給水管網(wǎng)中生物膜及硝化作用控制.pdf

1、由于各國對飲用水消毒副產(chǎn)物重視程度的提高，相對穩(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，但同時可能會與水中及生物膜中的有機物發(fā)生反應，釋放出一定量的微生物可利用有機物為異養(yǎng)細菌在管網(wǎng)中的再生長提供底物。而氯胺消毒的另一個問題是由于氯胺衰減在水中釋放出氨氮而引起氨氧化細菌(AOB)的生長，導致管網(wǎng)中硝化作用的發(fā)生，引起異養(yǎng)菌的大量繁殖。本文通過模擬

2、管網(wǎng)系統(tǒng)及實際管網(wǎng)采樣測定，系統(tǒng)地研究了氯胺消毒管網(wǎng)中微生物生長現(xiàn)象、硝化作用及管網(wǎng)內余氯衰減的問題，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依據(jù)。
　　利用模擬管網(wǎng)系統(tǒng) RAB反應器，以松花江為水源的哈爾濱某水廠出水為研究對象，研究氯胺消毒對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管壁生物膜形成的影響。結果表明，在不加消毒劑時，生物膜中異養(yǎng)菌濃

3、度明顯增加，而在有氯胺情況下運行，可以較好地控制生物膜中細菌的濃度。在有、無氯胺存在條件下，銅質掛片上的異養(yǎng)菌數(shù)量明顯低于不銹鋼掛片；氯胺對管壁生物膜和水中細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象，對比研究了氯和氯胺對該生物膜的滅活，并首次提出兩種消毒劑對生物膜的氧化作用溶出物對細菌再生長的影響。在相同CT值，氯濃度的提高對

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

5、成的關系，并探討了 pH值、溫度、氯胺濃度對管網(wǎng)硝化作用的影響，以及三種消毒劑對硝化作用的控制。結果表明：氯氨比對于硝化作用影響不顯著，而有機物水平對硝化作用有顯著影響，高有機物較低有機物水平硝化程度高。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(13±2℃)，一定濃度氯胺對水和生物膜中AOB滅活后，停止投加氯胺，由于AOB生長速率很低，AOB的濃度增加不顯著。但當水溫提

6、高到22±2℃后，AOB濃度有回升的趨勢，較高的溫度會影響 AOB的生長速率。氯胺對硝化作用的控制依賴于氯胺的濃度，作用時間和溫度。亞氯酸根轉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。
　　對硝化細菌代謝產(chǎn)物與異養(yǎng)菌生長的關系進行研究時發(fā)現(xiàn)，硝化細菌產(chǎn)生的溶解性微生物產(chǎn)物和死亡的AOB可以作為異養(yǎng)細菌生長底物的補充，促使異養(yǎng)細菌繁殖。
　　對氯胺在管網(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，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。亞硝酸氮可以促進氯胺的衰減，當管網(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，導致氯胺的衰減，其與氯胺具有較快的反應速率，促進作用在初始階段體現(xiàn)得更為明顯。有生物膜存在時，氯胺的衰減速率是自

8、來水中的一半左右，也就是說生物膜對氯胺衰減的貢獻占氯胺衰減系數(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。實際管網(wǎng)取樣的水質參數(shù)和潛能分析，驗證了在實驗室對硝化作用得到的結果。
　　由于消毒劑會與水中及管壁生物膜進行反應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重要手段。實際管網(wǎng)水樣的水質參數(shù)分析，與實驗室得到的硝化作