給水管網(wǎng)中生物膜及硝化作用控制.pdf

1、由于各國(guó)對(duì)飲用水消毒副產(chǎn)物重視程度的提高，相對(duì)穩(wěn)定和消毒副產(chǎn)物生成量較少的氯胺作為二次消毒劑被越來(lái)越多的水廠采用。在給水管網(wǎng)中，氯胺能夠在一定程度上滅活水中和管壁生物膜中的微生物，但同時(shí)可能會(huì)與水中及生物膜中的有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，釋放出一定量的微生物可利用有機(jī)物為異養(yǎng)細(xì)菌在管網(wǎng)中的再生長(zhǎng)提供底物。而氯胺消毒的另一個(gè)問(wèn)題是由于氯胺衰減在水中釋放出氨氮而引起氨氧化細(xì)菌(AOB)的生長(zhǎng)，導(dǎo)致管網(wǎng)中硝化作用的發(fā)生，引起異養(yǎng)菌的大量繁殖。本文通過(guò)模擬

2、管網(wǎng)系統(tǒng)及實(shí)際管網(wǎng)采樣測(cè)定，系統(tǒng)地研究了氯胺消毒管網(wǎng)中微生物生長(zhǎng)現(xiàn)象、硝化作用及管網(wǎng)內(nèi)余氯衰減的問(wèn)題，并探討了氯胺消毒管網(wǎng)水的微生物安全性影響因素及其控制方法，以期為保障氯胺消毒管網(wǎng)微生物安全性提供科學(xué)依據(jù)。
　　利用模擬管網(wǎng)系統(tǒng) RAB反應(yīng)器，以松花江為水源的哈爾濱某水廠出水為研究對(duì)象，研究氯胺消毒對(duì)不同管材上生物膜形成的影響及控制效果，并探討了管材和余氯胺等因素對(duì)管壁生物膜形成的影響。結(jié)果表明，在不加消毒劑時(shí)，生物膜中異養(yǎng)菌濃

3、度明顯增加，而在有氯胺情況下運(yùn)行，可以較好地控制生物膜中細(xì)菌的濃度。在有、無(wú)氯胺存在條件下，銅質(zhì)掛片上的異養(yǎng)菌數(shù)量明顯低于不銹鋼掛片；氯胺對(duì)管壁生物膜和水中細(xì)菌具有一定控制作用，但低濃度的氯胺(0.5～0.75mg/L)不能阻止給水管壁生物膜的形成和水中懸浮菌濃度的增加。
　　以大腸桿菌生物膜為研究對(duì)象，對(duì)比研究了氯和氯胺對(duì)該生物膜的滅活，并首次提出兩種消毒劑對(duì)生物膜的氧化作用溶出物對(duì)細(xì)菌再生長(zhǎng)的影響。在相同CT值，氯濃度的提高對(duì)

4、生物膜中細(xì)菌的滅活效果明顯；而在相同氯胺濃度，氯胺對(duì)生物膜細(xì)菌滅活效果是由 CT值決定的，而氯胺濃度的提高對(duì)滅活率的提高不起主要作用。氯和氯胺對(duì)生物膜的氧化作用都會(huì)造成水中生物可利用有機(jī)碳(AOC)、生物可利用磷(MAP)濃度的增加，并增加了水的細(xì)菌生長(zhǎng)潛能(BRP)，因而在管壁生物膜存在的情況下，消毒劑的存在會(huì)造成管壁中物質(zhì)的溶出，促進(jìn)水中微生物的生長(zhǎng)。
　　利用模擬管網(wǎng)系統(tǒng) RAB反應(yīng)器，研究了有機(jī)物濃度、氯氨比與硝化生物膜形

5、成的關(guān)系，并探討了 pH值、溫度、氯胺濃度對(duì)管網(wǎng)硝化作用的影響，以及三種消毒劑對(duì)硝化作用的控制。結(jié)果表明：氯氨比對(duì)于硝化作用影響不顯著，而有機(jī)物水平對(duì)硝化作用有顯著影響，高有機(jī)物較低有機(jī)物水平硝化程度高。提高 pH值可能改變化合態(tài)氯胺的種類和將氯胺能夠維持更高的水平，硝化作用也得到了一定程度的控制。在較低水溫時(shí)(13±2℃)，一定濃度氯胺對(duì)水和生物膜中AOB滅活后，停止投加氯胺，由于AOB生長(zhǎng)速率很低，AOB的濃度增加不顯著。但當(dāng)水溫提

6、高到22±2℃后，AOB濃度有回升的趨勢(shì)，較高的溫度會(huì)影響 AOB的生長(zhǎng)速率。氯胺對(duì)硝化作用的控制依賴于氯胺的濃度，作用時(shí)間和溫度。亞氯酸根轉(zhuǎn)而使用氯胺較單純使用氯胺可以有效的控制管網(wǎng)中的硝化作用。
　　對(duì)硝化細(xì)菌代謝產(chǎn)物與異養(yǎng)菌生長(zhǎng)的關(guān)系進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，硝化細(xì)菌產(chǎn)生的溶解性微生物產(chǎn)物和死亡的AOB可以作為異養(yǎng)細(xì)菌生長(zhǎng)底物的補(bǔ)充，促使異養(yǎng)細(xì)菌繁殖。
　　對(duì)氯胺在管網(wǎng)中的衰減的研究表明，隨溫度的升高，氯胺自身的分解速度增加；而

7、氯氨比的提高，氯胺趨于不穩(wěn)定，氯胺的衰減量和衰減速率均高于低氯氨比的情況。在 pH值6.0-8.9的范圍內(nèi)，pH值越高，氯胺的穩(wěn)定性越高，衰減量和衰減速率越低。高氯胺濃度下氯胺的衰減量遠(yuǎn)大于低濃度氯胺的衰減量，并且高氯氨比下其衰減速度加快。亞硝酸氮可以促進(jìn)氯胺的衰減，當(dāng)管網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)生硝化作用，產(chǎn)生的亞硝酸氮迅速與氯胺發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致氯胺的衰減，其與氯胺具有較快的反應(yīng)速率，促進(jìn)作用在初始階段體現(xiàn)得更為明顯。有生物膜存在時(shí)，氯胺的衰減速率是自

8、來(lái)水中的一半左右，也就是說(shuō)生物膜對(duì)氯胺衰減的貢獻(xiàn)占氯胺衰減系數(shù)的一半左右，可見生物膜是管網(wǎng)系統(tǒng)中造成消毒劑衰減的重要部分。實(shí)際管網(wǎng)取樣的水質(zhì)參數(shù)和潛能分析，驗(yàn)證了在實(shí)驗(yàn)室對(duì)硝化作用得到的結(jié)果。
　　由于消毒劑會(huì)與水中及管壁生物膜進(jìn)行反應(yīng)以及自身衰減而造成濃度降低，使管網(wǎng)中的微生物大量繁殖和導(dǎo)致硝化作用的發(fā)生。因而給水管網(wǎng)中維持一定量的消毒劑余量是保證飲用水微生物安全性的一個(gè)重要手段。實(shí)際管網(wǎng)水樣的水質(zhì)參數(shù)分析，與實(shí)驗(yàn)室得到的硝化作