管材和流速对供水管道生物膜形成的影响

针对供水管网中不断变换的管材和水力条件,运用异养菌计数和PCR-DGGE技术研究了特定余氯质量浓度下管材和流速对水质和管道生物膜形成的影响．结果表明:管材对主体水余氯、TOC、细菌总数和生物膜群落结构影响均较大,而流速只对主体水余氯和生物膜细菌总数影响较大;同一时期,PE管道附着细菌总数显著大于不锈钢;同类管材中0.2和0.4 m／s流速下生长的生物膜细菌总数差异不显著,但均显著大于0.8 m／s流速下生长的生物膜细菌总数;生物膜成熟时鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)占优势且广泛存在,而某些疏水性细菌则较难在不锈钢管材上聚集,特别是在流速增大时更难聚集．     

户内供水管道特殊水力工况对微生物生长的影响

户内供水管道存在长时间滞留和间歇性用水的特殊工况,为此,以HZ市某小区内1 100户的时用水量数据为背景条件,搭建户内非循环管道模拟平台,设置高变化流量(HIG)、中等变化流量(MED)、低变化流量(LOW)、恒定流量(SS)和滞留168 h(RET)5种水力工况,探究户内供水管道特殊水力工况对管道微生物群落结构和条件致病菌的影响。运行3个月后收集33组生物膜样品和水样,开展实时荧光定量(real time qPCR)和16S rRNA基因测序分析,对样本中铜绿假单胞菌的绝对丰度进行定量并分析微生物群落结构组成和多样性。结果表明：RET水样细菌总数最大,且生物膜中活菌比例最高;间歇式用水工况下水样中含条件致病菌的菌属数量和丰度更高;HIG生物膜中细菌总数最大且含条件致病菌的菌属相对丰度最高为78.38%,HIG生物膜中铜绿假单胞菌拷贝数为4 798.81/cm²,是RET生物膜的7.59倍。RDA结果显示,浊度和pH分别是假单胞菌属和铜绿假单胞菌的主要环境影响因素。     

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.     

水流剪切力对供水管道管壁生物膜生长的影响

利用全比例非循环管网中试平台的球墨铸铁管模拟不同水流剪切力下管壁生物膜的生长.采用总固体(TS)、挥发性固体(VS)和化学需氧量(COD)表征生物膜的理化特性,实时荧光定量PCR和RT-PCR计数细菌总数和活菌数量,高通量测序(454焦磷酸测序)探究生物膜、细菌种群多样性.结果表明,水流剪切力对管壁生物膜理化指标细菌总数和细菌种群结构有显著影响(理化参数p0.05),但对活菌数量的影响并不显著(p0.05).并且生物膜的理化指标、细菌数量并不是随水流剪切力的增大而简单地增大或减小,存在生物膜生长的最佳水流剪切力.在水流剪切力为0.8Pa下生物膜生物量最大,每平方厘米管壁细菌总数高达2.10×10~9个,而在水流剪切力为0.05和2.5Pa下每平方厘米管壁细菌总数分别为2.20×10~8和2.27×10~8个.     

长距离原水输水管道管壁生物膜特征分析

研究长距离原水输水管道管壁生物膜特征有利于分析原水水质变化原因,对保障长距离原水水质安全性具有重要意义.采用8台环状膜生物反应器(BAR)串联运行以模拟长距离原水输水管道,研究不同水质条件下,管道生物膜的形态特征、结构、生物量空间分布、微型生物种群组成.结果表明:不同水质条件下生物膜形态明显不同,管壁上黏附颗粒物的颜色是表征生物膜形态特征的重要标志;管道微生物膜结构沿程变化较大,其粗糙生物膜结构增大了生物膜比表面积,有利于生物膜的生长发育,从而有效氧化去除水中的污染物质;A江模拟管道运行75 d在BAR3处生物量达最大值(以P计)1.11 nmol.cm-2,后端因缺乏营养生物量明显降低,而B江模拟管道生物膜生长受进水DO(0.3～3.0 mg.L-1)抑制,生物量沿程变化较小;原水水质是影响生物膜微型生物组成的重要因素,微型生物组成反映管道水质状况及净水效果.     

氯/二氧化氯消毒对热水管壁生物膜的控制作用

建筑生活热水存在严重的生物安全性问题,需要采取必要的消毒措施.为此,采用建筑生活热水模拟管道系统,对比研究氯或二氧化氯冲击消毒对管壁生物膜微生物的灭活效果,并通过高通量测序和扫描电子显微镜评估冲击消毒对管壁生物膜群落组成和生物膜表观特征的影响.结果表明,高消毒剂质量浓度可显著提高微生物的灭活速率,但已不能进一步改善微生物灭活率; 1. 5 mg/L氯或二氧化氯的消毒效果不佳; 3～5 mg/L氯或二氧化氯在冲击消毒120 min后,总大肠菌群、细菌总数和异养菌(HPC)均可达到完全灭活的程度,能够有效控制热水管道生物膜,说明足够的消毒剂质量浓度和消毒时间对保持高效灭活率非常必要.生活热水管壁生物膜的微生物多样性丰富,异常球菌-栖热菌门和变形菌门为优势门,并含有多种致病菌,与市政供水和二次供水管道系统的优势菌群有很大差异;氯或二氧化氯冲击消毒对各种菌门均有不同程度的灭活效果,二氧化氯对致病菌、变形菌门和衣原体门等的灭活效果更佳.氯或二氧化氯冲击消毒能有效破坏生物膜的表面结构,使生物膜出现间隙变大、萎缩、脱落等现象,二氧化氯对生物膜的破坏作用更显著,具有更佳的冲击消毒作用和消毒效果.研究结果为建筑生活热水系统的安全消毒技术以及生物安全性保障提供了支持.     

海洋潮差区混凝土表面微生物16S rDNA分子鉴定

针对目前海洋混凝土工程的腐蚀现状,进行了海洋微生物对潮差区混凝土的作用机理及完善海工混凝土的腐蚀机理探索.通过海工混凝土潮差区部位取样,对暴露于潮差区中部22 y的混凝土试样表面进行FE-SEM、EDAX分析,结果表明:潮差区混凝土表面腐蚀严重,结构疏松,表面覆盖有有机物质和微生物.并将暴露于潮差区中部22 y的混凝土试样和该取样位置挂置7 d的混凝土试样表面的微生物群落分别分离,克隆了其中30株和12株细菌的16S rDNA基因,测定其序列且进行比对,其分别属于15个和7个种属中.优势种属均为假交替单胞菌,但随着暴露时间的增加,总细菌株数和总菌属数分别增大到2.5和2.14倍,且种属的变化也很大.同时,建立了海洋混凝土工程表面细菌鉴定方法,以及分离、鉴定的菌种为后续细菌对混凝土作用的试验提供菌种.     

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.     

给水管道材质对供水水质的影响

详细探讨了给水管网中金属管、石棉水泥管、水泥管、以及管道内壁沥青涂层、水泥沙浆衬里等供水水质的影响;这些影响因素包括管材的腐蚀、细菌的再生长、化学物质的渗入,等等,结合实验室及现场测试研究了供水水质在管道输送过程中所发生的变化等问题,指出采用经过严格毒物学及微生物学测试的管网材料才是解决管网水质污染的有效途径。     

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.     

单级自养脱氮反应器效能与微生物群落结构的相关性

于稳定运行但效能有明显差异的2套序批式生物膜反应器单级自养脱氮系统,研究了微生物群落结构的PCR—DGGE、real—timePCR等现代分子生物学特点及其运行效能与之的相关性。结果表明：运行效能好的反应器活性污泥及生物膜浓度较高,微生物群落结构差异较大,二者相似性为58．3％,溶解氧在活性污泥及生物膜内的分布特点为各类微生物及其代谢创造了良好环境,系统中好氧氨氧化菌AOB及厌氧氨氧化菌ANAMMOXz在数量上绝对占优,各类细菌的协同代谢使系统总氮去除率达到80％以上。运行效能相对较差的反应器,由于在反应器启动过程中没有将亚硝酸氧化菌NoB完全“洗脱”,系统中出现NO3-积累,且系统挂膜不理想,生物膜浓度低,生物膜与活性污泥微生物群落结构相似性为100％,优势功能菌单一,从而造成运行效能较低,总氮去除率仅为20％～30％。维持SBBR自养脱氮系统微生物群落结构的稳定及平衡性,生物膜是关键性因素。     

生活饮用水二次污染的原因与防治措施

从技术、管理两方面入手,对供水管道内壁腐蚀结垢及防腐衬里渗出物、管网末梢微生物再度繁殖、蓄水池(箱)设计和供水卫生管理不当等造成的生活饮用水二次污染情况进行了分析,提出了相应的防治措施.     

夹层分布模式及其对剩余油的控制作用

在油田开发进入高含水后期,夹层对剩余油的控制作用越来越明显.从夹层描述入手,结合梁家楼南区的实际情况,按照夹层的形态、分布位置、夹层对剩余油的控制作用对夹层类型进行了分类,描述出了上部凸形、上部凹形、上部板状、中部凸型、中部凹型、中部板型、下部凸型、下部凹型、下部板型、楔状、弧状11种夹层分布模式,并且分别阐述了其对剩余油的不同控制作用,提出了上部凸型夹层剩余油最富集,中部凹型夹层剩余油分布最差.从挖潜方法来看,上部夹层封堵的剩余油宜采用水平井和堵水技术来挖潜,中部夹层封堵的剩余油宜采用不稳定注水方法来挖潜,上部和下部夹层封堵的剩余油宜采用堵水结合补孔措施来挖潜.     

考虑阀门布局的供水管网抗震服务性评估与关键管道识别

评估地震后供水管网的服务能力并确定关键管道,对优化维修计划、提高灾害应对能力和提升服务水平至关重要.目前,多数研究未考虑真实阀门布局的影响.鉴于此,本文开展考虑阀门布局的供水管网抗震服务性评估及关键管道识别研究.对给定地震烈度下的供水管网震损场景进行蒙特卡洛模拟,并采用最短路径矩阵算法形成关阀方案;调用EPANET2.2低压水力计算模块实现考虑关阀场景的供水管网抗震性能评估;提出基于条件修复指数的关键管道识别方法,将所提出的算法应用于云南某古城镇供水管网.结果表明：若不考虑阀门布局影响,评估供水管网的服务指数最大偏差超过50%;阀门密度提高2倍,供水管网系统服务指数、节点服务指数均有不同程度的提高,其中系统服务指数提高33%;在用户需水量和管网拓扑结构不变的情况下,关键管道识别结果不受地震烈度变化的影响.     

灰口铸铁给水管道内壁腐蚀试验

目的 灰口铸铁给水管道运行过程必然造成内壁发生不同程度的腐蚀,通过实验研究内腐蚀各影响因素,分析灰口铸铁供水管道腐蚀变化规律.方法 在调查分析埋地供水管道腐蚀状况及腐蚀原因的基础上,对灰口铸铁试片进行室内挂片实验,分别考虑不同溶解氧、pH值、余氯和流速的条件下的腐蚀速率.同时对灰口铸铁管的内壁腐蚀产物进行电子扫描电镜分析和X-射线衍射分析,确定内壁腐蚀结构成分.结果 pH＜5和pH＞11时腐蚀速率分别呈线性递增和线性递减趋势,水中溶解氧在初始50 h内消耗速度呈直线增加变化,随后DO消耗速度几乎不变,余氯对腐蚀过程有促进作用,流速与铸铁管道的腐蚀速率成正比例关系.结论 pH值、溶解氧、余氯、流速和侵蚀性CO2是引起灰口铸铁供水管道内腐蚀的主要原因.     

BEAC工艺中微生物群落变化和种群稳定性

为了解生物增强活性炭(BEAC)上微生物群落变化和种群的稳定性,从运行13 d、26 d和39 d的BEAC炭柱的上层、中层、下层进行取样,通过细胞裂解来获取基因组DNA,纯化后,用对细菌16S rDNA基因V3区具有特异性的通用引物F357-GC和R518对其进行聚合酶链式反应(PCR)扩增,得到长约250 bp的PCR产物.用变性梯度凝胶电泳(DGGE)对PCR产物进行分离,获得炭柱内微生物群落的16S rDNA基因V3区的指纹图谱.研究表明:随着反应器的运行,活性炭柱内微生物的群落结构、种类以及数量都具有时序动态性;原水带入的其他菌的种类和数量不断减少;人工强化固定的5株菌一直存在,它们在空间上呈现不同的分布,这些菌经历了动态的演替后,逐渐成为优势菌群,群落结构趋于稳定.固定化菌群的稳定性从根本上保证了整个系统的运行和处理效果的稳定性.     

滨河湿地不同植被恢复模式土壤微生物分布特征

对河滩退耕地恢复为湿地植被后典型湿地植被群落不同沉积层的土壤微生物变化特征进行了初步研究．结果表明,河滩退耕地恢复前后,土壤中的微生物主要集中在0～10em的表土层,其数量以细菌占绝对优势（占微生物总数的62．87％～96．64％）;随深度的增加,细菌数量呈递减趋势,放线菌数量呈递增趋势,真菌数量则变化不明显．同时,退耕恢复后,3类微生物数量呈增加趋势,说明经过一个恢复周期后,植物群落恢复对土壤微生物的数量产生了显著影响．细菌数量与全氮和有机质呈显著相关（P〈0．05）,说明土壤主要养分在一定程度上影响了细菌分布．     

再生水用于循环冷却水中铁细菌对碳钢腐蚀的影响

以再生水用于循环冷却水系统中铁细菌的生长特性和其对碳钢腐蚀的影响为研究目标,采用电化学手段研究铁细菌对碳钢腐蚀的影响,应用环境扫描电镜分析碳钢挂片腐蚀的表面形貌特征,并进行EDS能谱分析.结果表明:循环冷却水中铁细菌生长所需要的最佳碳源和氮源分别为柠檬酸铁铵和NaNO3;铁细菌生长过程中开路电位和极化电阻先正移再负移最后保持不变;由于生物膜分布不均匀,挂片表面会产生球状和层状两种元素组分存在明显差异的腐蚀结构;铁细菌的参与可明显影响碳钢挂片的元素成分含量,使金属的腐蚀加重.     

POD Analysis and Low-Dimensional Model Based on POD-Galerkin for Two-Dimensional Rayleigh-Bénard Convection

北方生活小区供水管网生物稳定性和影响因素研究

张新瑜,付 英

（济南大学 土木建筑学院,济南 250022）

创新点说明：

1）采用可生物降解溶解性有机碳（BDOC）评价管网水生物稳定性,方法快捷,避免细菌内源代谢的问题,测定准确性高;

2）确定了主要的常规水质指标和BDOC之间的相关关系;

3）提出了控制管网水质生物稳定性的措施。

研究目的：

为了评价北方生活小区管网水质生物稳定性;研究常规水质指标和生物稳定性的关系;确定管网水质生物稳定性的主要影响因素;最终提出管网水质生物稳定性的控制措施。

研究方法：

1）实验室供水管段的静态实验

选择与供水管网中使用相同材质的管段,进行实验,测定常规水质指标和BDOC,采用主成分分析,确定对BDOC影响较大的水质指标;

2）小区供水管网检测试验

通过对小区供水管网的现场实勘,根据检测点设置的原则,合理设置检测点,采样测试分析。

结果：

1）小区供水管网入口处,余氯浓度较高,对细菌的限制作用较大,BDOC浓度较高,随着管线延伸,余氯浓度逐渐降低,细菌活动增强,消耗管网水中的BDOC,BDOC浓度逐渐降低;

2）细菌的活动导致管网水浊度的升高,管网水力条件的改变,冲刷管壁也会增加管网水浊度;

3）所研究的生活小区管网水的pH是逐渐降低的,这是铁细菌和硫酸盐还原菌共同作用的结果。

结论：

1）所研究的生活小区管网水夏季和冬季的BDOC分别是1.39 和2.17 mg/L,管网水属于生物略不稳定水;

2）夏季管网水中的BDOC和余氯浓度沿着管网是逐渐降低的,而冬季BDOC的浓度是先降低,然后上升。管网水中BDOC的变化是余氯和细菌共同作用的结果;

3）BDOC和浊度有很强的相关性,水中的悬浮颗粒和管道腐蚀物都会增加管网水浊度;

4）水务部门定期维护供水管网,在建造新的管网时,采用非金属管材,可以降低管网水的浊度,提高管网水质。

关键词：可生物降解溶解性有机碳;供水管网;生物稳定性;水质;微生物可利用磷

     

不同污泥接种物对微生物燃料电池菌群形成的影响

为考察不同接种物对微生物燃料电池效能和细菌群落形成的影响,以瓶式空气阴极微生物燃料电池为反应器,采用中美两地污水厂污泥作为接种物,分别启动氧化铟锡玻璃平板阳极微生物燃料电池,研究不同接种物对于反应器的运行效能和微生物群落结构的影响.结果表明,中国污水厂污泥启动的反应器总体运行效能要优于美国污水厂污泥启动的反应器,表现在较短的反应器启动时间,较高的运行电压、输出功率密度和电流密度及COD去除效率.两种反应器的阳极群落也显示出巨大差异,中国污水厂污泥接种的微生物燃料电池反应器,其阳极物种多样性要高于美国污水厂污泥接种的反应器.前者的微生物主要分布在5个门中,而后者的微生物仅分布在3个门.原因与中方污泥未经过氯/脱氯处理有关.利用氧化铟锡玻璃作为微生物燃料电池阳极,提取了全部的阳极生物膜进行高通量测序,从而得到更加准确的数据用于后续分析.