给水管网中铁细菌生长特征的测定

给水管网中铁细菌生长特征的测定

目前，中国大部分用于供水的管道都是铸铁、钢等铁制材。在管网水的输配过程中,铁制管材腐蚀现象严重,造成了供水管网的二次污染,这是由于电化学反应以及微生物促进作用所致。铁细菌一般生活于含氧少但溶有较多铁及二氧化碳的水中,能在氧化二价铁成三价铁化合物的过程中起催化作用,并大量分泌氢氧化铁成基定形结构,同时从中获得能量以满足生命需要。铁细菌引起的腐蚀特征为出水浊度、色度升高,伴有红褐色沉淀物,可能引起管道的堵塞及管壁的腐蚀。铁细菌不会直接造成人体健康问题,但会引起以下问题:由于细菌死亡而产生令人不愉快的气味;增加水中有机物含量,促进其他细菌繁殖;腐蚀管网和管道设备,产生的腐蚀产物阻塞管道;增加硫细菌出现的机会;降低消毒效果。从大多数给水管网水质恶化情况来看,铁细菌引起的腐蚀相当严重。牛璋彬的研究表明,出厂水中的铁含量<0.3mg/L,而管网水中的铁含量高达1.18mg/L,水中大量的铁来源于管网,是由腐蚀造成的。美国规定低碳钢供水管道的最大腐蚀速率为(7.62~12.7)×10-2mm/a(3~5milli-inchesperyear),对于自由氯消毒,当腐蚀速率>0.0254mm/a时基本没有消毒效果。因此,在给水管网水质稳定性的研究中应对铁细菌及其引起的微生物腐蚀给予足够的重视。笔者选取某市给水管网就铁细菌的生长特征进行了调查,为研究铁细菌的生长特性及其控制措施奠定基础。1试验材料和方法为了解铁细菌在给水管网中的生长情况,选取某市水厂及其管网,对水样中的铁细菌数量及部分水质参数进行测定。1.1双管无衬铸铁网的接枝取样点的布置如图1所示,其中点1、2、3、4在一条干管上,点5、6、7在另一条干管上,这两条干管都是2002年开始使用的有衬铸铁管,由一条1988年投入使用的无衬铸铁管将其连接成环状管网。1.2培养基的选择铁细菌的计数分别采用了MPN法和平板计数(PC)法。MPN法测定铁细菌所使用的培养基为铁细菌培养基,平板计数法测定铁细菌所采用的培养基为Winogradsky培养基,两种方法的培养温度和时间见表1。1.3检测指标和方法在对管网水中铁细菌进行计数的同时,还对有关常用指标进行了检测。主要的检测指标和方法如表2所示。其中铁包括总铁、溶解性铁和颗粒性铁,水样经0.45μm滤膜过滤后测定得到溶解性铁含量,总铁减去溶解性铁即为颗粒性铁的含量。2试验结果和分析通过4月—8月的5次取样,对管网水、处理单元出水的水质和铁细菌数量进行了检测。2.1管网生物膜的用量对出厂水及管网水水质的检测结果如表3所示。通过比较发现,出厂后水温、pH值在管网中变化不大;TOC浓度减小,这可能是由于管网生物膜消耗有机物所致;余氯在管网中发生了衰减;铁含量变化较大,经给水管网输配后存在铁超标的现象。2.2铁细菌2.2.1管网水中铁细菌的生长情况对于MPN法而言,如果接种水样中有铁细菌,则经过一段时间的生长,试管内会出现浑浊或红棕色胶体物。试验结果表明,1~6号试管中的培养基出现了浑浊且颜色较深,说明其呈阳性,即有铁细菌生长;7~9号试管中的培养基依然透明澄清(呈阴性),证明无铁细菌生长。利用固体培养基培养铁细菌可以直观地观测到铁细菌的生长情况。经观察,生成的菌落从外观上看主要有三种:菌苔边缘规则呈透明,菌苔中央突起、不透明并呈棕黄色;菌苔边缘不规则,整体不透明、呈红褐色,菌苔中央突起;菌苔边缘规则,呈乳白色,从中央到边缘颜色递减,无明显突起。对水样进行初步选择性分离,结果显示水中铁细菌可能主要包括:亚铁杆菌属、嘉氏铁柄杆菌属和缠绕纤发菌属等。对MPN和平板法得到的结果进行比较,结果如图2所示。由图2可以看出在5、6月份两种方法得到的结果基本一致,但是7、8月份的则出现了较大分歧,MPN法得到的结果高于平板法得到的结果,不过两者的沿程变化趋势基本一致。出现这种情况的原因是夏季温度高,管网水中的铁细菌对30℃左右的培养温度更适应,而平板计数法的培养温度是18~20℃,这就使得部分铁细菌不能正常生长,所以计数结果偏低。综合比较可以看出,平板法具有观察直观的优点,但计数准确性和稳定性不如MPN法,所以铁细菌计数宜采用MPN法。2.2.2管线水铁细菌数量对某市给水管网中铁细菌数量的测定结果见图3。由图3可知,该市给水管网中的铁细菌数量为0~107CFU/mL,变化范围较大。有报道称管网中铁细菌的数量是随管线长度的增加而增加的,但由图3可知,管网水中的铁细菌数量随管线长度没有明显的变化规律;此外,同一取样点各月份的铁细菌数量变化也比较随机,与温度没有明显的相关关系。这可能是因为铁细菌主要是在管壁上生长(有些还会生长在管垢的裂缝中),其主要是随生物膜或管垢的脱落而进入管网水中,由于生物膜和管垢的脱落是一个相对随机的过程,所以随生物膜或管垢脱落进入管网水中的铁细菌在沿程和时间上没有明显的变化规律。2.2.3混凝单元的铁细菌水厂原水中的铁细菌数量为110~43300CFU/mL,出厂水中的铁细菌数量为0~110CFU/mL。对6月份天津芥园水厂常规处理单元出水中的铁细菌进行了测定,结果如图4所示。在混凝单元铁细菌数量迅速增长,但在沉淀出水中基本未检测到铁细菌,过滤出水中的铁细菌为10CFU/mL,出厂水中的铁细菌数量比过滤出水的有所增加。清华大学张相宜的研究表明清水池壁上有生物膜生长(其中含有铁细菌),铁细菌随生物膜脱落后便会造成出厂水中铁细菌数增加。2.3铁细菌与各种水质的参数值之间的关系2.3.1余氯对铁细菌的影响图5是管网水中铁细菌数量随余氯值变化的情况。经拟合,相关系数r=-0.587(n=26,α=0.05),P值为0.0016,说明两者之间的相关性较好。随着余氯值的增加,铁细菌数量减少,说明余氯对管网中悬浮的铁细菌有一定的杀灭作用。同时余氯值高也会抑制管壁上生物膜的生长,减少管壁上铁细菌进入管网水中的机会。2.3.2颗粒性铁与总铁的相关性统计结果(见表4,n=32,α=0.05)显示,铁细菌数量与总铁及溶解性铁含量的相关性不明显,与颗粒性铁有一定的相关性。由于管网水中铁的含量受余氯、溶解氧、碱度等水质条件的影响,所以它和铁细菌的关系还有待进一步的研究。3管水污染物测定①某市给水管网水中的铁细菌含量为0~107CFU/mL,变化范围较大。水处理单