【摘要】：隨著社會經濟的快速發(fā)展與城市化進程的加速,飲用水的安全問題日益引起人們的關注。飲用水中營養(yǎng)物質含量低,自來水廠出廠水中未被消毒劑滅活的細菌,在給水管網系統(tǒng)中容易附著到營養(yǎng)相對豐富的給水管壁表面,這些活細菌、死細菌及其細胞碎片和胞外聚合物(EPS)形成三維異質結構的管壁生物膜。生物膜一方面保護了病原菌免于消毒劑的作用,另一方面增加病原菌在生物膜上富集。通過病原菌的富集和吸附可以增強對消毒劑的抵抗性,但是一旦發(fā)生生物膜脫落,就會增加病原菌的脫附和消毒副產物帶來的水質風險。因此保障供水安全的最后一公里具有重要意義。本文通過在3個不同水廠搭建生物膜生長模擬裝置,研究水廠原水水質和水處理工藝對管網生物膜生長的影響以及后續(xù)氯消毒過程中消毒副產物三鹵甲烷的生成情況。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)模擬得到濾后水和生物膜各自的氯衰減和三鹵甲烷生成模型,探究了水中天然有機物和生物膜對氯的消耗程度以及對消毒副產物的生成貢獻。主要研究結論如下:(1)建立了三氯甲烷、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷、三溴甲烷4種三鹵甲烷消毒副產物的HS-GC/MS檢測方法,4種待檢消毒副產物濃度與儀器響應豐度值呈良好線性關系,4種目標物的相關系數(shù)R~2均在0.99以上,方法的回收率在90%~110%之間,建立了DNA提取與qPCR定量分析方法,用于3套管網模擬裝置中生物膜樣品的分子生物學分析。(2)在廈門3個不同原水和水處理工藝的自來水廠,搭建中試規(guī)模的PVC管道環(huán)路裝置用于生物膜的培養(yǎng)。生物膜培養(yǎng)期間,對進入裝置的濾后水和裝置的左右出水進行為期一年的水質檢測。研究發(fā)現(xiàn)生物膜的生長情況受水質的直接影響,不同的水質條件下生長的生物膜完全不同。水中顆粒物與藻類是影響生物膜生長的關鍵因素,水廠的處理條件潛在影響供水管網中生物膜的形成。(3)研究發(fā)現(xiàn)供生物膜生長的濾后水和生物膜與消毒劑之間的作用過程不同。濾后水對氯的消耗與三鹵甲烷的生成情況可用二級反應動力學模型擬合,擬合相關系數(shù)均在0.9以上,擬合效果好。3套管網裝置培養(yǎng)的生物膜與消毒劑氯反應后,使用反應-擴散傳質模型對氯的消耗進行數(shù)據(jù)擬合,并通過Kolmogorov-Smirnov數(shù)據(jù)檢驗,結果表明實際檢測的余氯濃度和擬合得出的濃度,二者之間沒有顯著差異,該模型對數(shù)據(jù)的擬合效果較好。(4)生物膜和濾后水對氯的消耗程度存在顯著性不同。實驗結果顯示:初始濃度為4 mg/L的余氯分別與濾后水、生物膜反應,48h后,取自3個水廠的濾后水中余氯殘留量平均值為3.36 mg/L;而水廠生物膜管道中余氯的殘留量平均值為0.39 mg/L,90%的余氯被消耗,且有60%是在1h內消耗的。研究結果表明:生物膜在短時間內可快速大量地消耗氯,而濾后水對氯的消耗速度較為緩慢,最終消耗量僅有0.7 mg/L。因此,管網中的生物膜消耗管道內大部分的游離氯。(5)生物膜和濾后水對消毒副產物的生成貢獻也存在顯著性差異。在三鹵甲烷的生成過程中,反應前期,生物膜中THMs的生成速度比濾后水慢。6h內,濾后水THMs生成量占總量的84%,而生物膜THMs生成量只占總量的40%;反應后期,濾后水生成THMs的量不再增加,而生物膜生成的THMs量還在持續(xù)增加,最終二者THMs的生成量基本持平,可見生物膜生成THMs的潛力大于濾后水。
【圖文】：

第 1 章 緒論1.1 飲用水的水質安全水是生命之源，是人類生存和發(fā)展必不可少的最重要的物質資源。讓所有人都能得到滿意（充足、安全、易得）的供水，應盡一切努力飲用水的安全[1]。向公眾供應安全飲用水是 19 世紀的重大技術進步之時也是一項重大技術挑戰(zhàn)[2-4]。在發(fā)展中國家和工業(yè)化國家，越來越污染物由于人類活動而進入飲用水：重金屬，藥物，內分泌干擾物，化合物，阻燃劑等[5, 6]。根據(jù)《2016 年中國環(huán)境狀況公報》[7]，，1940 控地表水監(jiān)測斷面(點位)水質監(jiān)測結果顯示，Ⅰ-Ⅲ類 1316 個，占 67.8%-Ⅴ類 458 個，占 23.6%；劣Ⅴ類 166 個，占 8.6%，地表水污染狀況不容樂觀。

1.2 供水管網水質惡化與微生物污染人們普遍認為，飲用水供應的最終目標應該被視為在用戶的水龍頭處提供高質量的飲用水，而不僅僅是在離開處理廠時。經過處理的飲用水進入分配系統(tǒng)時，仍包含物理負荷（顆粒），微生物負荷（活生物質）和營養(yǎng)負荷（有機和無機營養(yǎng)物質）[15, 16]，見圖 1.2。在通過飲用水管網系統(tǒng)將這些處理過的水輸送給消費者的過程中，管壁-水界面處發(fā)生的相互作用——構成一個龐大復雜的“反應器”[17]，在其中會發(fā)生一系列的物理化學、生物反應，從而導致飲用水變色，消毒劑衰減，細菌滋生[2, 18, 19]。這就使得原本在自來水廠符合（國際）國家質量標準的出廠水，經過管網運輸后，在用戶水龍頭飲用水水質下降，出現(xiàn)水質不合格的現(xiàn)象[20]。在世界范圍內已經觀察到眾多相關的水質惡化情況：例如，與水處理廠相比，在用戶的水龍頭處發(fā)現(xiàn)濁度和顆粒數(shù)更高、細胞數(shù)和指示的微生物更多的情況[21, 22]。在極端情況下，還在水龍頭處觀察到水變色（也稱為臟水，紅水）的情況[23, 24]。
【學位授予單位】：華僑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU991.2

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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相關碩士學位論文 前2條

1 張偉偉;氯及氯胺消毒中三鹵甲烷生成特性及檢測方法的研究[D];青島理工大學;2010年

2 劉慧娜;給水管網管壁生物膜微生物多樣性研究[D];天津大學;2007年

本文編號：2613523