管网多相界面下抗生素抗性菌的分布特征研究

以CDC生物膜反应器模拟给水管网输配系统,探究管网水相、生物膜相和颗粒物相三相界面下6种典型抗生素抗性细菌的分布特征.反应器稳定运行30d后,出水余氯从0.66mg/L下降到0.26mg/L,出水浊度和颗粒物浓度分别从进水的0.08NTU和377counts/mL增高至0.86NTU和4151counts/mL,出水水质变差.进水中仅有红霉素和氨苄西林的抗性细菌的数量较高,分别为36和99CFU/100mL,出水中,链霉素和氨苄西林的抗性细菌数量最高,分别为432和155CFU/100mL,远远高于进水中抗性细菌数量.生物膜相中异养菌总数和细胞总数达到了4089CFU/cm~2和1.5×10~6cells/cm~2,链霉素和红霉素的抗性细菌数量较高,为3432和2508CFU/cm~2,其抗性细菌比例分别达到了83.9%和61.4%.颗粒物相中,氯霉素和氨苄西林的抗性细菌比例较高,都在45%左右.生物膜和颗粒物都会给细菌提供一个安全稳定的生长场所,使细菌能够抵抗残留消毒剂和部分抗生素的抑制作用,更易产生耐药性,对人体健康的威胁也更大.     

高浓度4-氯酚在中空纤维聚砜膜固定化细菌反应器中的共代谢降解研究

悬浮生长的Pseudomonas putida菌可以苯酚为生长基质,通过该细菌的共代谢过程将4-氯酚降解.当苯酚和4-氯酚的浓度达到120 mg/L和600 mg/L时,由于基质对细菌的抑制作用,该共代谢过程难以进行,细菌不能生长.通过对细菌在中空纤维膜反应器中固定化,细菌可以降解高浓度的四氯苯酚,即使当苯酚和4-氯酚浓度为200 mg/L和1 000 mg/L时,利用此中空纤维膜固定化细菌反应器仍可在34 h内都能将其完全降解.与悬浮生长降解菌不同,由于基质在中空纤维膜中质量传递的受限,固定化后的细菌受到中空纤维膜的保护,从而得以生长并降解高浓度的基质.     

预氯化对管道生物膜净水效能影响及性能恢复

以环状膜生物反应器BAR模拟实际输水管道,研究了预氯化对管壁生物膜净水效能的影响及其性能恢复过程.结果表明:冲击性加氯后生物膜中异养菌数量迅速降低,几乎检测不出氨氧化细菌,然而,短时的冲击利于生物膜更新,增加了细菌生长潜能,恢复运行240h及144h之后预氯化生物膜中异养菌和氨氧化细菌数量均高于对照组.氯冲击明显降低了生物膜对氨氮的去除效果,余氯为0.5,1.5,3.0mg/L的BAR对氨氮去除率由对照组的79.01%分别降到32.10%、14.46%和9.88%,并出现了显著的亚硝酸盐氮积累,恢复运行120h和216h,管道生物膜即可恢复对氨氮和亚硝酸盐氮的去除效果.余氯量达到1.5mg/L时造成出水总磷浓度升高,恢复运行264h之后4台BAR对总磷的去除率均达到20%以上.氯对生物膜的氧化作用使得出水高锰酸盐指数升高,运行192h之后生物膜净水效果恢复.     

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.     

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.      

给水管网中铁释放现象的影响因素研究

在实验室静态试验下,定量分析了给水管网中无机化学水质参数对铁释放现象的影响,包括酸碱条件、氧化还原条件和无机离子等不同类别的水质参数.研究发现,铁释放速率都随着pH值、碱度和氧化剂浓度的升高而降低,随着氯离子浓度的升高而升高.根据管网的一般条件,提出了控制铁释放现象的理论临界释放速率计算公式.根据理论临界铁释放速率,达到控制管网铁释放现象的必要条件时,管网水质条件满足的要求为pH大于7.6,碱度大于150 mg/L,溶解氧浓度大于2 mg/L,氯离子浓度小于150 mg/L.     

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.     

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.     

UASB反应器处理含蛋白质废水颗粒污泥形成的研究

以含蛋白质废水为基质,UASB反应器内培养颗粒污泥的试验结果表明,控制反应器出水 pH在7.2—7.5之间,出水丙酸浓度不超过300mg/L条件下,污泥负荷大于0.67kg COD/kgVSS·d时反应器内形成了颗粒污泥.MPN法计数发酵性细菌、丙酸分解菌、丁酸分解菌、乙酸裂解产甲烷菌和甲酸/H_2+CO_2,产甲烷菌的数量,只有当各类群细菌数量达到一定水平并且有合适的比例时才能形成颗粒污泥,颗粒污泥成熟后其组成相对稳定.颗粒污泥同接种污泥相比,其最大比产甲烷活性提高较大,是细菌数量增加的缘故。     

给水管网中余氯浓度对颗粒物表面细菌附着的影响

为解析余氯浓度对颗粒物表面细菌附着的影响,以给水管网细菌为研究对象,开展其在不同余氯浓度条件下的附着实验.结果表明,低浓度氯(0~0.5 mg·L~(-1))会促进细菌在针铁矿表面的附着,而高浓度氯(0.5~3.0 mg·L~(-1))抑制了细菌的表面附着.通过定量测定及激光共聚焦显微镜的观测发现,当氯浓度为0.5 mg·L~(-1)时,聚集体总细菌数、胞外聚合物(EPS)含量均达到最大.研究结果揭示了余氯浓度调控着细菌EPS的分泌,进而影响细菌在给水管网中颗粒物表面的附着.     

不同消毒方式对饮用水生物活性炭出水消毒效果的对比研究

针对水厂生物活性炭深度处理工艺可能产生的细菌泄露问题,采用上海徐泾水厂生物活性炭出水,通过对异养菌平板计数和卤代烃气相色谱检测分析,比较了次氯酸钠和氯胺2种消毒方式对出厂水水质安全保障的效果.在水温30℃下,采用NaClO消毒剂进行消毒处理时,初始余氯值达到1.84 mg/L、接触30 min即可保障灭活率lg(N0/...     

给水管网中耐氯性细菌的灭活特性研究

使用4种常见消毒剂对从实际管网中分离出来的7株耐氯性细菌进行消毒实验.结果表明,这7株细菌均具有较高的耐氯性,其中1株耐氯性最高的类龟分支杆菌自由氯99.9%灭活的CT值为120 mg.(L.min)-1,另外2株血红鞘氨醇单胞菌和甲基杆菌99.9%灭活的CT值分别为7 mg.(L.min)-1和4 mg.(L.min)-1.比较4种消毒剂的消毒效果发现,二氧化氯和单过硫酸氢钾的消毒效果较好,能够在30 min内使分支杆菌的灭活率达到5个数量级.自由氯由于衰减较快,消毒效果不佳.一氯胺能够维持一定的消毒剂浓度,但由于其氧化性较弱,因此需要提高浓度,才能满足消毒要求.能在1 h内灭活3个数量级以上分支杆菌的消毒剂投加量为:3.0 mg/L一氯胺、1.0 mg/L二氧化氯(以Cl2计)和1.0 mg/L单过硫酸氢钾(以Cl2计).考虑到我国水厂消毒的实际情况,建议采用间歇性提高一氯胺浓度或改换二氧化氯消毒的方法,提高对耐氯性细菌的灭活效果.     

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.     

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.     

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.     

氯消毒中有机防晒剂BP9的去除转化与风险评价

对典型有机防晒剂二苯甲酮-9（BP9）在氯消毒过程中的氧化反应进行研究,考察BP9初始浓度、余氯初始浓度、溶液pH值和氨氮浓度对反应的影响,探究BP9氯氧化降解机理,评估其生态风险.结果表明,在BP9初始浓度5mg/L、余氯初始浓度5mg/L的条件下,90s内BP9去除率达到91.3%,符合准一级反应动力学.降解速率常数随着BP9初始浓度及氨氮浓度增加而减小,随余氯初始浓度增大而增大,中性条件下有利于BP9氯氧化反应.基于HPLC-MS/MS和GC-MS解析出7种中间产物,提出可能降解路径.发光细菌毒性分析和ECOSAR预测均表明,BP9氯氧化反应生成了比母物质毒性更高的中间产物,对饮用水水质安全造成潜在风险.     

二氧化氯对不同微生物的灭活特性及其对群落结构特征的影响

二氧化氯是一种性能优良、应用广泛的消毒剂,可通过破坏细胞或病毒的组成结构、阻碍细胞代谢等方式实现微生物灭活。在自配水条件下,以二氧化氯投加量×消毒时间计算,二氧化氯剂量在15（mg·min）/L时,可实现对常见病毒（包括肠病毒71型、大肠杆菌噬菌体MS2等）3 log以上灭活率,在60（mg·min）/L时,可实现对常见细菌（包括大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等）1.5 log以上灭活率,但灭活隐孢子虫卵则需要更高的剂量（如1.9 log灭活率可能需约600（mg·min）/L剂量）;在实际污水厂进水中,30（mg·min）/L二氧化氯剂量只能分别实现0.8 log和0.5 log的大肠杆菌和总大肠菌群灭活率。二氧化氯消毒效果随温度升高显著提升,对于不同微生物,pH的变化对二氧化氯消毒效果的影响可能存在不同,而水中的有机物通常会因消耗二氧化氯而降低消毒效果,但在自然水体中也存在由于天然有机物可能的影响导致消毒效果优于自配水的情况。关于二氧化氯消毒后细菌群落结构的变化研究不多,仅有少量研究涉及市政污水、再生水、饮用水等。二氧化氯消毒一定时间后,悬浮态和生物膜上的微生物均可能出现再生长现象,但再生长过程中这些残生细菌的群落结构变化及其生长分泌特性仍有待研究。