饮用水输配系统中微生物生长及动态变化

饮用水输配系统是为用户提供安全优质水源必不可少的保障和步骤。生物膜的形成及脱落、水体微生物的生长及沉积物的形成等生物变化不断地在饮用水输配系统中发生,极有可能导致水质恶化。因此,研究配水系统中微生物生长动态变化情况,从而建立有效对策以保障用户终端出水安全是必要的。本文综述了微生物生长量及群落结构等配水系统内微生物生态变化,并重点阐述了水体、悬浮物、沉积物及管壁生物膜等四种介质中微生物生长变化情况。这有助于揭示微生物在配水系统中生长变化情况,也为防治饮用水输配过程中二次污染提供了理论依据。     

饮用水的生物稳定性研究进展

近些年的研究表明：当水厂出水中含有一定量的有机物时，细菌将附着于管网管壁生长形成生物膜，导致管网腐蚀和结垢降低管网的输水能力，继而导致二级泵站动力消耗增加，并会导致用户水质恶化，色度和浊度上升；生物膜与管网水中病源微生物会对饮用者的健康造成直接的威胁，即这类出水的生物稳定性较差。目前，国际上大都采用测定AOC（Assimilable organic carbon）即可同化有机碳来判定饮用水的生物稳定性。本文将针对近些年来针对AOC的研究成果进行论述。     

给水管网生物稳定性研究：现状、挑战与未来

给水管网生物稳定性是指管网中微生物的生长导致饮用水水质在输配过程中发生恶化的潜力。准确、合理地评价给水管网的生物稳定性是保障饮用水水质安全的前提，常用方法包括基于生物稳定性评价指标的预测性评价方法和基于微生物丰度、活性及群落组成的直接评价方法。深入理解给水管网中水力条件、管道特征、营养基质、消毒剂和抗生素耐药性等因素对生物稳定性的影响有助于制定更有效的控制策略。然而，如何通过实际管网取样和生物膜培养反应器获得具有代表性的环境样品以及如何利用现代分子生物学技术获取有用信息是该研究领域面临的主要挑战。基于此，从给水管网生物稳定性研究的现状（评价方法、影响因素、控制策略）出发，对当前研究的主要瓶颈进行讨论，并展望该领域未来的发展趋势与可能的研究方向。     

给水管壁松散沉积物的形成机制与控制

给水管网水质安全一直是研究者关注的热点问题,给水管网水质除了受管壁生物膜和腐蚀物的影响外,生物膜和腐蚀物与水接触处还存在着一层松散结构———管壁松散沉积物。管壁松散沉积物中含有大量的颗粒物、有机物和微生物,由于与管壁结合比较松散,因此比生物膜和腐蚀物更容易从管壁上脱落下来,对水质的影响更大。介绍了松散沉积物的形成规律及组成变化,分析了管壁松散沉积物对水质的影响及其控制方法,并提出了关于管壁松散沉积物今后的研究方向。目前国内外对管壁松散沉积物的研究还不系统,随着对给水管网水质问题认识的提高,在我国开展控制给水管壁松散沉积物的研究是必要的。     

余氯量与AOC含量对配水管网管壁生物膜生长的影响

试验考察了我国北方某市饮用水配水管网中细菌的再生长情况.结果表明78%的管网水样中悬浮细菌的数量高于500 CFU/mL.通过可以模拟配水管网水力条件的生物膜反应器研究了在游离氯、氯氨和AOC影响下悬浮细菌量与管壁生物膜的生物量之间的定量关系.测试结果表明生物膜的脱落过程可通过一级动力学模型描述.生物膜在余氯量为0.05～0.5 mg/L的范围内仍会生长,0.05 mg/L的余氯量对生物膜的生长无显著影响,在1.0 mg/L以上的余氯量条件下生物膜的生物量低于检出限.AOC浓度对于生物膜的生长有显著影响.     

氯及氯胺消毒对饮用水生物稳定性的影响研究

以可同化有机碳(AOC)和微生物再生长潜能(BRP)作为饮用水生物稳定性的评价指标,通过静态消毒试验研究了氯及氯胺的投加对饮用水生物稳定性的影响,并在此基础上提出通过投加消毒剂控制饮用水生物稳定性的合理建议。     

上海市供水管网内壁生物膜的微生物特征分析

采用富集培养、分离纯化等微生物学方法对上海市供水管网生物膜中的微生物特征进行了分析。结果表明：直接采用电镜观察管壁上的生物膜样品，难以看到微生物的明显生长；经富集培养和分离纯化后，所观察到的生物膜中的微生物以细菌尤其是杆菌居多，且阀门上生物膜中的微生物种群较管壁上的丰富；从所取生物膜样品中还分离出了放线菌和真菌，这些微生物不是管网生物膜中微生物种群的主体，但它们的存在增加了微生物种群的复杂性。     

交互式细菌生长动力学模型的建立及应用

建立包含管网中悬浮菌、管壁生物膜、基质浓度和余氯浓度的交互式细菌生长动力学模型,并使用EPANET-MSX求解,动态地模拟出细菌在给水管网主体水和管壁生物膜上的生长情况,揭示了管网中悬浮菌、管壁生物膜、基质浓度和余氯浓度之间的相互作用机理,为管网水质的决策提供了依据.     

饮用水生物稳定性的评价体系

AOC和温度对饮用水中微生物的生长繁殖具有重要影响。通过试验的方法对不同AOC含量、不同温度条件下静止存放的饮用水(自来水和瓶装水)的生物稳定性进行了研究，建立了AOC-TDWMS评价体系，弥补了用AOC单项指标评价饮用水生物稳定性的不足，更科学、可靠，且更具适用性。     

BGP法测定饮用水的生物稳定性

饮用水的生物稳定性是考察饮用水安全性的重要指标。通过试验确定了BGP法测定饮用水生物稳定性的操作条件：以原水作为接种液,以R2A培养基培养计数,接种液在20℃下培养5d,接种液与水样的体积比为1：100。对照试验结果表明,BGP和BDOC具有较好的相关性,可作为BDOC的替代指标用于饮用水生物稳定性的测定。     

饮用水中磷对微生物生长的限制作用

阐述了磷在微生物生长中的重要作用以及磷限制微生物生长的作用机理．介绍了饮用水中可以被微生物利用的磷源。着重从三个方面讨论了磷对微生物生长限制作用的最新研究进展：外加磷源提高水处理构筑物的处理效率；磷对管网生物膜的影响；磷对饮用水生物稳定性的影响。     

曝气量对SBBR生物除磷的影响研究

为了考察曝气量对序批式生物膜反应器（SBBR）除磷效果的影响,采用厌氧/好氧交替运行的方式,通过控制好氧反应过程中的曝气量,研究了不同曝气量时SBBR的好氧吸磷效果,以及不同曝气量对生物膜脱落量的影响,并推导了生物除磷过程中生物膜内溶解氧的扩散模型。结果表明,曝气量是影响生物除磷效果的一个重要因素,为了满足生物膜内聚磷菌对氧的需求量,加快氧的传递速率,增加活性生物膜的厚度,加快聚磷菌的好氧吸磷速率,必须提高液相主体中溶解氧的含量。选择适宜的曝气量能够促进生物膜的脱落与更新,起到调控污泥龄的作用,从而增强生物除磷的稳定性。     

供水管网生物膜特征及对消毒副产物生成势的影响

通过模拟实际供水管网运行状态,考察了在不同水龄下3种常用管材输水管道中余氯、总有机碳以及生物膜微生物种群结构和活性,并研究了加氯与管壁生物膜产生消毒副产物(DBPs)生成势之间的关系。结果表明,余氯在铸铁管中的衰减速度较快,不锈钢管次之,PE管最小;管网水中TOC的顺序为:PE管铸铁管不锈钢;生物膜中HPC值的大小为:铸铁管 PE管不锈钢管。生物膜细菌群落主要包括变形菌门、放线菌门和拟杆菌门,不同管材管壁生物膜样品的微生物群落组成在门水平上存在明显差异;不锈钢管材中THMs和HAAs生成势最少,PE次之,铸铁管最大。     

饮用水的水质生物稳定性（上）

扼要介绍饮用水水质生物稳定性的判断指标，以及提出接近、达到生物稳定性饮用水的水处理技术。     

生物活性炭技术的安全性评价

生物活性炭技术在很大程度上提高了饮用水的安全性：一方面它可以有效去除水中的微量有机污染物、消毒副产物及前质、臭氧化副产物等，提高了饮用水的化学安全性；另一方面能明显降低水中的AOC浓度，提高了生物稳定性，进而增加了饮用水的生物安全性。但是在生物活性炭技术应用过程中也存在着影响饮用水安全性的因素，例如出水的细菌数问题以及生成的新化学物质毒性问题。随着化学分析技术和生物检测技术的发展，更多有毒有害的化学物质和致病微生物将会被人们所发现，因此如何保障饮用水的安全性仍将是今后生物活性炭技术研究的重大课题。     

三峡库区万州第三水厂虹吸滤池的改造

万州第三水厂原虹吸滤池采用孔眼滤板小阻力配水系统,由于配水不均,造成过滤和反冲洗效果差,滤料流失严重,出水浊度出现超标现象,为此对原虹吸滤池配水系统进行了改造.取消原有的孔眼滤板和尼龙网,改用ABS工程塑料短柄滤头加滤板的配水系统,对承托层、滤料层进行调整.两年的运行结果表明,改造后的虹吸滤池过滤和反冲洗效果明显改善,出水水质优于国家饮用水卫生标准.     

供水管网内壁生物膜的特征及其对水质的影响

供水管网内壁上普遍存在着生物膜,而管网生物膜是导致输配过程水质下降、影响安全供水的重要原因.综合论述了当前有关管网生物膜的形成过程和微生物种群结构特征方面的研究现状,分析讨论了影响生物膜特性的各种因素以及管壁生物膜与水质之间的相互作用机理,并对今后管网生物膜相关的重点研究方向提出了建议.     

原水输送管道生物膜的生长及其对硝化作用的影响

利用原水输送管道模拟系统,考察了管壁生物膜在自然形成过程中的微生物种群分布和生物多样性变化,探讨了原水管道的运行时间对原水中硝化作用的影响。结果表明,在管壁生物膜自然形成过程中,微生物表现出明显的群落演替现象,微生物的生长经历了适应期、对数生长期、脱落期和稳定期四个阶段,原水中的硝化作用不断趋于彻底。随着运行时间的增加,微生物多样性逐渐降低,生物系统趋于稳定。运行75 d后,NH_4~+-N浓度的变化率稳定在-45%左右;125 d后,NO_2~--N浓度的变化率稳定在-90%左右,NO_3~--N浓度的变化率稳定在40%左右。     

复合淹没式中空膜生物反应器处理生活污水的特性研究

复合淹没式中空膜生物反应器（ＨＳＭＢＲ）将多种污水处理工艺包含在极其简单的装置中,并在Ａ／Ｏ系统中实现了Ａ＾２／Ｏ的运行。投放泡沫填料的中空膜生物反应器兼具活性污泥法、生物膜法和膜分离三种处理过程,出水水质优于国家生活杂用水水质标准,可作为非饮用水回用。     

给水管壁生物膜的生长发育及其影响因素

采取实际给水管网采样和模拟管段等研究方式,分析了实际管网生物膜的情况及其影响因素和不同管材条件下生物膜的发育过程.结果表明管段服务年限越长、内壁腐蚀越严重的管段,其生物膜活菌数越多,且金属管段比石棉管段的生物膜活菌数要高;水中悬浮菌的含量在一定程度上和生物膜活菌数呈正相关关系,而与管材和使用年限因素相比,水中生物可同化有机碳(AOC)浓度对生物膜的影响较小;不同管材对于内壁生物膜的发育速度影响很大,当生物膜发育日趋成熟时管材的影响作用减小,管壁生物膜的发育成熟时间＞6个月,定期更新管段可以有效地阻止生物膜的发育;内壁扫描电镜结果显示,镀锌钢管的管垢有明显的孔洞和裂缝,PVC管则比较均匀一致,管道内壁可明显观察到微生物的存在.