长距离输水过程中水质及管道生物膜群落结构变化.docxVIP

长距离输水过程中水质及管道生物膜群落结构变化

摘要

通过长距离输水管道，盐城新水源地引水工程将京杭运河水从宝应输送至盐城。长距离管道输水过程中，可能会改变水质。本研究，通过对输水管道初始运行10个月的沿程4个点位的水质进行分析，探究该长距离输水过程中的水质变化。结果表明，与原有水源相比，新水源的启用降低了有机质和氨氮（NH4+-N）超标的风险。在长距离输水过程中，浊度、溶解氧、总铁含量随管道增长而逐渐降低，而NH4+-N浓度逐渐升高。在输送过程中，pH值、亚硝态氮、亚硝态氮、总氮浓度均保持相对稳定。运行4个月后，沿程管道生物膜群落结构具有较大差异，其中硝化螺旋菌门的相对丰度均小于0.03%，可能是造成NH4+-N浓度沿程升高的主要原因。

关键字：长距离输水；水质；生物膜；变化

盐城地处淮河下游，就地水源地水质常受上游农业面源污染以及企业排污等影响[1]。为有效解决盐城大市区及相关县域原水安全保障问题，盐城于2017年启动实施了新水源地及引水工程[2]。新水源地位于扬州宝应京杭运河氾水段。该工程通过长距离输水管道，可以将长江之水引入相关市区。

不同水源的水质，具有一定的差异。水源水在输送过程中可能会发生物理、化学和微生物反应，从而导致水质发生变化。在输水管道中，管壁常伴有生物膜的出现[3]。管道生物膜的脱落，会随水流进入后续饮用水净化体系，进而影响整个饮用水净化系统的调整。因此，充分了解新水源水质、输送过程中水质的变化及管道生物膜具有重要的意义。

1.实验材料和方法

1.1输水管道概况

盐城市新水源地及引水工程设计规模115×104m3/d，工程主要建设内容包括取水口、取水泵站、主线中途增压泵站、盐龙湖增压泵站、主线输水管、建湖支线、射阳支线、大丰支线等[3]。

新水源原水从京杭运河通过自流管穿越运河大堤，进入宝应取水泵站预沉曝气池，经沉淀和曝气充氧增压后，输送45.8km，进入建湖境内的恒济增压泵站（图1），经恒济泵站开放式调节水池增压，出水一分为二，主线向盐龙湖增压泵站方向输水，距离为36.4km，支线向建湖城南水厂供水。主线原水进入盐都区境内的盐龙湖增压泵站后，经开放式调节水池曝气充氧增压，出水一分为三，主线向市区城东水厂和市区盐龙湖水厂供水；大丰支线向大丰调蓄池输水，距离为38.9km，大丰水厂自行取用大丰调蓄池内原水；射阳支线先输水39.5km至射阳增压泵站（其间分叉向建湖上冈水厂供水），考虑到输水时间较长，采用开放式水池，并进行充氧曝气，继续增压至射阳明湖水厂，输水距离为36.3km。

1.2输水管道研究段的选取

从京杭运河取水口至最远的射阳县明湖水厂的管道长达170km，输水管道内部均设有水泥砂浆防腐层。以设计低流量计算，水力停留时间长达67小时。在此过程中，水质变化情况难以预测，需进行水质检测，以初步了解新水源水质在输送过程中的变化。新水源地取水泵站在2018年7月份开始投入运行。本研究将取水泵站-恒济泵站-盐龙湖泵站-大丰蓄水池作为研究管段，此条管段长121.1公里，输水量占据整条盐城新水源地输水量的70%以上，管道中水流流速为0.3m/s-1.5m/s，具有代表性。

图1?输水管道系统布置图

1.3?水质测定

2018年7月至2019年4月，每月对几个泵站段及大丰蓄水池中的水质进行检测。检测指标包括浊度、pH、溶解氧(DO)、高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮(NH4+-N)、亚硝氮(NO2--N)、硝氮(NO3--N)、总氮(TN)和总铁(TFe)，测定方法均按照《生活饮用水标准检验方法》(GB5750-2006)进行检测。

1.4生物膜群落结构测定

2018年12月，对输水管道中4个泵站段的管道生物膜进行取样。使用2-3根已灭菌的棉签从上到下管道5-6次，将擦拭完的棉签迅速放入盛有10mL灭菌缓冲液的试管中，平行取样3次，然后把试管置于超声波清洗器30KHz下震荡15min，将收集的生物膜样品置于50mL离心管中，定容至20mL，使用DNA快速提取试剂盒(OMEGAE.Z.N.A，USA)对各生物膜样品总DNA进行提取，通过1%琼脂糖凝胶电泳和紫外分光光度法TBS-380对其定量。

采用带有A，B接头的通用引物8F(5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’)和533R(5’-TTACCGCGGCTGCTGGCAC-3’)对提取的DNA进行扩增，在454-GSFLXTitanium平台进行焦磷酸测序，并对有效序列进行标准化，运用Mothur软件对生物膜微生物的相对丰度进行分析。

2.结果与分析

2.1?水质变化

2.1.1浊度变化

浊度是影响水质净化的重要参数。由图2可见，新水源水的浊度变化范围为55-141NTU。除2019年1月外，随管道沿程长