基于硫酸盐还原菌代谢过程的供水管材腐蚀机理及控制研究

The water quality is closely related to human health and daily life. The new water quality standard established by the government has made clear requirements to the end of the water distribution system, and the regulations have been increased from 35 to 106 items. Therefore, it is necessary to attach great importance to the effect of corrosion on water quality。The outflow of "yellow water" were often reported these years. This is closely related to the corrosion behavior of pipes, and sulfate reducing bacteria are the main microorganism involved in the corrosion process. The project aims at improving water quality and ensure the safety of water distribution system operation. For water deterioration in the distribution system, molecular biology, electrochemical methods combined with surface analysis technique are used to study on the correlation of sulfate reducing bacteria growth and water quality; the corrosion mechanisms caused by sulfate reducing bacteria and the corrosion model based on the metabolic activities of microorganisms; the solutions of controlling growth of microorganisms . The research results can not only provide appropriate suggestions for pipeline maintenance and corrosion prevention, but also solve the peoblem of water secondary pollution, thus improving the water quality in water distribution systems.

饮用水水质与人们的身体健康以及日常生活密切相关，国家新的水质标准已经对管网终端水质提出了明确的要求，修订的饮用水卫生标准将指标由35项增加至106项，因此必须重视管材腐蚀对供水水质的影响。近年来，管道流出“黄水”的异常情况时有发生，这与金属管道的腐蚀行为密切相关，而硫酸盐还原菌是导致腐蚀的主要微生物之一。本课题以改善管网末端水质、保障管网安全运行为目的，针对目前出厂水水质达标而管网末端水质恶化，以及金属管材腐蚀严重等问题，采用分子生物学、电化学、表面分析等技术方法，研究硫酸盐还原菌的代谢过程与水质变化的关系；探讨硫酸盐还原菌代谢产物对管材腐蚀的作用机理，建立基于硫酸盐还原菌代谢过程的供水管材腐蚀模型；提出控制硫酸盐还原菌生长的方法。研究成果不仅能对供水管网的管道维护和防腐措施提供指导性建议，延缓管道的使用寿命，而且为控制管网水二次污染、改善管网水质提供理论依据。

饮用水在长距离输水管道中受到二次污染，浊度、色度增加，细菌总数超标，而腐蚀现象的发生是引起水质恶化的原因之一。此外管材腐蚀还可能破坏管道的本体材料，严重时可能导致漏失、爆管等事故。因此，研究城市供水管网中管材的腐蚀机理，是提高饮用水水质，保证供水安全的重要措施之一。本项目研究了硫酸盐还原菌（SRB）作用下铸铁管材的腐蚀机理及影响因素。研究结果表明，金属表面的粗糙程度与细菌的黏附和生物膜的形成等因素有关，因此细菌总数和SRB数量在铸铁管材上都呈现出最大值。SRB通过代谢活动产生的硫化物加快了铸铁的阳极活性溶解进程，因而使铸铁试片的腐蚀行为产生较大变化，通过SEM可以观察到明显的局部腐蚀坑和点蚀现象的发生。腐蚀产物主要为Fe2O3、Fe3O4和α-FeOOH和γ-FeOOH，其结构疏松多孔，可以使水分存留其中，为点蚀的发生创造有利条件。代谢硫化物主要通过铁的吸附加速阳极铁的活性溶解过程。铁能够在较大的电位和pH范围内以稳定的吸附态存在，吸附态硫可以提高表面铁原子的能量，降低活化能，导致铸铁的活性溶解速率急剧增大。研究揭示了腐蚀速率与水质变化的关系，主体水浊度和色度与腐蚀速率线性相关管，随着腐蚀速率的增加，水中浊度和色度明显增加，解释了铸铁管道中“有色水”产生的原因。水中余氯衰减使得消毒剂不能有效的控制SRB的生长，进而加快了金属管材的腐蚀进程。而管材是影响余氯衰减的原因之一。本项目研究了不同条件下余氯的衰减规律，研究发现消毒剂的初始投加浓度对余氯衰减的影响较为明显。对于SRB的生长抑制，明确了当接触时间达到30min，余氯浓度大于0.20mg/L，即可使SRB的去除率达到90%。本项目的研究成果可为管网安全运行维护、保证供水水质提供依据。