磷与水中细菌再生长的关系

利用细菌再生长潜力(Bacterial Regrowth Potential,BRP)的微生物分析方法,研究了水中的磷对其生物稳定性的限制因子作用.试验测试水样为经过净水工艺处理后的出水,净水工艺处理的原水取自我国北方某水库.结果表明,在测试水样中添加50pg/L的PO₄^3--P(NaH₂PO₄)后,水样的BRP增加了100%～235%.在水样中添加各种无机盐后得到的BRP同仅添加NaH₂PO₄得到的结果相差不大,而在水样中添加1mg/L的乙酸碳(NaAc)后BRP只增加了30%～40%,大大小于只添加磷的水样,这表明在该水样中磷是细菌生长的限制因子.本试验说明,有效地去除水中的磷可以作为限制饮用水中细菌再生长,提高饮用水生物稳定性的一个重要途径.     

饮用水中磷与细菌再生长的关系

采用改进的可同化有机碳(AOC)和微生物可利用磷(MAP)方法,针对T市J水厂水源水、处理工艺以及一条配水干管中磷对细菌生长的限制作用进行了研究.结果表明:①水源水与处理工艺中MAP较高(5～38μg/L),配水管网中MAP较低(<5μg/L),且管网水中的MAP随着管线的延长基本保持不变.②常规处理工艺能够有效地去除水中的MAP(去除率为34.0%～83.7%).③在水源水和处理工艺中,水样的AOC_{potential<、sub>、AOCP与AOCnative没有显著差别,说明AOC是微生物生长繁殖的决定因素.该研究配水干管中,水样的AOCpotential、AOCP为AOCnative的2～8.7倍,磷成为细菌再生长的限制因子.}     

氯对模拟管壁生物膜的氧化特性研究

以载片上培养的大肠杆菌生物膜为对象,研究了氯对模拟管壁生物膜中大肠杆菌的灭活效果,同时考察氯氧化生物膜后水中生物可同化有机碳(AOC)、生物可利用磷(MAP)和细菌生长潜能(BRP)的变化情况.结果表明,氯可以有效灭活悬浮态的大肠杆菌,而对生物膜中的大肠杆菌的灭活效率远低于悬浮菌;在相同CT值下,较高浓度的氯对悬浮态和生物膜中大肠杆菌的灭活效果要高于低浓度的氯.氯对生物膜的氧化作用会使生物膜中物质溶出,增加了水中AOC和MAP浓度,如当氯的浓度为1.0 mg/Ｌ(CT值为100 mg·min/L)时,水中AOC由20.78 μg/L增加到120.17 μg/L,MAP含量由0.11 μg/L增加到0.17 μg/L;氯的氧化作用会增加水的细菌生长潜能（BRP）,BRP随着CT值的增加而增加,如当氯投量为1.0 mg/Ｌ(CT值为100　mg·min/L)时,BRP可达到1.10×10⁷ CFU/mL.     

Modification on the conventional procedure to measure AOC in drinking water

Additional phosphorus will be introduced to water sample if the conventional procedure is used to measure assimilable organic carbon(AOC) in drinking water. It has been shown that there are the cases that phosphorus is the limiting nutrient for microbial growth in drinking water. The measured value of AOC would not be able to indicate appropriately the regrowth potential of bacteria in this case. The conventional procedure used to measure AOC was modified to avoid the introduction of additional phosphorus to water sample in this study. It was shown that it was feasible to measure AOC in water using the modified procedure. Furthermore, the measured value of AOC determined by the modified procedure could indicate appropriately the regrowth potential of bacteria in drinking water despite either organics or phosphorus was the limiting nutrient for bacterial regrowth.     

外加磷提高生物预处理效果的试验研究

利用国内研究较多的生物陶粒滤池预处理工艺,在我国北方某水库原水中添加微量的磷,考察磷对生物预处理的促进作用通过生物分析方法,发现在原水水样中添加50μg/L的PO₄^3--P(NaH₂PO₄)后,可以促进原水中细菌的生长,BDOC也有所增加,证明了原水中磷对细菌生长的限制因子作用陶粒滤池的实际运行结果表明,对于本试验所用原水,添加25μg/L的PO₄^3--P(H₃PO₄)后,生物陶粒滤池对水中CODMn的去除率平均提高4.7个百分点,UV254和TOC的去除率分别提高3.6和5.7个百分点.由此为提高生物预处理的运行效果提供了一个新的思路,也说明磷在饮用水中的作用需要引起重视.     

供水管壁的磷释放对管网水质生物稳定性的影响

为了研究供水系统金属管壁磷释放及其对管网水质生物稳定性的影响,采用新旧有水泥涂衬球墨铸铁管,考察了管壁和水泥涂衬中磷的含量,管网水中可同化有机碳(AOC)、异养菌平板计数(HPC)及生物可利用磷(MAP)的变化规律.结果表明,在铸铁管金属管壁和水泥涂衬中均有磷元素及其他微生物生长所需微量元素存在.旧管和新管均可向悬浮水中释放磷元素并可被微生物吸收利用,旧管释放水平高于新管;同时旧管释放产生的AOC和旧管水中的HPC也明显高于新管;新管对水中pH值有明显影响,但随时间推移逐渐减弱.     

Evaluation of nutrient limitation in aquatic ecosystems with nitrogen fixing bacteria

There has always been a great need for simple and accurate bioassays for evaluating nutrient limitation in aquatic ecosystems. Whereas organic carbon is usually considered to be the limiting nutrient for microbial growth in many aquatic ecosystems, there are, however, many water sources that are limited by phosphorus or nitrogen. A method named ＂nitrogen fixing bacterial growth potential＂ （NFBGP） test, which is based on pre-culturing of autochthonous （target） microorganisms was described. The method was applied to evaluate phosphorus or nitrogen nutrient limitation in lake and sewage water samples using an isolate of the nitrogen fixing bacterium, Azorhizobium sp. WS6. The results corresponded well to those from the traditional algal growth potential （AGP） test and the bacterial regrowth potential （BRP） test, suggesting that the NFBGP test is a useful supplementary method for evaluating the limiting nutrient, especially phosphorus, in an aquatic environment.     

Biostability in distribution systems in one city in southern China：Characteristics, modeling and control strategy

This study investigated the bacterial regrowth in drinking water distribution systems receiving finished water from an advanced drinking water treatment plant in one city in southem China. Thirteen nodes in two water supply zones with different aged pipelines were selected to monitor water temperature, dissolved oxygen （DO）, chloramine residual, assimilable organic carbon （AOC）, and heterotrophic plate counts （HPC）. Regression and principal component analyses indicated that HPC had a strong correlation with chloramine residual. Based on Chick-Watson＇s Law and the Monod equation, biostability curves under different conditions were developed to achieve the goal of HPC 100 CFU/mL. The biostability curves could interpret the scenario under various AOC concentrations and predict the required chloramine residual concentration under the condition of high AOC level. The simulation was also carded out to predict the scenario with a stricter HPC goal （≤50 CFU/mL） and determine the required chloramine residual. The biological regrowth control strategy was assessed using biostability curve analysis. The results indicated that maintaining high chloramine residual concentration was the most practical way to achieve the goal of HPC ≤ 100 CFU/mL. Biostability curves could be a very useful tool for biostability control in distribution systems. This work could provide some new insights towards biostability control in real distribution systems.     

配水管网中生物稳定性和消毒副产物的变化及相关性

研究了上海市2条不同水源水厂配水管网中可同化有机碳（AOC）、三卤甲烷（THMs）和卤乙酸（HAAs）的变化情况,并对饮用水生物稳定性和消毒副产物间的相关性进行了分析.结果表明,管网中AOC和HAAs含量受余氯和微生物活动双重作用的影响,在距水厂较近、余氯较高的管网中,可能因氯与有机物继续反应出现上升,在余氯较低的管网末梢则因为微生物降解作用使含量下降;THMs含量则只受余氯的影响,随管网延伸持续增长.HAAs与AOC含量间存在较好的线形关系,前体物间具有相似性,THMs与AOC含量间呈正相关性;作为饮用水安全性的2个重要方面,生物稳定性和消毒副产物间具有内在的关联性.     

Biological stability in drinking water: a regression analysis of influencing factors

Some parameters, such as assimilable organic carbon(AOC), chloramine residual, water temperature, and water residence time, were measured in drinking water from distribution systems in a northern city of China. The measurement results illustrate that when chloramine residual is more than 0.3 mg/L or AOC content is below 50μg/L, the biological stability of drinking water can be controlled.Both chloramine residual and AOC have a good relationship with Heterotrophic Plate Counts( HPC)(Iog value), the correlation coefficient was-0.64 and 0.33, respectively. By regression analysis of the survey data, a statistical equation is presented and it is concluded that disinfectant residual exerts the strongest influence on bacterial growth and AOC is a suitable index to assess the biological stability in the drinking water.     

磷元素在饮用水生物处理中的限制因子作用

应用细菌生长潜力(BGP)法,考察了磷元素在淮河流域某地面水厂饮用水生物处理工艺中的限制因子作用原水添加50μg·L^-1KH₂PO₄-P后,BGP可以提高54%,添加其它无机元素和添加磷元素对BGP的影响没有显著差异;原水添加20mg·L^-1C₆H₁₂O₆对BGP的影响要小于添加50μg·L^-1KH₂PO₄-P的影响;原水添加磷后生物滤池对COD_Mn的去除率比对照生物滤池提高了7.5%,其出水明显表现为碳限制型,对照生物滤池出水则为磷限制型.结果说明磷元素是该水厂饮用水生物处理的限制因子,且限制作用强于碳元素,可以通过外加磷源的方法提高饮用水生物处理工艺对有机物的去除效率.     

O3/TiO2催化氧化工艺对饮用水中AOC的影响

以陶粒、硅胶和沸石为载体,分别负载二氧化钛（TiO₂）进行臭氧催化氧化去除硝基苯的实验,并对饮用水中生物可同化有机碳（AOC）所代表的小分子有机物(酮、醛、醇和羧酸类物质)的生成情况进行了研究.发现臭氧催化氧化比单纯的臭氧氧化能更彻底地将部分大分子有机物氧化成小分子中间产物,陶粒、硅胶和沸石负载TiO₂ 3种催化剂分别将AOC从大约300　μg·L^-1增加到 674.1　μg·L^-1、847.2　μg·L^-1和882.1　μg·L^-1,并且分别使AOC/TOC从原水的4.68%升高到30.5%、33.21%和46.04%,大大地提高了水中有机物的可生物降解性.如果增加臭氧投量,催化氧化可使小分子有机物部分被氧化,致使水样AOC又略有回降.在这一过程中,AOC-NOX所代表的羧酸类物质急剧增加,达到总AOC的90％以上,取代AOC-P17成为了AOC的主体组成部分.     

再生水构建水环境中沉水植物附着细菌群落特征

沉水植物茎、叶附着生物膜对再生水构建水环境的水质改善具有重要作用.为探究再生水水质及沉水植物种类对附着生物膜细菌群落特征的影响,选取再生水构建的水环境中不同种类沉水植物为研究对象,采用16S rRNA高通量测序技术对其附着生物膜及周围环境样本的细菌群落结构和功能基因进行分析.结果表明,再生水水体中氮磷营养物质在水环境中得到了20%~35%的吸收利用,下游水体中COD、浊度和色度呈现升高趋势.沉水植物附着生物膜中细菌群落与周围环境（土壤、底泥和水体）及再生水处理厂活性污泥的细菌群落存在差异：在群落多样性上,其丰富度和多样性显著低于土壤和底泥中细菌但高于水中浮游细菌;在群落结构上,其优势菌属及对应相对丰度与其它样本不同,主要优势菌属有鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、气单胞菌属（Aeromonas）、假单胞菌属（Pseudomonas）和不动杆菌属（Acinetobacter）,分别占比7%~40%.沉水植物种类和再生水水质（BOD₅、TN、NH₄⁺-N和TP）均会影响植物附着细菌群落,但水质对附着细菌群落的影响大于植物种类,且水质也会影响沉水植物附着细菌群落功能基因相对丰度,氮磷浓度较高区域氮循环与磷循环功能基因相对丰度较高.研究结果为揭示沉水植物附着细菌群落特征和优选沉水植物种植种类提供科学依据.     

提供生物稳定饮用水的最佳工艺

研究由预处理、常规处理和深度处理组合而成的 7种不同工艺对饮用水源水中可生物同化有机碳 ( AOC)的去除效果 .试验表明 :生物陶粒预处理对 AOC具有较高的去除率 ,达到 45%左右 ,如果在它之前先经过预臭氧化 ,生物处理的去除率可增大到 58.4% ;常规处理对 AOC的去除非常有限 ,去除率平均在 2 0 %左右 ;新活性炭单元因其吸附作用对 AOC的去除效果稳定在30 %左右 ,如和臭氧氧化连用 ,去除效果能提高到 50 %以上 ;包括了常规处理、生物预处理、预臭氧和臭氧活性炭的组合工艺对AOC的去除效果最好 ,达到 86% .因此臭氧氧化、生物炭和生物处理是提高饮用水生物稳定性的重要手段 ,并以本试验结果为依据提出了对于不同的水源水所采用的最佳工艺 .     

纳滤膜组合工艺去除饮用水中可同化有机碳和致突变物

分别以太湖水和淮河水为水源的两地水厂出厂水为研究对象，研究纳滤膜组合工艺对饮用水中可同化有机碳和致突变物的去除效果。研究表明，纳滤膜对可同化有机碳的去除率为80%，能确保饮用水的生物稳定性。对致突变物的去除率大于90%。使Ames实验结果由阳性转为阴性。对两地不同原水均能生产出安全优质的饮用水。     

臭氧-生物活性炭组合工艺中最佳臭氧投加剂量的确定

在水处理过程中投加臭氧,可提高饮用水的可生物降解性.臭氧氧化后继的生物过滤,可以减少水中可生物降解有机物数量,提高饮用水的生物稳定性.试验表明,臭氧投加量2～8mg/L可使AOC-P17,AOC-NOX和BDOC分别增加20.9%～85.5%,42.1%～158.2%和21.4%～84.4%.臭氧投加量为3mg/L时,AOC和BDOC增加得最多,即3mg/L的臭氧投量为最佳投加剂量.生物活性炭滤柱(BAC)出水AOC浓度(乙酸碳)均低于50μg/L,在35.9～46.6μg/L之间,属于生物稳定性水质.     

Effect of different molecular weight organic components on the increase of microbial growth potential of secondary effluent by ozonation

Ozonation has been widely applied in advanced wastewater treatment. In this study, the effect of ozonation on assimilable organic carbon （AOC） levels in secondary effluents was investigated, and AOC variation of different molecular weight （MW） organic components was analyzed. Although the removal efflciencies were 47%-76% and 94%-100% for UV2s4 and color at ozone dosage of 10 mg/L, dissolved organic carbon （DOC） in secondary effluents was hardly removed by ozonation. The AOC levels increased by 70%-780% at an ozone dosage range of 1-10 mg/L. AOC increased significantly in the instantaneous ozone demand phase, and the increase in AOC was correlated to the decrease in UV254 during ozonation. The results of MW distribution showed that, ozonation led to the transformation of larger molecules into smaller ones, but the increase in low MW （〈1 kDa） fraction did not contribute much to AOC production. The change of high MW （〉100 kDa and 10-100 kDa） fractions itself during ozonation was the main reason for the increase of AOC levels. Furthermore, the oxidation of organic matters with high MWs （〉 100 kDa and 10-100 kDa） resulted in more AOC production than those with low MWs （1-10 kDa and 〈1 kDa）. The results indicated that removing large molecules in secondary effluents could limit the increase of AOC during ozonation.     

上覆水环境因子对滨海水库沉积物氮磷释放的影响

为了解我国滨海水库富营养化过程,以北大港水库沉积物为研究对象,通过室内模拟试验,考察上覆水环境因子〔扰动、ρ(Cl-)、pH、温度、ρ(DO)〕对滨海水库沉积物氮、磷释放的影响.结果表明:①扰动促进氮、磷的释放,ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TN)和ρ(TP)增加了54.4%～230.8%,扰动对滨海水库沉积物TN、TP释放通量的促进作用比淡水沉积物强;②ρ(Cl-)升高促进氮、磷释放,ρ(Cl-)越高,促进效果越强,ρ(Cl-)为1 000和5 000 mg/L时,ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TN)和ρ(TP)分别增加了4.2%、3.2%、35.0%、11.9%和8.4%、4.8%、44.7%、23.8%;③与pH为7.0时相比,pH为8.5和10.0时,ρ(TP)增加了21.3%～42.6%,ρ(NH₃-N)降低了14.9%～18.6%,ρ(NO₃--N)和ρ(TN)基本没有变化,但NO₃--N释放通量增加了5.2%～10.3%,TN的释放通量降低了7.1%～21.5%;④温度升高促进了NH₃-N、TN和TP释放,抑制了NO₃--N释放,滨海水库沉积物中较高的盐度减弱了温度对TP释放的促进作用,25 ℃时,ρ(NH₃-N)、ρ(TN)和ρ(TP)比5 ℃时增加了37.3%～71.0%,ρ(NO₃--N)降低了34.0%;⑤好氧条件抑制了NH₃-N、TN和TP释放,促进了NO₃--N释放,好氧条件下ρ(NH₃-N)、ρ(TN)和ρ(TP)降低了54.2%～85.6%,ρ(NO₃--N)增加了20.5%.研究显示,上覆水环境因子会影响滨海水库沉积物氮、磷释放,其中以扰动、温度和ρ(DO)影响较大.      

沉积物中有机磷在pH和温度影响下的矿化机制

通过实验室模拟,采用Bowman-Cole有机磷分级修正体系研究了pH和温度对沉积物中有机磷矿化的影响机制.结果表明,pH为6.5、 7.5、 8.5时有机磷（TOP）占总磷（TP）比例分别介于31.71%～41.73%、30.85%～43.29%和27.25%～56.31%之间,碱性条件促进有机磷矿化,中性条件下矿化速率减缓.15℃、25℃和35℃的TOP/TP分别介于29.07%～46.62%、27.81%～46.62%和34.56%～46.62%,在30 d模拟期内,前10 d有机磷矿化随着温度上升而增加,后20 d呈相反趋势.在偏酸性和高温条件下,稳性有机磷（NOP）向中活性有机磷（MLOP）的转化,中活性有机磷（MLOP）向活性有机磷（LOP）的转化呈现同步性,LOP矿化分解很快,使其可能成为上覆水中藻类生长的磷源,潜在影响了富营养化进程.     

荣成天鹅湖水体有机磷的生物有效性和时空分布

磷是滨海湿地生产力的关键限制因素之一,有机磷的矿化分解是湿地活性磷的重要补充途径。本文以滨海荣成天鹅湖湿地为研究对象,通过采集不同季节、不同点位的表层水样,利用酶水解技术研究了天鹅湖水体有机磷的生物有效性及其时空变化规律。研究表明:(1)天鹅湖已经出现轻度富营养化。有机磷是天鹅湖水体总磷(TP)重要组成部分,其中溶解态有机磷(DOP)的含量为0.039～0.123 mg/L,占水体TP的29%～74%,颗粒态有机磷(POP)的含量为0.011～0.073mg/L,占水体TP的11%～25%。(2)在有机磷中,24%～31%的DOP和41%～82%的POP是潜在的生物可利用磷。(3)天鹅湖DOP遵循春夏高而秋冬含量低的特点。有机磷空间分布非均一性,DOP主要分布在湖中区和入河口区。POP集中分布在北部入河口和湖心区及其北部沙滩区域。另外,通过相关性分析表明,有机磷与水环境因子关系密切,DOP和溶解态酶水解有机磷(DEHP)的含量可以指示水体富营养化程度。总之,水体有机磷循环供磷可能是造成水体富营养化的重要原因。因此,在富营养化的防治过程中应该采取有效措施防治有机磷的矿化。