Phosphorus limitation on bacterial regrowth in drinking water

Assimilable organic carbon(AOC) test and bacterial regrowth potential(BRP) analysis were used to investigate the effect of phosphorus on bacterial regrowth in the drinking water that was made from some raw water taken from a reservoir located in northern China. It was shown that AOC of the drinking water samples increased by 43.9%—59.6% and BRP increased by 100%—235% when 50 μg/L PO4^3--P(as NaH2PO4 ) was added alone to the drinking water samples. This result was clear evidence of phosphorus limitation on bacteria regrowth in the drinking water. This investigation indicated the importance of phosphorus in ensuring biological stability of drinking water and offered a novel possible option to restrict microbial regrowth in drinking water distribution system by applying appropriate technologies to remove phosphorus efficiently from drinking water in China.     

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.}     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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 .     

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.     

Phosphorus limitation in biofiltration for drinking water treatment

Bacterial growth potential(BGP) method and two parallel pilot-scale biofilters were used to investigate phosphorus limitation and its effect on the removal of organic matters in biofiltration for drinking water treatment. Addition of phosphorus can substantially increase the BGPs of the samples. Its effect was equivalent to that of addition of a mixture of various inorganic nutrients including phosphorus.The biofllter with phosphate added into its influent performed a higher biological stability of the effluent and a higher CODM, removal than the control filter. Thesere sults suggested that phosphorus was the limiting nutrient in the biofiltration and the removal efficiency of organic matters could be improved by adding phosphate into the influent.     

臭氧—活性炭组合工艺对饮用水中AOC的去除

研究了以O3/GAC为主的饮用水深度处理工艺对AOC去除效果 ,结果表明 :原水 (某江水 )AOC浓度为 6 1 9μg乙酸碳 /L ;生物陶粒滤池对AOC的去除率为 54% ;O3 +GAC对AOC的去除率为 83.8% ;加氯消毒后AOC浓度增加 1 .38倍 ;常规水处理工艺对AOC的去除率为 4 3.7% ,不能保证饮用水的生物稳定性     

蓝藻胞外聚合物对供水管网水质的影响

针对游离态蓝藻胞外聚合物（EPS）在常规水处理工艺中不易去除、残留蓝藻EPS极易进入供水管网的特性,研究了蓝藻EPS对供水管网水质变化及生物稳定性的影响.针对管道使用时限分析了不同管道内部产生附膜条件下,蓝藻EPS对供水管网中余氯、浑浊度、生物稳定性、有机组分等主要水质指标变化规律的影响.结果表明,蓝藻EPS加快了管网余氯衰减速度,导致管网水质浑浊度在12~24h后即超出生活饮用水卫生标准上限,并使管网水质生物稳定性降低,BDOC在72h内增加37.2~39.5%,AOC增加365~393%,总活菌数升高18~20倍.阐明了蓝藻水华爆发时期净水厂出厂水残留蓝藻EPS在管网余氯存在前提下,仍然能够作为微生物营养基质和代谢能量,而促进管道内细菌生长繁殖,增加微生物代谢活性,刺激微生物胞外有机组分分泌释放,导致管网水质二次污染.     

蓝藻胞外聚合物对供水管网水质的影响

针对游离态蓝藻胞外聚合物（EPS）在常规水处理工艺中不易去除、残留蓝藻EPS极易进入供水管网的特性,研究了蓝藻EPS对供水管网水质变化及生物稳定性的影响.针对管道使用时限分析了不同管道内部产生附膜条件下,蓝藻EPS对供水管网中余氯、浑浊度、生物稳定性、有机组分等主要水质指标变化规律的影响.结果表明,蓝藻EPS加快了管网余氯衰减速度,导致管网水质浑浊度在12~24h后即超出生活饮用水卫生标准上限,并使管网水质生物稳定性降低,BDOC在72h内增加37.2~39.5%,AOC增加365~393%,总活菌数升高18~20倍.阐明了蓝藻水华爆发时期净水厂出厂水残留蓝藻EPS在管网余氯存在前提下,仍然能够作为微生物营养基质和代谢能量,而促进管道内细菌生长繁殖,增加微生物代谢活性,刺激微生物胞外有机组分分泌释放,导致管网水质二次污染.     

富营养化饮用水源地山仔水库限制性营养元素研究

世界范围内关于水体富营养化的研究表明,流域尺度上营养盐的控制和削减是修复富营养化水体的关键措施,甄别水体限制性营养元素进而采取相应的控制措施是修复富营养化水体的有效途径.本文在时空格局上分析了富营养化饮用水源地山仔水库的限制性营养元素.结果表明,2003—2012年,山仔水库初级生产力的关键限制性营养元素为磷.秋、冬、春季,水体总磷浓度在0.02~0.09 mg·L-1左右,TN/TP原子比值在35~72之间,表明TP浓度相对低,磷为限制性营养元素;夏季表层水TP浓度在0.06~0.13 mg·L-1左右,TN/TP原子比值在11~13之间,表层水溶解性磷的浓度较低,磷主要蓄积在藻细胞内,由于温跃层的存在,底层释放的磷无法向表层水补给,故溶解态磷相对缺乏.总之季节变化对磷的限制性作用有显著影响.通过对山仔水库2003—2012年水体TP浓度和叶绿素a浓度相关性分析得出,修复水体需要控制的TP浓度阈值为0.028 mg·L-1.根据上述结果综合分析了已采取修复措施的效果,从而进一步提出了山仔水库富营养化的修复策略.     

饮用水中的磷及其在常规处理工艺中的去除

对某市某水厂水源水和出厂水中磷的存在形式、常规处理工艺对总磷 (TP)和微生物可利用磷 (MAP)的去除进行了研究 .结果表明 :①水源水中的磷主要以非溶解性形式存在 ,溶解性总磷酸盐约占总磷 30 % ;溶解性正磷酸盐只在个别月份检出 ,且浓度很低 ;②水源水中微生物可利用磷浓度一般高于溶解性总磷酸盐浓度 ,说明微生物也可以利用非溶解性磷 ;③出厂水中溶解性总磷酸盐占总磷的比例较水源水中溶解性总磷酸盐占总磷的比例升高 ,说明其去除较非溶解性的磷困难 ;④常规处理工艺对总磷和微生物可利用磷去除效果较好 ,平均去除率分别为 6 6 %和 6 9% ,混凝沉淀单元和过滤单元对总磷去除效果均较好 .强化混凝工艺 ,降低出厂水中的MAP ,有可能保证饮用水生物稳定性     

象山港海域N、P污染特征及潜在性富营养化程度评价

根据2002年4～9月份象山港海域表层海水N、P营养盐监测基础资料,分析探讨了象山港海域在赤潮多发期N、P污染的时空变化特征,并利用潜在性富营养化评价模式,对整个象山港海域水质富营养化程度进行了评价。结果表明：在赤潮多发期,象山港海域水质N、P污染严重,表层海水DIN指标数倍于Ⅳ类海水最大允许值,明显呈现高N、低P的污染特征;由于受港湾季节性生态环境的演变和陆源径流的影响,象山港海域N、P污染存在明显的空间分异和时间变化特征。NO2-N含量也会因硝化细菌活动的加剧而增加;潜在性富营养化评价结果表明：在赤潮多发期,整个象山港海域由于P的限制,总体上处于潜在性富营养化阶段。     

管网水限制性营养元素对微生物再生长的影响

考察C、N、P等饮用水中的限制性营养元素对微生物再生长的影响。结果表明,磷是管网中细菌生长的主要限制因子,饮用水最适合细菌生长的最佳C∶P为100∶5。另外,对于管网微生物而言,乙酸碳等易降解有机物是一种更容易被利用的有机物。因此,在饮用水处理过程中应尽可能地去除原水中磷,使出厂水TP控制在5μg/L以下,同时要防止饮用水被一些有机物特别是小分子易降解有机物污染,以确保饮用水安全。     

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.     

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.