不同管材对氯胺消毒副产物生成与水质生物稳定性的影响

模拟考察了上海某水厂出厂水在不同输配管网体系中水质的变化规律,研究了管材和氯胺投加量对输配过程水质变化的影响.结果表明,不同输配管网体系氯胺的衰减速率总体上符合如下规律:镀锌管>铜管>不锈钢管>聚乙烯管(PE管)>三型聚丙烯管(PPR管),季节因素对氯胺衰减速率影响较大,秋冬季节氯胺衰减的速率显著降低;消毒副产物三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)的生成规律为:PE管?PPR管>玻璃管>不锈钢管>铜管>镀锌管;五种管材中异氧菌总数(HPC)的生长数量为:镀锌管>>PE管>不锈钢管>PPR管>铜管;铜管和PE管中生物可同化有机碳(AOC)显著高于其余管材及出厂水.     

以PHAs为固体碳源的城镇二级出水深度脱氮研究

利用从连续运行的缓释碳源滤料滤池中取出的聚羟基脂肪酸酯(PHAs)颗粒,研究了微生物和硝酸盐对其的总有机碳(TOC)释放速率的影响,并研究了温度、pH值、硝态氮浓度对其反硝化速率的影响.结果表明:原有的和附着有微生物的PHAs颗粒在去离子水中TOC释放速率分别为0.030,0.053mg/(g·d),远低于水中有硝酸盐时的TOC释放速率[进水NO3--N为30mg/L时,TOC释放速率为0.533mg/(g·d)].温度和pH值对反硝化速率影响较大, pH值为7.5时,在15~35℃范围内, 30℃下的反硝化速率最大,为0.067mg/(g·h);温度为30℃时,pH值在6.0~9.0范围内,pH值为7.8时的反硝化速率最大,达到0.061mg/(g·h).反硝化速率与NO3--N浓度之间的关系符合Monod方程,最大反应速率和半饱和常数分别为4.74mgNO3--N/(gSS·h)和56.6mg/L.     

以PHAs为固体碳源的城镇二级出水深度脱氮研究

利用从连续运行的缓释碳源滤料滤池中取出的聚羟基脂肪酸酯(PHAs)颗粒,研究了微生物和硝酸盐对其的总有机碳(TOC)释放速率的影响,并研究了温度、pH值、硝态氮浓度对其反硝化速率的影响.结果表明:原有的和附着有微生物的PHAs颗粒在去离子水中TOC释放速率分别为0.030,0.053mg/(g·d),远低于水中有硝酸盐时的TOC释放速率[进水NO3--N为30mg/L时,TOC释放速率为0.533mg/(g·d)].温度和pH值对反硝化速率影响较大,pH值为7.5时,在15~35℃范围内,30℃下的反硝化速率最大,为0.067mg/(g·h);温度为30℃时,pH值在6.0~9.0范围内,pH值为7.8时的反硝化速率最大,达到0.061mg/(g·h).反硝化速率与NO3--N浓度之间的关系符合Monod方程,最大反应速率和半饱和常数分别为4.74mgNO3--N/(gSS·h)和56.6mg/L.     

给水管网管壁铁细菌生长特性模拟及控制对策研究

利用AR反应器对管壁铁细菌的生长特性、影响因素以及悬浮铁细菌与管壁铁细菌的相关关系进行了研究.管壁铁细菌在反应器运行12 d后达到稳定生长,出水中铁细菌数量比进水增加1 lg,剪切力对于铁细菌达到稳定生长的时间有影响,但对稳定生长后挂片上的铁细菌数量没有明显的影响.稳定余氯0.3 mg/L可以有效控制悬浮和管壁铁细菌的生长,数量降低1 lg;对于管垢内的铁细菌即使余氯增加到1.0 mg/L仍无法杀灭;余氯浓度0.05 mg/L无法有效控制悬浮和管壁附着铁细菌的生长.对于稳定生长下的管壁铁细菌,增加余氯浓度至1.25 mg/L,可使管壁铁细菌数量降低2 lg~3 lg.稳定生长状态下,悬浮铁细菌与管壁铁细菌数量具有线性关系.并在试验基础上提出给水管网铁细菌生长控制对策:维持管网余氯0.3 mg/L;定期采用较高浓度消毒剂冲洗管道;采用新型防腐管材或加快旧管网改造,提高管网抗腐蚀性能等.     

潜流人工湿地处理污染河水冬季运行及升温强化处理研究

考察了冬季潜流人工湿地污染河水处理系统在不同水力负荷下对污染物去除的效果.结果表明,水温15℃左右时,水力负荷由30cm/d降低到15cm/d后,氨氮转化率由14%上升到39%,COD的平均去除率由20%上升到31%,水温的降低对氨氮去除效果有很大的影响.在湿地表面覆盖塑料地膜能有效地提高系统对污染物的去除效果,覆盖地膜后,氨氮平均去除率由29.4%上升到67.6%,COD的平均去除率由29.0%提高到46.6%,脲酶活性由0.025 mg/(g·d)上升到0.037 mg/(g·d),脱氢酶的活性由0.17μL/(d·g)上升到4.54μL/(d·g).微生物活性研究表明,覆盖地膜后系统温度的升高能提高系统中微生物的活性.植物污染物质释放试验表明,冬季地表植物腐烂会向水中释放大量的污染物质,影响系统的净化效果,因此秋季应对湿地植物及时进行收割.     

供水PE和PPR塑料管内表面生物膜群落组成及其代谢特征

饮用水管道材料可以影响管壁生物膜群落组成,其代谢功能的差异又会导致不同的微生物风险.以PE管和PPR管为实验对象,结合16S rRNA测序、非靶向代谢组学、流式细胞仪和激光共聚焦扫描显微镜等方法,探究不同塑料管材对管壁生物膜微生物群落组成、代谢过程和微生物量的影响.结果表明,PPR管生物膜中微生物多样性和丰富度明显高于PE管.PPR管生物膜中变形菌门和拟杆菌门相对丰度高于PE管,PE管生物膜中放线菌门和酸杆菌门相对丰度高于PPR管.PE管壁生物膜中微生物代谢产物主要为十五烷酸、棕榈油酸和乙底酚等物质,PPR管生物膜中微生物代谢产物主要有13-氧化ODE、间香豆酸、7-羟基香豆素和松三糖等物质.相比于PPR管,PE管生物膜中与微生物代谢产物相对应的代谢通路包括核苷酸代谢、脂肪酸的生物合成和嘌呤代谢等表达量显著上调.与PPR管相比,PE管生物膜厚度更厚、微生物量更多,活菌比例更高,容易导致更强的微生物风险.因此,建议以后深入探究不同材质的塑料管对生物膜形成的影响机制并提出相应控制措施,以确保饮用水塑料管网水质微生物安全.     

塑料供水管向自来水中释放邻苯二甲酸酯的规律及影响因素研究

添加邻苯二甲酸酯（PAEs）增塑剂的塑料管道被广泛用于自来水管道系统,存在健康风险.然而,塑料管道是否是自来水中PAEs的污染来源仍了解不足.因此,本文探究了两种常用管材—硬质聚氯乙烯（UPVC）、聚丙烯（PPR）的新管道和人为磨损管道,在不同水力停留时间和余氯浓度下向水样中释放PAEs的规律.结果表明,人为磨损会使管道中PAEs向自来水中的总释放量增多,其中,邻苯二甲酸二丁酯（DBP）最为明显,且人为磨损管道释放PAEs的速率大于新管道.对于不同管材的管道,PPR管道PAEs的释放量小于UPVC管道,因而针对PAEs污染,PPR管道可能比UPVC管道更安全.在所有实验中,添加余氯可使水中PAEs浓度整体更低,且余氯浓度越高,平衡时的PAEs浓度越低,因而 推测PAEs可能会与余氯发生化学反应.本研究揭示了塑料管道作为自来水中PAEs的来源之一,向水体中释放PAEs的规律及影响因素,从而为自来水水质安全的控制提供了新的关注点.     

基于EPANET-MSX的多组分给水管网水质模型的开发与应用

基于EPANET-MSX工具包开发了机制性的多组分给水管网水质模型,模型将管段概化为管壁、生物膜、液膜和液相4个组成部分.模拟过程包括基质利用和微生物生长、微生物衰减和死亡、溶解性物质的液膜传质、不溶性物质的吸附和脱落、余氯与有机物的氧化和卤代反应以及管壁腐蚀消耗余氯等.模拟变量共15个,包括生物膜和液相中各7个变量,即溶解性有机物、不溶性有机物、氨氮、余氯、异养菌、自养菌和惰性颗粒,以及管壁生物膜厚度.利用管段模拟实验数据进行模型验证,模型对余氯和浊度的模拟精度分别为0.1 mg/L和0.3 NTU.案例研究的模拟结果合理地反映了给水管网中余氯和浊度的动态变化特征,而同时考虑水厂出水水质可变性和参数不确定性的Monte Carlo模拟则可用于评价案例给水管网的水质超标风险.     

基于活性微生物特征的供水管壁生物膜生长特性

管网生物膜由各种活性微生物、微生物残体及有机无机杂质组成,管网生物膜的生长会导致机会致病菌寄居、管道腐蚀以及水质恶化等系列饮用水卫生问题.为研究供水管壁生物膜形成过程和附着生长活性微生物的分布特征,采用异养菌平板计数(HPC)、流式细胞术(FCM)和16S rRNA高通量测序对3种典型室内供水管材:聚氯乙烯(PVC)、无规共聚聚丙烯(PPR)、不锈钢(STS)内壁活性微生物的生长特性和群落多样性进行了分析.结果表明,PVC管壁生物量在第73 d最先达到峰值,3种管材内壁单位面积最大生物量、生物膜成熟时期生物量均呈现PVC PPR STS的规律. 3种管材表面活性细菌群落结构组成上,PVC管表面主要以硝化螺旋菌门为主,PPR和STS管以疣微菌门为主,其中STS管壁上生物膜物种丰富度最低、多样性最小,群落结构最简单. PVC和PPR管内壁表面相较STS管存在更多的蓝藻细菌和放线菌,在饮用水输配过程中更易引发饮用水嗅味问题.管材介质对管壁生物膜上微生物群落结构存在一定影响.     

国内外饮用水余氯限值及监测方法的研究进展

新型冠状病毒肺炎疫情期间大规模使用含氯消毒剂,其残留可能对水环境及人体健康造成影响.我国饮用水水源地质量标准并未设置余氯项目及其浓度限值,且缺乏统一的余氯现场快速分析方法标准.为公共卫生事件发生期间的水质余氯监测与评价提供参考,对国内外饮用水标准余氯限值、实验室标准分析方法、现场快速分析方法等进行汇总分析,结果表明:①不同国家和地区以及WHO（World Health Organization,世界卫生组织）在饮用水标准中分别设置了出厂水中余氯限值（范围为0.1~2.0 mg/L）、管网末梢水中余氯限值（范围为0.1~1.8 mg/L）及饮用水中余氯最大允许浓度（范围为4~5 mg/L）.②比色法、容量法因其具有反应迅速且稳定、准确度及精密度较高等优点而成为国内外实验室主要标准或推荐分析方法,高效液相色谱法检出限最低,灵敏度最高,可用于余氯痕量分析.③余氯现场快速分析方法多以比色法为主,在线监测方法多为电化学方法,但缺乏统一的标准方法.研究显示,国外饮用水标准中余氯最大允许浓度为5 mg/L,WHO推荐高风险环境下的管网末梢余氯浓度最低为0.5 mg/L,建议尽快开展水质余氯现场监测方法标准化研究.      

日用塑料制品中PBDEs的污染特征及其人体健康暴露风险

采用气相色谱/质谱联用仪和健康风险评价模型,研究了北京居民日常接触的典型日用塑料制品中PBDEs(多溴二苯醚)的赋存特征及其人体健康暴露风险. 结果表明:①塑料盆、垃圾桶、塑料垫、塑料板凳、拖把、热水壶壳、给水管、采暖管、排水管、拖鞋、收纳箱、文件框等12种日用塑料制品中w(∑₂₁PBDEs)为0.45~21.30 mg/kg,平均值为5.98 mg/kg. ②日用塑料制品中十溴二苯醚是主要的PBDEs同系物,w(十溴二苯醚)平均占w(∑₂₁PBDEs)的82.51%; 九溴二苯醚是次要PBDEs同系物,平均占9.76%;三溴~六溴二苯醚质量分数较低,平均占1.77%,日用塑料制品生产过程中添加含十溴二苯醚的废弃阻燃塑料是引起PBDEs污染的主要原因. ③成人通过呼吸吸入、皮肤接触和手-口3种途径摄入的PBDEs暴露量分别为295.77、44.29、0.00 pg/(kg·d),儿童通过3种途径的PBDEs暴露量分别为769.55、40.83、1.91 pg/(kg·d)表明呼吸吸入是主要暴露途径. ④日用塑料制品中PBDEs对成人和儿童的释放暴露非致癌危害熵分别为2.28×10-4和5.46×10-4,低于美国标准中可接受风险熵(1.0),表明日用塑料制品中PBDEs对人体的健康风险影响很小.      

多溴联苯醚在河套农灌区土壤和水体中的分布特征

PBDEs作为一类全球性的新兴持久性有机污染物,因其具有疏水性,土壤和沉积物对其有很强的固着能力,被认为很难进入地下水中。文章在河套平原典型的黄河农灌区采集地下水、地表水以及表层土壤样品,利用GC-μECD和GC-MS方法测定发现,地下水和地表水中均检测到PBDEs,且主要为BDE209,其在地下水中含量高达5.3μg/L,而地表水中仅为0.03μg/L,揭示PBDEs存在污染地下水的可能性。对土壤中PBDEs的分析发现,其优势同系物为BDE47、100、183和99,主要富集在地面以下0~5 cm和10~15 cm处,该范围普遍发现农用地膜(PBDEs≤5μg/g)的残留物。此外,研究区主要农作物(玉米、番茄、瓜类、小麦和葵花)中,广泛利用地膜的玉米种植土壤中PBDEs的含量最高,达77.13 ng/g。研究显示,降雨淋滤以及灌溉水入渗作用下,地膜中PBDEs的释放可能是研究区土壤以及地下水中PBDEs不可忽略的重要污染源。     

膳食Cd摄入对土壤筛选值确定的影响

收集了2000~2014年发表的关于国内不同膳食中Cd浓度研究文献,统计出不同区域各种主要膳食中Cd含量,结合2002年开展的膳食总调查结果,计算了不同地区居民膳食Cd暴露量,推导了考虑膳食Cd暴露情景下土壤中Cd的健康风险评估筛选值.结果显示,我国居民膳食Cd摄入量低于FAO/WHO(联合国粮农组织/世界卫生组织)于2010年颁布的允许Cd摄入量0.833μg/(kg体重?d).其中,全国范围内居民膳食Cd摄入量的平均值为0.444μg/(kg体重?d),高于北方[0.240μg/(kg体重?d)]、北京[0.160μg/(kg体重?d)]和上海[0.408μg/(kg体重?d)]地区的平均值,低于南方地区的平均值[0.518μg/(kg体重?d)].全国、北方及南方地区对Cd摄入量贡献最大的膳食主要为蔬菜、米及其制品、面及其制品、水产和肉类;北京地区对Cd摄入贡献较大的膳食依次为蔬菜、面及其制品、水果、米及其制品和水产;上海地区对Cd摄入贡献较大的膳食依次为蔬菜、水产、米及其制品、肉类.考虑膳食Cd摄入后推导的工商业用地情形下的筛选值低于不考虑膳食Cd摄入情形下的推导值(829mg/kg),其中,全国范围、北方、南方、北京和上海地区的筛选值分别为461,630,400,697和492mg/kg.基于不同尺度膳食摄入量的统计结果推导的筛选值差异明显,其中,南方地区筛选值是全国筛选值的86.8%,北方、北京和上海地区分别是全国范围推导值1.4倍、1.5倍和1.1倍.在制订国家层面Cd的筛选值时,应充分考虑各区域膳食Cd的暴露特性,以避免因制订统一值导致高估或低估局部区域居民的健康风险.     

单级SBR生物膜中全程自养脱氮的研究

研究了具有全程自养脱氮作用的生物膜中无机碳源浓度、pH值、溶解氧(DO)对全程自养脱氮的影响.结果表明,当NaHCO3浓度从1.75g/L上升到2.50g/L时,反应体系中的pH值从7.6～8.0上升到8.8左右,氨氮转化率和总无机氮去除率分别急剧下降到53%和48.8%.在进水氨氮负荷为60g/(m³·d)时,最佳DO应控制在0.5～0.7mg/L,此时氨氮转化率达到90%以上.     

序批式膜反应器同步硝化和反硝化的特性

为提高污水生物脱氮处理的效率和减少外加碳源,研究了序批式膜反应器(SBBR)在有氧情况下处理生活污水中同步硝化和反硝化的特性.试验表明,原水TN为80～110mg/L和溶解氧浓度为0.8～4.0mg/L情况下,出水TN小于15mg/L,NH₃^-N去除率达100%,TN去除率54%～77%,NH₃^-N容积负荷率为47～94mg/(L·d),TN容积负荷率为56～113mg/(L·d).TN的变化规律为在NH₃^-N降到零或最小之前,TN持续降低之后,TN有短时的上升后再缓慢降低.在较大的溶解氧浓度范围内,SBBR具有同步硝化和反硝化的能力,建议将NH₃^-N降解到零或最小值的时刻,作为同步硝化和反硝化的结束点.     

氢自养反硝化去除饮用水中硝酸盐的试验研究

研究了附着生长型序批式反应器内以氢气为电子供体的自养反硝化技术对饮用水中NO3的去除效果.采用透气膜作为氢气的扩散装置,增强氢气的传质效率,降低其爆炸的危险性.结果表明,氢自养反硝化技术能够有效地去除饮用水中的NO-3,NO-3;-N和TN的最高去除速率分别达6.45 mg/(L·h)和4.89 mg/(L·h),NO-2-N有累积,最大累积量达11.58 mg/L.反应结束时,出水pH值为10.56,DOC增长了0.91 mg/L.建立了NO-3和NO-2还原反应的零级动力学模型,动力学常数分别为0.33～0.60 g/(g·d)和0.37～O.45 g/(g·d).氢气压力大于40 kPa时,My-3-N和TN的去除速率变化不大,分别为(5.97±0.08)mg/(L·h)和(4.25±O.04)mg/(L·h);氢气压力为25 kPa时,NO-3和TN的去除速率均显著降低.进水pH值为6抑制了反硝化反应,NO-3-N的去除速率仅为1.83 mg/(L·h);pH值高于8利于反硝化进行,No-3-N的去除速率为3.13 mg/(L.h).     

不同质地湿地土壤碳、氮、磷计量学及厌氧碳分解特征

为了解不同质地湿地土壤碳、氮、磷计量学及厌氧碳分解特征,对闽江河口芦苇和藨草湿地2种质地土壤(壤质土和砂土)的碳、氮、磷计量学及土壤厌氧碳分解特征进行测定与分析.结果表明:壤质土碳为14.61mg/g,氮为1.01mg/g,磷为0.64mg/g,高于砂土碳(9.02mg/g),氮(0.16mg/g)和磷(0.42mg/g).0~40cm壤质土C/N均值低于砂土,C/P、N/P高于砂土.0~40cm壤质土和砂土平均甲烷产生潜力分别为0.0072,0.0019μg/(g·d),CO2产生潜力分别为33.5134,4.9239μg/(g·d),CO2和CH4产生潜力均为壤质土高于砂土.土壤碳、氮、磷的计量学特征对厌氧碳分解具有一定的指示作用.     

不同供水管材生物膜抗生素抗性基因分布特征

为了研究不同材质供水管道内壁生物膜中抗生素抗性基因分布特征和水平转移潜力,利用宏基因组测序对304、316 L不锈钢管和PPR、PE塑料管内壁生物膜进行了分析.结果表明,4种管材内壁生物膜中共检出17类146种抗生素抗性基因.多药类抗性基因在不同管材生物膜中的丰度最高且差别较大,是不同管材生物膜抗生素抗性基因差异的主要原因.不同管材生物膜中可移动遗传元件的总丰度水平较高,但整体上和抗生素抗性基因共存的比例较低,其中整合酶基因表现出和抗生素抗性基因更加密切的关系,可能在抗生素抗性基因的水平转移上发挥重要作用.不同的抗性基因拥有不同种类的潜在宿主,水杆菌属（Aquabacterium）、慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）等高丰度宿主是多药类抗性基因大量存在的基础.不同管材管壁生物膜中抗生素抗性的首要影响因素是细菌群落组成,其次是可移动遗传元件介导的基因水平转移;物种组成和可移动遗传元件共同塑造了抗性基因的分布特征.