水中硫酸根及溶解氧质量浓度变化对管垢金属元素释放的影响

针对出厂水水质化学组分变化可能引起管垢成分释放进而导致管网"黄水"的问题,利用管段反应器,研究了硫酸根(SO24-)质量浓度变化对长期通地下水的铸铁管段总铁释放的影响,同时分析了硫酸根质量浓度变化可能造成的金属元素锰(Mn)、砷(As)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)和镍(Ni)的释放行为.研究表明,实验管段进水中SO24-质量浓度的升高能导致管垢总铁、Mn释放量显著增加,且当SO24->400 mg.L-1时,出水呈现明显的"黄水"现象.对实验管段进出水中微量金属元素的检测发现,尽管随着进水SO24-质量浓度的升高,出水中As、Cr、Cu、Zn和Ni质量浓度也随之增加,但其多数情况下低于进水质量浓度,说明管垢对这些微量元素具有吸附作用.增加水中溶解氧(DO)质量浓度对铁的释放具有明显控制作用,但当超过一定值时,其抑制作用反而降低.     

给水管网中污染物在管垢上的累积和释放

给水管网中,管垢是各种污染物的源和汇,但目前污染物在管垢中的累积释放特征尚缺乏系统研究.本文以实际的城市供水管网的球墨铸铁管和灰口铸铁管为对象,一方面采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、晶体衍射结构分析(XRD)等手段对其管垢进行表征,另一方面运用管段滞流反应器研究了三氯甲烷、铅、锰和锌等污染物滞流状态下在管垢上累积和释放特征.结果表明:同为铸铁管,使用一定年限后,管垢成分有所差异,灰口管管垢量较大,具有明显的锈蚀和管瘤出现,成分以二氧化硅、金属复合氧化物为主,而球墨管管垢量较小,以二氧化硅为主;随着初始浓度的提高,管垢对污染物的累积量逐步提高,对于三氯甲烷,其吸附量和释放量都非常低,而对于Pb、Mn和Zn 3种金属,管垢的吸附量远大于释放量,说明在实验条件下它们易累积不易释放,但水质条件的改变有可能引起大规模释放.研究结果对饮用水管网生物化学安全提出了更高的要求,为管网的饮用水安全保障提供了理论依据.     

铸铁管输配再生水铁溶出颗粒物特征研究

针对输配水过程中产生的"红水"现象及铁颗粒物溶出对水质的影响,开展了初步的模拟管网中试研究.实验采用内径为100 mm的铸铁管搭建了120 m长管网中试模拟系统,并以北京某再生水厂生产的再生水为水源,进行了单向连续流动和密闭循环流动模拟管网输配实验,并对管网出水水质进行了的连续跟踪监测.中试结果表明,两种方式的实验都发生了"红水"现象;出水水质的p H、总溶解性固体(TDS)、电导率及总铁都有明显升高;实验过程中得到的两种不同颜色颗粒物,它们都包括α-Fe OOH、γ-Fe OOH、Fe CO3、Fe2O3、Fe3O4及Fe O等矿物质;颗粒物颜色可能与颗粒中羟基氧化铁与碳酸亚铁的含量有关;水流速度对于管网中颗粒物的沉积和释放要一定影响;不带内衬的铸铁管不适合作为输配腐蚀性极强水质再生水的管材.     

某市给水管网中铁释放现象影响因素与控制对策分析

针对某市管网水中铁浓度的变化规律进行了系统的研究,确定了管垢向管网水中释放出的铁是管网水中铁超标的主要原因.研究中发现铸铁管和镀锌钢管中管垢的主要化学组分为铁.在给水管网中,管网水的溶解氧和余氯浓度低时,对应的管网水中铁释放现象严重,其原因是还原条件使管垢表面的致密钝化层被破坏,造成二价铁的大量释放.根据试验结果提出了给水管网中铁释放和“红水”现象的控制对策.     

给水管网中管内壁腐蚀管垢特征分析

使用扫描电镜(SEM)、X荧光光谱分析(XRF)、X射线衍射分析(XRD)以及X光电子能谱(XPS)对给水管网中铸铁管和镀锌钢管上的管内壁腐蚀管垢进行微观形态、化学组成、晶体结构和化合物构成等物理化学特征分析.发现管垢外部平滑而致密,内部为多孔结构.铁是管垢最重要的化学组成,管垢基本上是含铁的化合物.外层管垢可能的化学组成是α-FeOOH、γ-FeOOH、α-Fe₂O₃、γFe₂O₃、FeCl₃等三价铁化合物,而内层管垢则为Fe₃O₄、FeCl₂、FeCO₃等二价铁及二价铁与三价铁共同存在的化合物.管垢的特征取决于管网水力条件、水质条件和管材本身特性.     

南方某城市供水管网红水原因调查与研究

针对南方某城市供水管网经常出现红水现象,对实际供水管网进行了调查.从某城市供水管网中连续取样检测溶解氧、余氯、铁浓度、锰浓度、铁细菌和亚硝酸菌等重要水质指标,目的是探讨管网出现红水的原因.结果表明,管网出现红水地区的沉淀物主要成分为铁、锰,出厂水存在锰超标现象（Mn最大值达到0.33 mg.L-1）,4个水厂出厂水拉森指数均〉1,4个水厂供水量及硫酸盐、电导率等供水水质指标存在较大的差别,管网中铁细菌及亚硝酸菌（100～103MPN.mL-1）存在水平较高.因此,出厂水本身腐蚀性是导致管网出现红水的潜在原因;其次,各水厂供水量和水质差异导致管网水在低溶解氧及低余氯条件下易发生红水现象;再者,管网中硝化作用严重,诱发微生物腐蚀供水管道.为此,针对上述原因提出控制管网红水现象的主要措施.     

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.     

滞流工况下管网水中微生物群落对铁释放的影响

为探究不同供水管道滞流过程中,管网水细菌数量和微生物群落结构对铁释放影响作用,研究依托搭载于实际供水管网中的试验平台,分别采用传统R2A培养法计数可培养腐蚀细菌数量,和高通量测序分析水中微生物群落结构.结果显示,滞流过程中不同管材管网水微生物群落以变形菌门(Proteobacteria)为主,占到86.69%~91.36%.在纲水平上,a-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)和放线菌纲(Actinobacteria)含量较高,可达50%以上.总铁浓度与铁氧化细菌和硫酸盐还原菌的相关性较强,且球墨铸铁管管网水中腐蚀细菌对总铁释放的影响性相较于HDPE管的要大.通过相关性系数分析和RDA分析,门水平上Proteobacteria、Actinobacteria和Acidobacteria以及纲水平上的Alphaproteobacteria、Betaprotebacteria和Bacilli对铁释放起到促进作用.     

塑料管材输配水过程中有机物释放规律研究

研究了目前给水管网中常用的3种塑料管材,未增塑聚氯乙烯(uPVC),聚乙烯(PE)和无规共聚聚丙烯(PPR)管在输配水过程中有机物的释放规律.通过静态管段实验模拟给水管网中不同输配水状态,选取总有机碳(TOC)为综合评价指标,考察了不同塑料管材中有机物随时间的迁移释放特性,并分析了管材有机物释放对管网水中余氯消耗的影响.随着管材输配水次数的增加,uPVC管释放至水中的TOC浓度和TOC释放速率分别在0.03mg/L和0.04μg/(d?cm2)以下,而PE管和PPR管在输配水过程中TOC的释放浓度和释放速率在初期最大[PE: 0.19mg/L,0.25μg/(d?cm2);PPR:0.07mg/L,0.09μg/(d?cm2)],且后期递减并趋于平稳[PE:0.03~0.08mg/L,0.05~0.10μg/(d?cm2);PPR:0.01~0.03mg/L, 0.01~0.04μg/(d?cm2)].随着水力停留时间的增加,不同管材释放的有机物浓度持续升高.不同管材有机物的释放能力排序为:PE>PPR>uPVC.各管材的有机物释放特性直接影响管网水的余氯消耗特性,且管材的有机物释放量越多,管网水的余氯消耗越快.PE管的使用易引起水体有机污染问题.本研究明确了3种常用塑料管材的有机物释放规律,将进一步为与塑料管材安全性能评价相关的国家标准的修订提供理论依据.     

生物膜对给水铸铁管腐蚀结垢的影响

采用XRD、XPS对给水铸铁管腐蚀结垢产物进行表征,结合水相中总铁浓度变化规律,研究了生物膜生长对给水铸铁管腐蚀结垢的影响.结果表明,0～7 d时生物膜存在条件下水相中总铁浓度更高,而15～30 d时无生物膜生长的对照组水相中总铁浓度更高.有生物膜生长时,锈垢的XRD图谱主峰为铁氧化物;无生物膜生长时,主峰为CaCO₃,次峰为铁氧化物,表明生物膜的存在会影响锈垢中晶体的生长及组成.7 d时有生物膜生长组锈垢中铁的质量分数更高,而15 d和30 d时对照组锈垢中铁的质量分数更高.有生物膜生长组锈垢中钙的质量分数始终低于对照组,可能是胞外多聚物吸附或微生物生长消耗钙离子所致.上述结果表明,生物膜发育7 d时会促进铸铁管的腐蚀,而发育15～30 d时会抑制铸铁管的腐蚀;存在生物膜生长会对铸铁管锈垢的形态和组成产生重要影响.生物膜对腐蚀的抑制作用为控制配水管网管道的腐蚀提供了一条新的途径.     

海水淡化水在既有管网输配的铁释放控制研究

由于具有强腐蚀性,海水淡化水在既有市政管网输配过程中往往会产生严重的"红水"现象,主要是由于管网中铁的释放.为了研究控制既有管网中铁释放的有效措施,对管龄为30～40 a的钢管和灰口铸铁管内壁的腐蚀瘤进行分析,主要组成物质为Fe3O4和FeOOH;选择腐蚀较严重的钢管进行静态浸泡试验,重点分析了自来水和淡化水的掺混比、pH值、碱度、氯离子和硫酸根离子对铁释放的影响,并以铁浓度为控制量,初步给出了海水淡化水在既有管网中安全输配所需满足的水质条件:自来水和淡化水的掺混比≥2∶1,pH值在7.6以上,碱度>200 mg.L-1.     

投加不同碱性药剂对管网铁释放的影响

针对不同水源切换可能使管网铁释放增加而引起黄水的问题,搭建了管网模拟中试系统,比较了投加3种不同碱性药剂对管网铁释放的影响. 结果表明:①投加NaHCO₃调节进水碱度,当进水碱度为94~251 mg/L(以CaCO₃计)时,增加进水碱度能够有效抑制管网系统的铁释放,并且出水中ρ(TFe)(TFe为总铁)达到GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》(<30 mg/L). ②pH为7.83~9.01时,采用投加NaOH调节进水pH对管网铁释放无明显抑制作用甚至有所促进;而投加Ca(OH)₂调节进水pH虽然能够在一定程度上抑制管网铁释放,但抑制效果有限,不能保证出水中ρ(TFe)达标. ③当进水中ρ(SO₄2-)较低时,试验后期停止投加NaHCO₃或Ca(OH)₂后,管网系统铁释放能够维持在较低水平;但当进水中ρ(SO₄2-)较高时,停止投加NaHCO₃或Ca(OH)₂后,管网铁的释放又会明显升高.      

The control of red water occurrence and opportunistic pathogens risks in drinking water distribution systems: A review

Many problems in drinking water distribution systems (DWDSs) are caused by microbe, such as biofilm formation, biocorrosion and opportunistic pathogens growth. More iron release from corrosion scales may induce red water. Biofilm played great roles on the corrosion. The iron-oxidizing bacteria (IOB) promoted corrosion. However, when iron-reducing bacteria (IRB) and nitrate-reducing bacteria (NRB) became the main bacteria in biofilm, they could induce iron redox cycling in corrosion process. This process enhanced the precipitation of iron oxides and formation of more Fe₃O₄ in corrosion scales, which inhibited corrosion effectively. Therefore, the IRB and NRB in the biofilm can reduce iron release and red water occurrence. Moreover, there are many opportunistic pathogens in biofilm of DWDSs. The opportunistic pathogens growth in DWDSs related to the bacterial community changes due to the effects of micropollutants. Micropollutants increased the number of bacteria with antibiotic resistance genes (ARGs). Furthermore, extracellular polymeric substances (EPS) production was increased by the antibiotic resistant bacteria, leading to greater bacterial aggregation and adsorption, increasing the chlorine-resistance capability, which was responsible for the enhancement of the particle-associated opportunistic pathogens in DWDSs. Moreover, O₃-biological activated carbon filtration-UV-Cl₂ treatment could be used to control the iron release, red water occurrence and opportunistic pathogens growth in DWDSs.     

Molecular analysis of long-term biofilm formation on PVC and cast iron surfaces in drinking water distribution system

To understand the impacts of different plumbing materials on long-term biofilm formation in water supply system, we analyzed microbial community compositions in the bulk water and biofilms on faucets with two different materials-polyvinyl chloride （PVC） and cast iron, which have been frequently used for more thanlO years. Pyrosequencing was employed to describe both bacterial and eukaryotic microbial compositions. Bacterial communities in the bulk water and biofilm samples were significantly different from each other. Specific bacterial populations colonized on the surface of different materials. Hyphomicrobia and corrosion associated bacteria, such as Acidithiobacillus spp., Aquabacterium spp., Limnobacter thiooxidans, and Thiocapsa spp., were the most dominant bacteria identified in the PVC and cast iron biofilms, respectively, suggesting that bacterial colonization on the material surfaces was selective. Mycobacteria and Legionella spp. were common potential pathogenic bacteria occurred in the biofilm samples, but their abundance was different in the two biofilm bacterial communities. In contrast, the biofilm samples showed more similar eukaryotic communities than the bulk water. Notably, potential pathogenic fungi, i.e., Aspergillus spp. and Candida parapsilosis, occurred in similar abundance in both biofilms. These results indicated that microbial community, especially bacterial composition was remarkably affected by the different pipe materials （PVC and cast iron）.