给水管网硝化作用与管壁金属离子释放交互作用机制与控制研究

In recent years, researchers pay more attention on nitrification in drinking water distribution system and its effect on water quality, such as nitrite increase and heterotrophic bacteria regrowth during chloramination. Another hot issue is that metal pipeline corrosion induced iron corrosion and release. Nitrification in distribution system can cause copper, zinc and lead ion release from pipe line, which may influcence residents water security. However, few systematic researches aimed at metal release in the process of nitrification and metal ion effect on nitrification in drinking water distribution system. This project mainly focuses on the release law of metal ion in the process of nitrification, the interaction mechanism between nitrification and release of metal ion and nutrient for bacteria in drinking water distribution system, and the controlling method for the release of metal was put forward. The project primarily solve the influence of water quality parameters on metal ion release in distribution system during nitrification, the relationship between water quality parameter and metal release, verify the effect of metal ion on nitrifying bacteria regrowth and the controlling method and mathematic model is developed to realize the control for the release of metal ion.

近些年来,随着氯胺消毒应用的增加，氯胺消毒管网中硝化作用引起的给水管网中亚硝酸盐超标和异养菌大量繁殖等问题引起人们的重视，给水管网中的硝化作用会导致管网水中铜、铅、锌等金属离子超标，影响居民用水安全。而目前针对硝化作用对金属管材中金属离子释放及释放的金属离子对硝化作用影响的系统研究还较少。本项目针对发生硝化作用的给水管网，重点研究了硝化作用下金属离子的释放规律、金属离子和营养物与硝化作用的相互作用机制，及硝化作用发生时给水管网中金属离子释放的控制方法。项目主要解决硝化作用发生进程中水质参数变化对铜离子、铅离子、锌离子和铁离子释放的影响、金属离子释放与水质参数变化的相互作用关系、金属离子对硝化细菌的促进或抑制效果，及给水管网硝化作用发生时金属离子释放的水质调控方法和数学模型预建立等问题，项目的研究成果将对解决发生硝化作用的给水管网中金属离子超标问题提供理论参考和技术支持。

近些年来越来越多自来水厂使用氯胺消毒代替氯消毒作为常规消毒工艺。氯胺释放出的氨氮易被管网中的氨氧化细菌利用在管网中易发生硝化作用，并造成管网水质指标的变化，如亚硝酸盐含量升高，消毒剂衰减加速，pH、溶解氧降低，异养菌过度繁殖等，给水管网中发生硝化作用还会引起管网中金属离子的释放现象。系统研究了氯胺消毒给水管网中的管材对硝化作用的影响，以及硝化作用对管网水质的影响，特别是对金属离子释放的影响；同时考察了硝化作用的影响因素。.以实验室管网末端水为研究对象，研究了pH，磷浓度和TOC对不同管材中硝化作用的影响，并对水中金属浓度，pH，溶解氧，浊度，三氮，微生物数据进行了相关性分析。结果表明，pH=7.2是最适宜硝化细菌生长的酸碱度，低pH值对硝化细菌的抑制比高pH值更为明显。但是低pH会加速管壁材料的腐蚀，金属离子的释放增强。低浓度的磷可以促进硝化细菌的生长，而高浓度的磷可以作为硝化细菌的抑制剂；低TOC浓度时，能大大刺激AOB的增殖；而在较高TOC浓度时，增殖现象并不明显。相关性分析表明硝化作用会导致pH值的降低，并且金属离子浓度和pH呈现出负相关，说明管网中硝化作用会导致金属离子的释放。.给水管网中硝化作用发生的程度取决于管材，金属管材中硝化细菌活性受到抑制，硝化作用程度低于塑料管材，其中不锈钢是受硝化作用影响最小的管材，且不易发生水质污染。.烧杯试验定量研究了不同金属浓度和碱度对硝化细菌的影响。结果表明低浓度的锌对硝化作用的影响不明显，在锌离子浓度大于0.5mg/L时硝化细菌的生长受到抑制，当锌离子浓度达到1mg/L时，氨转化率降低至30%以下。有限的铜离子浓度的升高（20μg/L以下）能刺激硝化细菌的生长；高浓度的铜离子会对硝化细菌产生抑制，在镀锌钢管中锌铁离子的溶出时，这种现象就有所缓解。碱度会直接影响铜离子和锌离子对硝化细菌的毒性，低碱度情况下，铜离子对硝化作用的抑制要显著强于在高碱度情况下；锌离子的情况和铜离子类似。