供参考。     

多水源供水管网中铁释放规律

针对水源切换而引起的水质超标现象,开展了多水源联合供水条件下管网中铁释放规律的研究。分析了北方某城市2种水源(滦河水和长江水)的水质特点,利用实验模拟反应器分别研究了水源完全置换和供水分界线处水源混合区域的铁释放规律。结果表明,多水源供水管网的铁释放速率与水源水质密切相关,特别是水中含高浓度SO2-4和氯化物时会加快铁的释放。不同水源之间的频繁切换会破坏管垢表面的钝化层,使铁释放速率迅速变化,随后会有所缓解,但新的平衡的形成需要较长时间。供水分界线处的水源混合区域,由于水质的不断变化造成管垢表面很难形成稳定的钝化层,铁释放速率持续偏高,只有当长江水所占比例高达75%以上时才能得到抑制。     

消毒剂和溶解氧对管网铁释放影响的中试研究

针对南水北调中线水源地丹江口水库水调入受水区城市后,可能引起管网铁腐蚀产物释放的问题,从北方某受水区城市的实际管网中挖取了原通地下水的3个地点的铸铁管道,在丹江口搭建了中试模拟系统,开展水源切换以及消毒剂和溶解氧对管网铁释放影响的中试研究。结果表明,实验管道管垢较薄且稳定性较差,在水源切换初期有"黄水"现象发生;增加进水硫酸根浓度,管网系统出水总铁浓度和浊度均有所增加;在0.3~3.6 mg/L的范围内改变进水自由氯浓度对实验系统铁释放的影响没有明显的规律;但进水氯胺浓度从1.3 mg/L增加到2.0 mg/L时,YS系统的铁释放有所升高;进水溶解氧浓度从8 mg/L增加到15 mg/L时,实验系统的铁释放都有明显的降低,但再增加到20 mg/L时,铁释放反而有所升高。     

降雨特征对合流制管网溢流污染的影响

为明确北运河流域合流制管网溢流污染特性的影响因素,选取上游城乡结合部的合流制溢流口为对象,基于现场连续监测和采样调查结果,采用条件回归树方法分析了合流制管网溢流污染的水质水量等参数与降雨特征之间的响应关系,并通过分析典型强降雨形成的溢流污染过程,验证了条件回归树预测的阈值。结果表明：沙河库区合流制管网溢流的污水流量与降雨特征密切相关,次降雨量在15~19 mm时发生溢流,溢流事件和溢流量高峰滞后于降雨强度高峰15~60 min,初期溢流污染物浓度高峰在持续(45±5) min后达到稳定水平;次降雨量显著影响溢流的流量和浊度(P<0.001),次降雨量(P=0.029)、平均降雨强度(P<0.001)均显著影响溢流COD。研究结果可为北运河消减合流制管网溢流污染提供参考。     

地下水中二价锰对成熟石英砂滤层去除氨氮的影响

在中试条件下,考察了地下水中二价锰离子（Mn2+）对成熟石英砂表面滤膜去除氨氮（NH4+-N）的影响。结果表明,当进水Mn2+浓度不大于3.5 mg·L-1时,NH4+-N去除率随进水Mn2+浓度增大而增大。相应地,Mn2+的存在使得进水NH4+-N的浓度上限由2.51 mg·L-1提高到2.83 mg·L-1,且NH4+-N和Mn2+可实现同步去除。此外,进水Mn2+的存在（（2.1±0.1）mg·L-1）使得去除NH4+-N所需要的温度下降,这说明Mn2+对石英砂表面复合氧化膜催化NH4+-N氧化具有一定的促进作用,从而提高了NH4+-N在滤柱中的去除速率。     

臭氧对饮用水管网中溶解性有机物的影响

利用生物膜环状反应器模拟配水管网系统,将水厂砂滤池出水经过臭氧氧化后投加氯然后进入该模拟管网,另外把水厂砂滤池出水加氯后通入另一模拟管网作为对照实验。通过对两管网出水余氯、总铁、浊度、溶解性有机物(DOC)、以及消毒副产物三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)生成情况的测定,研究了饮用水臭氧处理对管网出水水质的影响。单因素方差分析结果表明,两管网出水的余氯、总铁、浊度以及THMs、HAAs含量相差不大,但DOC在臭氧氯管网中消耗较多。同时通过高效凝胶色谱(HPSEC), 红外光谱(FTIR)和三维荧光光谱(EEM)表征了不同管网进出水DOC变化,结果表明,臭氧氧化后的管网出水中溶解性有机物荧光光谱中三区富里酸和五区腐植酸荧光峰值(ФⅢ+Ⅴ,n)减小较多,管网出水消毒副产物稍有增加。     

饮用水管网生物膜细菌群落特征及其对腐蚀的影响

通过454高通量测序对北方A和B两实际饮用水管网系统中生物膜细菌群落特征进行表征,并研究了其对管网腐蚀产物组成的影响。结果表明,A管网生物膜细菌群落丰度和多样性高于B管网生物膜。在门水平上,两管网生物膜细菌群落主要为变形菌门Proteobacteria,但B管网生物膜中的相对丰度（67.10%）高于A（46.50%）。在纲水平上,A管网生物膜主要为β-变形菌纲Betaproteobacteria,B管网生物膜中主要为β-变形菌纲Betaproteobacteria和δ-变形菌纲Deltaproteobacteria。在属水平上,A管网生物膜中腐蚀相关菌群主要为硝酸盐还原菌和铁还原菌,其腐蚀产物主要为α-FeOOH和Fe3O4,而B管网生物膜中硫酸盐还原菌特别是脱硫弧菌属Desulfovibrio含量较高,其可能与管垢中绿锈含量高有关。     

原位洗脱技术对凉水河底泥中氮、磷释放特征的影响

为探讨新兴底泥原位修复技术—原位洗脱技术对城市河流凉水河底泥中氮、磷释放的抑制作用,于现场采集洗脱前后样品并设计室内静态模拟实验,分析了实验期间洗脱组和对照组上覆水中${{\rm{NH}}_4^ + }$-N、${{\rm{NO}}_3^ - }$-N、TN、${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$-P、TP浓度和释放速率变化特征。结果表明：洗脱组释放第30天时,${{\rm{NH}}_4^ + }$-N由底泥向上覆水中平均释放速率(−6.51±0.32) mg·(m²·d)⁻¹,对应上覆水中${{\rm{NH}}_4^ + }$-N平均浓度为0.52 mg·L⁻¹,较对照组下降了89.4%;${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$-P和TP平均释放速率较对照组降低了78.1%和83.0%,上覆水中TP平均浓度为0.22 mg·L⁻¹,较对照组下降了68.1%。原位洗脱技术对底泥中${{\rm{NH}}_4^ +} $-N、${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$-P释放的抑制作用主要通过对有机氮、磷物质的削减和水-沉积物界面还原环境的改善来实现。     

铅冶炼水淬渣中金属源释放特征及影响因素

固废中金属源释放机理和特征研究对于环境管理和环境风险防控具有重要意义。采用连续浸出和渗流释放方法,分析了铅冶炼水淬渣中金属元素在不同pH、液固比以及溶解性有机质(DOM)条件下的释放特征。结果表明,铅冶炼水淬渣中含有Cr、Co、Cd、Ni、Mo、Zn等重金属,Al、Li含量也较高。液固比影响金属释放率,总体上液固比越大释放率越大。金属种类和释放率受pH影响显著,在pH=4.5时有Cd、Zn、Mo和Ni溶出;而在pH=7.0时只有Mo溶出,累积释放率也低于pH=4.5时。在相同pH下DOM促进了Mo释放。在实际场景中,应加强含金属类固废全生命周期的风险管控。     

地下水中锰对滤料表面氧化膜去除氨氮的影响

在中试实验条件下,考察锰对石英砂滤料表面复合氧化膜去除氨氮的影响.实验结果表明:进水不含Fe2+、Mn2+的条件下,接触氧化对NH4+-N的最大去除能力约为2.0 mg/L;氨氮浓度低于2.0 mg/L时,锰离子对氨氮的去除没有明显影响;增大进水氨氮浓度为2.7 mg/L时,进水锰离子浓度为1.8 mg/L时最有利于活性滤膜对氨氮的去除,氨氮的去除率较进水不含锰离子时提高了14.3%,出水氨氮浓度低于饮用水标准限值0.5 mg/L.     

pH值对含砷水泥熟料制品中砷释放的影响

通过模拟煅烧实验制取水泥熟料,并制取混凝土样品。参照NEN-7375浸出方法,设定5种不同pH值的浸取液,研究了pH值对混凝土块中重金属As释放的影响。结果表明,浸取液的pH为2.0、3.5、5.0、7.35和10.0时,混凝土中As的观测累积释放量分别为0.0553、0.04253、0.0157、0.00939和0.0148 mg/kg;酸性范围内,观测累积释放量随着pH值的增大而减小,并在弱碱性条件下达到最小值,碱性范围内,随pH值的增大而呈增加的趋势。pH值对As的释放过程有影响,在前期,pH=2.0、3.5和10.0的浸取液中,释放曲线与斜率为0.5的直线拟合较佳,并且在1～4区间修正累积释放量曲线的斜率均在0.35～0.65范围内,其释放表现为扩散控制,而pH=5.0和7.35的浸取液中,则分别发生了表面冲刷作用和延滞现象;在中后期,pH=2.0的浸取液中,As的释放出现了耗竭现象,而pH=3.5和10.0则出现了溶解现象,pH=5.0和7.35则均为扩散控制。     

环境因子对南水北调泵站调节池沉积物氮释放特征的影响研究

为考察环境因子对南水北调泵站调节池沉积物氮释放的影响,通过模拟实验分析在不同温度、pH和DO条件下沉积物总氮和氨氮释放情况,并采用连续分级提取法分析释放前后沉积物可转化态氮(TTN)中不同形态氮的变化情况。结果表明：随温度升高氮释放强度增加,30℃时氨氮和总氮释放强度分别是10℃时的2.17、1.98倍;温度为10℃时离子交换态氮(IEF-N)为氮释放的主要贡献形态,温度为20℃和30℃时弱酸可提取态氮(WAEF-N)为氮释放的主要贡献形态。中性条件(pH=7.0)沉积物氮释放强度最低,酸性条件(pH=5.0)氮释放强度高于碱性条件(pH=9.0),IEF-N为酸性、碱性、中性条件下氮释放的主要贡献形态。DO为4.0 mg/L时氨氮和总氮释放强度分别是DO为9.0 mg/L时的1.32、1.42倍;DO为4.0 mg/L时IEF-N为氮释放的主要贡献形态,DO为9.0 mg/L时WAEF-N更易释放。     

青岛市王圈水库锰污染的动态监测与成因分析

在掌握青岛市王圈水库自然地理的基础上,于2011年7、8、9、11月对水库水质和底质进行了动态监测.结果表明:(1)王圈水库水温垂向分布受水深和季节的控制.在水深大于8m的区域,夏季水温逐渐分层,到8月中旬,在水深8m处形成温跃层,此时上层处于富氧状态,而温跃层以下溶解氧迅速减小.秋季水温分层消失,水库水体为富氧状态,溶解氧为8 mg/L左右.在水深小于8 m的区域,全年水温不分层,溶解氧垂向分布均匀.(2)王圈水库主要入库河流中可溶性锰均未超标而库底沉积物中富含锰,反映出沉积物内源释放是水库锰污染的主要来源.水库水深大于8 m的区域,夏季随着温跃层的形成,温跃层以下由氧化状态变为还原状态,沉积物锰大量释放,最高可达1.28 mg/L;到秋季,水温分层消失,下层恢复成氧化状态,抑制了锰的释放.其他区域全年处于氧化状态,没有形成锰污染.     

不同种类水生植物分解过程中溶解性有机物的释放特征

为研究水生植物分解对水体有机物污染的影响,对不同生物量(0.1、0.5、1.0 g·L⁻¹)下金鱼藻、菹草、浮萍和睡莲凋落物分解过程中溶解性有机物(dissolved organic matter, DOM)的释放特征进行了研究。结果表明,不同生物量下4种水生植物分解过程中上覆水DOM质量浓度变化趋势相似,0~15 d迅速增加,15~60 d缓慢下降直至相对稳定。有机物释放量为浮萍>睡莲>菹草>金鱼藻,DOM芳香化程度为菹草>睡莲>浮萍>金鱼藻。0~15 d,DOM以易降解的类蛋白有机物为主,此时COD释放量显著增加;30~60 d,难降解的类富里酸和类腐殖酸有机物含量逐渐增加,对COD贡献不明显。DOM质量浓度随着生物量的增加而逐渐增加。高生物量(≥0.5 g·L⁻¹)凋落物分解体系易降解的类蛋白物质(0~15 d)与难降解的类富里酸、类腐殖酸有机物(30~60 d)含量显著增加。分析发现植物凋落物生物量、种类以及凋落物分解时期可影响DOM质量浓度和特性,进而可能影响水体有机物的污染状况。因此,为避免大量植物凋落物分解造成的潜在风险,应及时控制水体中植物凋落物量。     

苏南老城区合流制管网的溢流污染特征

为了解苏南某市老城区合流制管网溢流污染特征,在苏南某市D排水系统溢流口采集了2种不同降雨强度的水样,检测水样中COD、SS、TN、TP和NH3-N等污染指标的浓度,并对不同降雨强度的水质变化特征与相关性进行分析。结果表明:较高降雨强度下SS、COD、TN、NH3-N和TP的浓度变化范围分别为37~695 mg/L、119~1 441 mg/L、6.2~26 mg/L、2.3~6.3 mg/L、0.07~1.48 mg/L;较低降雨强度下SS、COD、TN、NH3-N和TP的浓度变化范围分别为22~228 mg/L、180~535 mg/L、7.9~24.7 mg/L、3.2~24.2 mg/L 1.1~1.99 mg/L。由于不同降雨强度下雨污水冲击能量不同,在降雨强度较高的情况下,COD、TN与SS的线性相关系数分别为0.6954与0.6234,具有一定的相关性,而低降雨强度下无明显相关性。较高降雨强度时截留去除SS可以有效消减溢流污水中的COD和TN,对溢流污染的控制具有一定指导意义。     

底泥修复中温度对微生物活性和污染物释放的影响

通过分析底泥中微生物的酶活性以及污染物的释放规律,探讨了温度对河道底泥生物修复的影响.结果表明,底泥中微生物的脱氢酶、脲酶和磷酸酶的活性随着温度的升高而显著增大,但温度对纤维素酶的活性影响较小.4 ℃和10 ℃时底泥中污染物的释放量和微生物的酶活性均较低,水质较稳定;20～37 ℃时底泥中污染物的释放量明显增加,微生物的新陈代谢能力有较大提高,水体的自净能力较强.在各种因素的综合作用下,20～30 ℃是进行底泥生物修复的适宜环境温度.此外,当pH为9.0以及添加葡萄糖时,底泥中微生物均表现出较高的脱氢酶活性.     

改性锰砂对废水中锰的吸附特性研究

通过正交实验,研究pH值、反应时间、锰砂投加量和锰砂改性时间等因素对Mn2+吸附效果的影响。结果表明,在25℃,吸附反应体系pH=9,锰砂投加量为15 g/L,吸附时间为30 min,锰砂的高锰酸钾改性时间为36 h时,改性锰砂对锰的吸附去除率最高,达到了99.99%。四因素的影响顺序为:pH>反应时间>锰砂投加量>锰砂改性时间。在单因素实验中,当pH=7,吸附剂投加量为25 g/L时,经60 min可达吸附平衡,锰的去除率为60.04%,其等温吸附符合Freundlich和Langmuir模型,并且与Langmuir模型的拟合程度更高。本研究还对改性锰砂吸附除锰的机理做了初步探讨。     

废物水泥窑共处置产品中Cd释放的pH影响

用高温电炉模拟煅烧试验制取水泥熟料后再制作混凝土,参考EA NEN 7375:2004浸出试验,设定5种不同pH的浸取液对混凝土进行长期浸出试验,研究了pH对水泥窑共处置混凝土中Cd释放量以及释放过程的影响.结果表明:(1)pH为2.00、3.50、5.00、7.35和10.00的浸取液中,Cd的累积释放量分别为0.408 0、0.005 8、0.000 7、0.000 4、0.001 2 mg/kg.在酸性条件下,随pH的增大,Cd的累积释放量减小.在碱性条件下,随pH的增大,Cd的累积释放量增大.(2)pH为7.35的浸取液中,Cd累积释放量的释放曲线与斜率为0.5的直线拟合最佳.pH为7.35的浸取液中,混凝土中Cd的释放机制为扩散控制;pH为2.00和5.00的浸取液中,Cd的释放在前期为扩散控制,后期发生了耗竭作用;pH为3.50和10.00条件下,Cd的释放在前期发生了延滞作用,中期为扩散控制,后期发生了耗竭作用.     

给水钢质管道水泥砂浆内衬金属溶出物的对比研究

采用电感耦合等离子体质谱法,研究石灰石、粉煤灰、矿渣和矿粉4种水泥砂浆内衬金属溶出物对输水水质的影响和作为输水材料的安全性。结果表明,水泥砂浆内衬金属溶出物含有Fe、Mn、Cu、Zn、Hg、Cr、Cd微量元素,石灰石砂浆浸泡水中的Hg和总硬度、粉煤灰砂浆浸泡水中的总硬度超出《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)规定值的3.0、1.7、1.5倍。砂浆材料安全性表现在石灰石和粉煤灰砂浆溶出物的浑浊度增量、pH增加值,石灰石砂浆溶出物A1增量超出《生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准》(GB/T 17219-1998)规定值。水质金属溶出物和pH增加原因由砂浆胶体,Ca(OH)2溶出造成。