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.     

氯消毒对再生水可同化有机碳的影响

考察了再生水氯消毒过程中的氯消耗特性及水质特性的变化,发现加氯后5 min,氯消耗速率最大,同时254 nm的紫外吸光度和三维荧光强度的变化最为显著.发现再生水消毒后生物可同化有机碳(AOC)浓度显著增加,说明消毒后水质生物稳定性变差.AOC变化趋势呈现为先增长后降低的趋势,对于不同处理工艺再生水,二级出水的AOC水平普遍高于深度处理出水,但深度出水消毒5 min后AOC的增长率却高于二级出水消毒后的增长率.进一步研究发现,再生水水样消毒后的AOC变化量与三维荧光积分值变化量之间有一定的正相关关系.     

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。     

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.     

氯及氯胺消毒方式下管壁生物膜生长特性和群落功能研究

基于生物膜环状反应器,模拟培养氯消毒和氯胺消毒体系下的管壁生物膜,从生长特性、群落结构和功能丰度等方面探究管壁生物膜特性,研究不同消毒方式(氯和氯胺)胁迫下生物膜的特性差异。结果表明：与氯相比,氯胺消毒下生物膜的单位面积生物量更高,且活菌占比更大,表明在相同浓度水平下,氯比氯胺更能抑制管壁微生物的生长繁殖和细胞活性。氯胺消毒下生物膜的群落丰富度和多样性高于氯消毒,2种消毒方式下的生物膜群落结构和功能丰度存在显著差异。氯消毒下,γ-变形菌纲(平均相对丰度63.8%)占据主要优势,Nevskia属(32.9%)和嗜甲基菌属(20.4%)为优势菌属;氯胺消毒下,α-变形菌纲(53.8%)为最优势菌纲,慢生根瘤菌属(10.4%)为优势菌属。与氯胺相比,氯消毒下生物膜的新陈代谢功能丰度更具优势,尤其是在氨基酸代谢、碳水化合物代谢和脂类代谢关乎有机物利用的功能方面,分别增加36%、41%和48%,为供水管网中的微生物污染控制和以生物膜为前体物的副产物生成控制提供了一定理论基础。     

模拟给水管网中管壁生物膜生成特性

使用2 台不同设计参数的生物膜培养反应器(RAB)模拟不同管径的实际管网,研究了生物膜生成特性及规律.结果表明,2 个反应器具有相似的生物膜生成特性.在反应器运行初期,挂片水平分区的4 部分(M₁、M₂、M₃、M₄)生物量的平均值没有明显的差别,但运行4d 后,挂片上部(M₁、M₂)和下部(M₃、M₄)生物量变化明显,下部较上部高出1~2 个数量级;对挂片垂直分区的2 个部分(X、Y)运行5d 后,X 区生物量是迎水区Y 区的2~3 倍.在相同的进水条件下,不同反应器生物膜达到最大生物量的时间基本一致,不同设计参数的RAB 具有相似的模拟实际管网的性能.     

氯胺消毒对铜和不锈钢管壁生物膜的控制作用

以松花江为水源的哈尔滨某水厂出厂水为研究对象,采用生物膜培养反应器(rotating annular bioreactor, RAB)模拟给水管网系统,考察了氯胺对铜和不锈钢2种管材上生物膜的控制情况.结果表明,在无氯胺情况下运行时,铜和不锈钢挂片上的生物膜在第18d和21 d达到最大值,其生物量分别为5.5×１０³ CFU/cm²和2.5×１０⁵ CFU/cm²,生物膜达到稳定时生物量分别为1.0×１０³ CFU/cm²和1.3×１０⁵ CFU/cm²,铜挂片上的生物量明显低于不锈钢.反应器在有氯胺状态下运行时,铜和不锈钢挂片上最大生物量为5.0×10² CFU/cm²和5.0×１０⁴ CFU/cm²,分别低于无氯胺情况下1个数量级,达到稳定状态时,其生物量分别为10 CFU/cm²以下和3.5×１０⁴ CFU/cm²,说明氯胺对处于稳定状态的生物膜具有一定的控制作用,对铜挂片上的生物膜具有更明显的控制效果.对消毒剂投量、管材和管壁生物膜HPC进行分析可知,生物膜HPC与余氯胺具有良好的指数相关关系,增加氯胺投量可以降低生物膜HPC数量,氯胺和铜挂片对管壁上的生物膜具有协同灭菌作用.     

城市供水管网生物膜中氨氧化细菌对氯胺消毒效果的影响

供水管网中微生物生长和生物膜形成可对管网水质和运行造成重要影响.利用MPN-Griess方法检测了上海某供水系统生物膜中氨氧化细菌的数量,分析了管网中氨氧化细菌与管网水中硝化作用和消毒剂之间的相关性.通过室内实验分析了氨氧化细菌和异养菌对氯胺消毒剂的抗性和消耗影响.结果表明,管网中氨氧化细菌数量(以生物膜干重计)在1.0×102～4.3×１０⁵ MPN/g之间,与氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度的相关系数分别为-0.563、 0.603和-0.563;与总氯和一氯胺浓度的相关系数分别是-0.659和-0.571.氨氧化细菌对氯胺消毒剂的抗性明显高于异养菌,对氯胺消毒剂的消耗能力也强于异养菌.     

磷含量与饮用水生物稳定性的关系

通过对可同化有机碳(AOC)的分析,研究了水中磷对其生物稳定性的限制因子作用.试验水样为原水和经过净水工艺处理后的出水.结果表明,原水磷含量较低,经过生物预处理和常规处理后,磷的含量又大大降低.在原水和出水水样中添加50g/L的PO₄^3--P(NaH²PO⁴)后,原水水样的AOC变化不大,而出水水样的AOC增加了44%～60%.这表明在出水水样中磷是细菌生长的限制因子,由此推断,磷成为给水管网中细菌再生长限制因子的情况在国内存在.试验结果说明,有效地去除水中的磷可以作为提高饮用水生物稳定性的一个重要途径.     

氯对饮用水中可同化有机碳的影响

通过分析太湖水的分子量分布变化以及亲疏组分,考察氯反应生成AOC的效果和机理.结果表明,弱疏组分的AOC生成量最大,其次为强疏,中亲和带负电亲水的生成量最少.氯主要与小分子的疏水性有机物反应,AOC的生成量最多.通过考察深度处理工艺的有机物分子量以及组分的变化,发现疏水性有机物呈逐渐下降而亲水性组分呈上升的趋势,表明氯化产生的AOC呈减少趋势.小分子的疏水性有机物是主要的氯化AOC的前体物.     

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.}     

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     

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.     

混凝处理工艺对再生水水质生物稳定性的影响

再生水在储存、输配过程中微生物的再生长现象给再生水的利用造成不利影响,因此,研究再生水的生物稳定性十分必要.本研究以可同化有机碳(AOC)表征再生水生物稳定性,考察了混凝处理对北京市再生水厂二级出水生物稳定性的影响.研究发现,二级出水中投加聚合氯化铝(PACl)剂量为20~120 mg·L~(-1)混凝处理后,水中溶解性有机碳(DOC)和不饱和有机物、含氮有机物(用UV254表征)的去除率分别为3%~30%和10%~36%,水样中荧光物质的去除效果不明显.分子量为3000~20000 Da的有机物容易被混凝过程去除,但分子量小于3000 Da的有机物在混凝过程中几乎不能被去除.二级出水经混凝处理后,AOC水平有升高的趋势.在PACl投加量为60 mg·L~(-1)时,混凝前后二级出水的AOC水平分别为48~485μg·L~(-1)和121~910μg·L~(-1),变化率为-4%~124%,说明混凝处理导致了水样水质生物稳定性降低.     

给水管网生物膜反应器及分子生物学研究方法进展

饮用水在经管道输送到用户的过程中,微生物附着到管网内壁生长形成生物膜。生物膜的存在会引起一系列水质问题如病原菌的生长、色度和浊度的变化、管道的腐蚀等,对人类饮用水安全构成威胁。而且生物膜对消毒剂有顽强的抗性,一旦形成就难以控制。所以生物膜一直是给水管网研究的热点和难点。但是给水管网中生物膜的实际采样研究比较困难,而且实际取样无法连续监测生物膜形成的动态变化过程,因此用反应器实验模拟研究生物膜显得尤为重要。另外,随着技术的进步,研究给水管网生物膜不仅仅局限于传统的培养方法,还出现了一些新手段如现代分子生物学技术和显微镜图像分析技术,以便更加科学、合理地了解给水管网生物膜,从而保障城市供水的安全。文章重点介绍几种常见的用于研究给水管网生物膜的反应器及生物膜的研究方法,并对其原理及优缺点作了简要的讨论。     

组合氯化消毒工艺的卤代消毒副产物生成特性

比较4种单独使用氯或组合氯化消毒工艺在较长管网停留时的卤代消毒副产物生成情况.4种工艺为单独游离氯消毒、氯胺消毒、清水池游离氯消毒后转氯胺的先氯后氨消毒、短时游离氯后转氯胺的顺序氯化消毒工艺.结果表明,游离氯消毒工艺在管网停留时间长时,卤代消毒副产物会持续大量的生成,而一氯胺消毒工艺生成的卤代消毒副产物量很低.目前使用较为普遍的先氯后氨消毒工艺与游离氯消毒相比,可以降低卤代消毒副产物的生成量,管网停留24 h时,三卤甲烷的生成量降低了9.6%,卤乙酸的生成量减低了42%.但是先氯后氨消毒工艺由于游离氯接触时间约为2 h,卤代消毒副产物已经大量生成.短时游离氯后转氯胺的顺序氯化消毒工艺,由于控制了游离氯的接触时间,可以在保障消毒工艺灭活微生物效果的同时更为有效地控制卤代消毒副产物,管网停留24 h时,三卤甲烷的生成量与单独游离氯消毒工艺相比降低了48%,卤乙酸的生成量减低了72%.因此,顺序氯化消毒工艺可以更好地控制卤代消毒副产物的生成,提高水质安全性.     

自然生物膜对水体中磷浓度的影响研究

以BG11营养液为水源,弹性填料为人工基质培养自然生物膜,设计对比实验,研究生物膜对沉积物磷释放的影响及生物膜作用于该过程的主要机制。随着培养时间的延长,水体中各形态磷浓度均有不同程度的上升,并呈现明显的垂直分布特征;生物膜干重呈对数上升（R2=0．9544）,且与水体中的总磷浓度呈负指数相关（R2=0．7192）;生物膜中磷的解析实验中,溶液中正磷酸盐浓度随时间变化呈对数上升（R2=0．8769）。自然生物膜对水体中的磷有较强的吸附能力和去除效果,且主要作用机制是吸附,磷的迁移转化及最终归宿都要受到生物膜的影响。