原水长距离输水管道生物作用对水质的影响及净水效能优化

长距离输水工程是缓解城市供水紧缺的有效措施。课题依据长期运行的输水管道内生物作用对水质可能产生的有利或不利影响，以输水过程水质安全保障为目的，首次提出调控和优化长距离输水管道生物净水作用的思想。通过实际管道取样分析与现场动态模拟相结合，系统开展长距离输水管道生物作用对水质影响及净水效能优化研究。运用微生物分析及现代分子生物学方法评价实际管道生物膜内异养菌和硝化菌存在水平、种群多样性及与水质参数的相关性；研究管道内水质及生物膜内微生物群落结构和种群数量的时空变化，探讨管道内生物作用与水质相互影响及作用机制；研究工程上可控因素对管道生物膜影响，通过筛选培养优势菌群提高生物净水效果，探求调控生物作用的最佳条件及优化净水效能的有效措施。本项目是探索性和有创新意义的，研究成果将对现有输水工程水质安全保障提供理论和技术支持，为拟建项目可能出现的水质问题提供预测依据，为微污染水处理开辟一个新的研究领域。

长距离输水管道内的生物作用对输送水水质产生显著影响。本课题以长距离输水过程中水质安全保障为目的，通过实际管道取样检测，系统地研究了管道生物膜内异养菌和硝化菌的存在水平、种群多样性及与输送水水质的相关性，评估了实际输水管道内生物降解作用及硝化作用状况；通过现场动态模拟和实验室小试，考察输水管道内水质及生物膜内微生物时空变化，研究了输水管道内生物作用与水质相互影响及作用机制；研究了氧化剂、溶解氧及水流流速对管道生物作用的影响, 提出调控管道内生物作用及优化净水效能的技术方法。结果表明, 实际运行的长距离输水管道内普遍存在生物净水作用，且与原水水质及沿程水质变化密切相关；所检测的长距离输水管道生物膜内微生物种群丰富，至少包含了细菌域的8个细菌类群，分属于好氧微生物、厌氧微生物及兼性微生物，在物质代谢中发挥不同的作用，从而使原水水质在输送过程中发生改变。动态模拟试验结果表明, 运行初期管道内生物作用沿程存在差异，随运行时间的延长沿程差异减少；管道生物膜内优势种群随运行时间而变化，而具有降解有机物和氨氮等污染物能力的菌群一直存在于整个试验过程中，对管道净水功能起着重要作用；管道生物系统内存在较为复杂的食物链，有利于生物膜保持良好的活性及净化功能；原水水质及流速、水温等运行条件均对生物膜生物作用的形成过程存在重要影响。输水管道生物作用调控及净水效能优化的研究结果表明,较强的氯冲击对管道生物膜造成损伤，导致生物净水作用下降，出现短暂的CODMn和TP浓度上升，较长时间的NO2--N积累现象,而适当的氯冲击则加快管壁生物膜的更新，同时减少了水中微生物对DO的消耗, 有利于调控长距离管道的生物净水效果;与单一氯、氯胺和二氧化氯的氧化相比，氯或氯胺与二氧化氯联合氧化更易引起管壁生物膜的脱落，有利于营养物质的传质，从而使得剩余生物膜具有更为充足的营养物质，有利于冲击后生物膜的快速生长；提高管道内DO浓度，有利于生物膜中好氧菌的生长，强化生物膜净水效能，抑制管道中NO2-N的积累；增大输送管道水流流速, 初期导致生物膜大量脱落，悬浮菌数量增加，生物膜内细菌数量下降, 出水浊度、氨氮、NO2--N和TP大幅增加，但在随后的运行中管道净水效能能够得到恢复。本研究成果将对现有输水工程水质安全保障提供理论和技术支持，也为拟建项目可能出现的水质问题提供预测依据，更为微污染水处理开辟一个新的技术方法。