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.     

宏基因组测序法研究管材对生物膜致病菌的影响

为研究供水管道材料对管道生物膜致病菌种的影响,以已稳定运行8年的中国东部某城市实际供水管道中试平台管道为实验对象,从平行设置的球墨铸铁管(DCIP)、高密度聚乙烯管(HDPE)、镀锌钢管(GSP)、不锈钢复合管(SSCP)和钢管(SP)管道中收集13组生物膜样品,开展宏基因组测序分析,对比研究不同管道材料的致病菌种类分布情况。结果表明:DCIP生物膜中致病菌相对含量最为丰富,GSP致病菌相对含量最少;此外,世界卫生组织颁布的12种全球优先致病菌(priority pathogens)在本次供水管道中发现9种,在不同管道的相对丰度为0.079%～1.084%,表明供水管道生物膜对人类和环境的严重危害潜力;依据致病菌在5种管材中相对丰度的分布情况,发现与5种管材相关联的优势致病菌。研究结果为基于致病风险控制的供水管道管材选择提供了理论依据。     

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。     

供水管网内生物膜与余氯衰减交互作用

为研究生物膜与余氯衰减之间的交互作用,通过静态试验、动态试验相结合的模拟方式,在自制供水管网模拟装置内进行实验.选择铸铁、PE、不锈钢3种管材及1,3,4 mg/L 3个投氯量,多角度研究不同质量浓度余氯存在条件下生物膜的形成和发展差异,以及生物膜作用下的余氯衰减情况,探讨管网内余氯和生物膜的相互影响.结果表明:余氯质量浓度对生物膜的形成和发展具有较显著的影响,另一方面,在生物膜作用下,余氯衰减呈现不同的规律,二者之间交互作用,具体表现为:投氯量升高,PE和不锈钢管内生物量均逐渐降低,而铸铁管内生物量反而升高;在生物膜作用下,余氯衰减分为快速消耗阶段(0~30 min)和稳定消耗阶段(30 min之后);铸铁管内生物膜对余氯衰减状况影响较大,PE管次之,不锈钢管对余氯衰减影响最小;生物膜的生物多样性对余氯衰减影响不大,而生物量与余氯衰减之间关系密切;流速和初始氯质量浓度对余氯衰减影响较大.本研究结果可为供水管网氯消毒的控制以及氯衰减模型的建立提供必要的理论支撑,强化管网水质安全的保障.     

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.     

管材和水力条件对三卤甲烷形成的影响

针对管材和水力条件对氯消毒副产物（DisinfectionBy—Products,DBPs）产生过程的影响,研究了管材和水力条件对供水管网中典型的消毒副产物——三卤甲烷（Trihalomethanes,THMs）形成的影响情况,其中,管材对THMs生成的影响研究采用静态管段反应器来完成,水力条件对THMs生成的影响研究...     

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.     

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.     

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。     

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.     

非恒定摩阻对管道水力过渡过程的影响

以引入了非恒定摩阻项的圆柱环数学模型为基础 ,从横向微观的流速分布和切应力分布角度 ,分别对管道中的瞬变层流和瞬变湍流进行了拟二维数值分析 ,明确了非恒定摩阻项对流动瞬变过程的影响 .说明非恒定摩阻的存在导致了水击压力波波幅衰减和波形畸变现象 ,而采用恒定状态下的摩阻关系式无法反映这个现象 .非恒定摩阻项对层流的影响很大 ,对湍流的影响相对较小 .     

管道施工中流土的处理

通过分析流土现象产生原因．总结和归纳了流砂现象的防治措施。     

鹅颈型管道水流行性初步研究

对鹅颈型管道的水流运动特性进行了 初步的试验研究和理论分析。分别用毕托管、毕托柱和毕托球量测试了鹅颈型管道的压力分布和流速分布,并给出其分布规律以及上下游弯头二次流的特征。提出了“抑制效应”、“准二次流”概念。研究结果表明,鹅颈型管道水流运动的特性主要取决于过渡段芭及弯头的转角和相对曲率半径。     

基于导热和对流联合作用原理中温管道流量测量研究

提出了一种测量管道流量的方法，即基于导热和对流和对流联合作用原理的中温管道流量测量方法。在提出测试原理的基础上，建立了依据该测试原理进行流量测量的实验台架，通过热空气等截面的实验试件进行实验。实验结果表明，基于导热和对流联合作用原理流量测量方法所依据的测试原理是正确的。由于该流量测量方法将流量测量问题转化为温度测量问题，因此产生误差的主要原因在于温度测量的准确度。     

90°方截面弯管的湍流计算

对 90°方截面弯管内的湍流流动进行了数值模拟计算 .由数值模拟计算结果 ,可以清晰地看到二次流在弯管内的形成与发展过程 ,与Humphrey的实验结果相比较 ,计算结果令人满意 ,表明以可实现性k -ε方程模型解决这样的问题可获得满意的结果     

内燃机分支管道三维不稳定流场的数值模拟

为了提高换气系统流动性能，采用数值计算方法，对内燃机换气系统直分支管道和弯曲分支管道分别进行了稳定流动和不稳定流动的数值模拟计算，模拟计算采用三维、可压、粘性、湍流模型，通过研究发现，分支管道内速度、压力分布比较均匀，在支管入口处有一回流区，最大速度、最大压力以及压力梯度出现在支管、总管接口处总管一侧；在相关尺寸大致相同的情况下，直分支管道与弯曲分支管道流场分布随时间的变化无太大差别；由于分支管分流的作用，两种类型分支管道中各参数随时间变化程度基本相同，计算结果可作为换气系统管道简化计算和接口边界简化处理的理论依据。