臭氧对管道生物膜净水效能的影响

采用稳定运行的环状生物膜反应器(biofilms annularreactor,BAR)模拟原水长距离输水管道水质净化过程,研究臭氧对管壁生物膜净水效能与生物净水功能恢复的影响.结果表明:臭氧处理后生物膜中异养菌数量迅速降低,氨氧化菌达到100%灭活,臭氧在水中分解生成氧气有利于生物膜更新,使生物膜迅速恢复.臭氧冲击明显降低了生物膜对氨氮的去除效果,臭氧自身的氧化能力也使氨氮略有增加,臭氧质量浓度为0.7、1.5、3.2 mg/L的反应器对氨氮去除率由对照组的81.85%分别降至38.49%、17.60%和-5.50%,并出现亚硝酸盐氮积累现象.生物膜对氨氮去除效能的恢复较亚硝酸盐氮快,分别在第5天和第8天恢复;臭氧对生物膜的氧化作用导致出水总有机碳高于进水,运行6 d之后生物膜恢复净水效果.     

溶解氧对输水管道生物膜微生物群落结构及出水水质影响

为提高微污染原水输水安全性,采用生物膜环状反应器(biofilm annular reactor,BAR)模拟原水输水管网,研究溶解氧(DO)对出水水质及生物膜微生物的影响,运用454-高通量测序技术对生物膜的微生物多样性和丰度进行分析.结果表明:随着溶解氧浓度的提高,反应器出水浊度、总铁、氨氮大幅度下降,该过程对总氮和CODMn去除的影响并不明显;生物膜中的铁细菌、硫酸盐还原菌的量均随溶解氧浓度的提高而降低,而微生物多样性和丰度(如硝化细菌)随溶解氧质量浓度的提高而升高.提高溶解氧能够缓解管道腐蚀,提高管壁生物膜的净水作用.     

优质地表水源突发污染后长距离输水 水质稳定性研究

采用球墨铸铁管循环装置模拟长距离输水系统,研究优质地表水源万绿湖水在正常及分别受到藻类、氨氮、亚硝氮物质污染后主要水质指标的变化情况.试验结果表明,原水未受污染时,在输水过程中溶解氧呈下降趋势,氮类物质及浊度均维持在地表I类水要求限值内;受到藻类污染后,溶解氧浓度下降,浊度、氮类物质均沿程升高;受到氨氮、亚硝氮污染后,由于管道生物膜的生物降解作用,氨氮和亚硝氮的去除率分别为61.79%和68.05%.综上,万绿湖水源在分别遭受藻类、氨氮、亚硝氮污染后均有溶解氧、余氯沿程下降和较为明显的亚硝氮积累,水质稳定性差.     

原水输送管道生物净水效能

为提高长距离输水管道输送水质,研究原水输送管道生物净水效能的形成过程,采用实验室配水,利用管道模拟反应器模拟原水输送管道,连续检测进、出水水质以及生物膜中微生物的数量随时间的变化．结果表明:原水输送管道生物净水效能的形成过程中,氨氮(NH₄+-N)和有机物等的去除均是先逐渐增大后趋于稳定,且稳定值相比最大值稍有下降;管道模拟反应器在运行45 d后生物膜达到稳定,对NH₄+-N的去除率稳定在75％左右,出水亚硝酸氮(NO₂--N)质量浓度稳定在0.02 mg／L左右;输水管道中,氨氧化菌(AOB)相比亚硝化细菌(NOB)是优势菌种;管道模拟反应器对UV₂₅₄和浊度的去除率均稳定在30％左右;管道模拟反应器对正磷酸盐(PO₄3-)的去除率维持在13.64％~38.78％．     

原水水质对输水管道生物膜中异养菌生长情况的影响

为了研究原水水质对输水管道生物膜中异养菌(heterotrophic,HPC)生长情况的影响,采用配制水样来模拟Ⅱ、Ⅲ和劣Ⅴ类地表水,利用管道模拟反应器对其进行分析.结果表明:反应器运行45 d后,分别采用Ⅱ、Ⅲ和劣Ⅴ类地表水作为进水的各模拟反应器生物膜中HPC数量均高于出水HPC数量,且其生物膜中HPC数量分别稳定在1.1×105、2.8×105和5.9×105CFU/cm2;原水UV254、正磷酸盐(PO3-4)质量浓度和浊度均与生物膜中HPC数量呈正相关关系,其相关性系数r分别为0.506、0.552和0.272.     

预氯化对输水管道净水效能影响及恢复研究

为保障原水输水过程中水质安全性,采用生物膜环状反应器(BAR, Biofilms Annular Reactor)考察预氯化对管道生物膜净水效能的影响及其性能恢复过程．结果表明,管道预氯化后,对管道生物膜损伤较大,影响NH₄+-N、NO₂--N、CODMn、TP去除效果;出水出现短暂的CODMn和TP质量浓度上升、NO₂--N积累现象,出水NO₂--N最大积累量可达7倍．冲击实验后稳定运行阶段,生物膜对NH₄+-N去除效能恢复时间较NO₂--N快2 d,NH₄+-N、NO₂--N分别在第8天和第10天完成恢复;稳定运行至第8天,管壁生物膜完成对CODMn和TP去除效能的恢复．     

膜过滤设备管网内壁生物被膜的微生物特征分析

通过小型实验室膜过滤设备构建动态管网系统以模拟乳品加工管道的流动状态,采用扫描电镜法观察管壁生物被膜的形貌,采用超声振荡法剥离管壁生物被膜,考察生物被膜的形貌及其菌群组成.结果表明:设备运行12 h后管壁表面存在大量球菌、杆菌及胞外产物粘连而成的具有多层结构的复合生物被膜.膜过滤设备形成的管壁生物被膜主要由乳酸杆菌、植物乳杆菌、乳链球菌、乳明串珠菌、金黄色葡萄球菌、蜡状芽孢杆菌和嗜热脂肪芽孢杆菌组成.     

氯和氯胺冲击消毒对二次供水管道生物膜的控制作用

针对建筑二次供水管壁生物膜对饮用水的生物安全性构成的潜在威胁,采用生物膜反应器(BAR)模拟二次供水管道,研究氯和氯胺冲击消毒过程对管壁生物膜的细菌总数、大肠杆菌和异养菌(HPC)灭活效果以及对生物膜结构的影响.结果表明,在第80天时生物膜中生物量达到最大,生物膜宏基因组分析表明,厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌(Bacteroidetes)为优势菌种.冲击消毒对生物膜的灭活效能与氯和氯胺的质量浓度以及CT值有关,在相同CT值条件下,高质量浓度氯和氯胺的灭活效果更佳.氯和氯胺的生物膜灭活效果对比可以看出,在低投量条件下,氯的细菌总数和大肠杆菌灭活效果好于氯胺,但氯的HPC灭活效果弱于氯胺;在高投量条件下,消毒剂质量浓度和CT值与生物膜的灭活效果无明显相关性,可以达到快速消毒的效果.在氯和氯胺的投加质量浓度为3.0 mg/L、CT值300~400 mg·min/L的最佳冲击消毒条件下,生物膜中细菌总数、大肠杆菌和HPC的灭活率均达到95%以上.从生物膜的表面特性分析可以看出,冲击消毒后生物膜结构破坏明显,生物膜变薄或脱落;氯冲击消毒对生物膜的破坏和削减程度优于氯胺,更有利于管道生物膜的控制.     

滞流前后管道生物膜微生物群落径向分布差异

为了探究供水管道管壁生物膜在滞流前、后的细菌数量和微生物群落结构在空间分布上变化的差异性,依托建设于实际供水管网系统中的管网中试平台开展研究.采用电子扫描电镜(SEM)观察管道生物膜的形态差异,采用实时荧光定量PCR计数生物膜中细菌总数,采用高通量测序分析管道不同空间位置上微生物群落种类和含量.研究结果表明,滞流后细菌总数在两种管道上部增加较少,中部和下部增加较大.微生物群落在高密度聚乙烯管道内壁空间位置上分布较均匀,种群结构变化不大,球墨铸铁管中的种群结构分布变化较大.其中腐蚀菌属从空间位置的上部至下部含量依次增加,滞流后管道中部腐蚀菌落含量变化较大,应重点关注管道中部腐蚀菌落对管道腐蚀的影响.     

独立计量分区截断管水质时空变化规律

为探究城市供水管网独立计量分区（DMA）建设过程中形成的分区截断管道和滞流区对供水管网水质的潜在影响,以管龄为9 a的实际供水管道为研究对象,设计并搭建试验平台,研究DMA分区截断管道内管网水关键水质理化指标、生物指标的时空变化规律. 研究结果表明：随着截断管深度的增加,管壁生物膜和管垢脱落速度加快,水质恶化速率加快;铁释放、浊度和活菌浓度在不同管深处随时间的变化情况不同,12 h后,水质恶化速率明显加快;各水质指标恶化的相关性分析显示,截断管越深,水质受到主干管的扰动越少,各指标相关性水平越高.