不同給水管材對(duì)管壁附著生物膜鉛、鎘的解吸動(dòng)力學(xué)研究

1、 不同給水管材對(duì)管壁附著生物膜鉛、鎘的解吸動(dòng)力學(xué)研究 郭鑫 張永吉 周玲玲Summary：給水管壁生物膜會(huì)吸附水中的重金屬元素積累在管壁生物膜中，在受到擾動(dòng)時(shí)釋放回到水體，危害飲用水水質(zhì)安全。試驗(yàn)以上海管網(wǎng)末梢水為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，研究了PVC、鑄鐵和紫銅等三種管材上生物膜對(duì)鉛、鎘的解吸特性。結(jié)果表明，PVC、鑄鐵和紫銅附著生物膜對(duì)鉛的解吸容量qe分別為：5.92211molm-2、128.3051molm-2和21.1808，解吸速率常數(shù)k分別為：0.001060 m2mol-1min-1、0.000041 m2mol-1min-1和0.000503 m2mol-1min-1，對(duì)于鎘元素三種材質(zhì)的解

2、吸容量qe分別為：14.71519molm-2、18.50481molm-2和2.25225molm-2;解吸速率常數(shù)k分別為：0.000102 m2mol-1min-1、0.001070 m2mol-1min-1和0.000103 m2mol-1min-1。Key：給水管壁;生物膜;鉛;鎘;解吸：X131 ：A ：2095-672X（2020）02-00-02DOI：10.16647/15-1369/X.2020.02.053Abstract： The biofilm of the water supply pipe wall will adsorb heavy metal elements

3、 in the water and accumulate in the pipe wall biofilm， and will be released back to the water body when disturbed， which endangers the safety of drinking water quality. In the experiment， the peripheral water of Shanghai pipeline network was used as the experimental object， and the desorption charac

4、teristics of lead and cadmium on biofilms on three kinds of pipes such as PVC， cast iron and copper were studied. The results show that the lead desorption capacities qe of PVC， cast iron， and copper-attached biofilms are 5.92211 mol m-2， 128.3051 mol m-2， and 21.1808， respectively， and the desorpti

5、on rate constants k are： 0.001060 m2 mol-1 min-1， 0.000041 m2 mol-1 min-1， and 0.000503 m2 mol-1 min-1. The desorption capacities qe for the three materials of cadmium are： 14.71519 mol m-2， 18.50481 mol m-2 and 2.25225 mol m-2; the desorption rate constants k are： 0.000102 m2 mol-1 min-1， 0.001070

6、m2 mol-1 min-1， and 0.000103 m2 mol-1 min-1.Key words：Water supply pipe wall;Biofilm;Lead;Cadmium;Desorption給水管網(wǎng)中的微生物會(huì)聚集在給水管壁上生長(zhǎng)，形成管壁生物膜，管壁生物膜除了會(huì)加速管道腐蝕、使飲用水色度濁度升高之外，還可能會(huì)吸附水中的重金屬元素1。有研究者通過(guò)對(duì)長(zhǎng)期使用過(guò)后的供水管道水質(zhì)進(jìn)行調(diào)查化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)含有多達(dá) 16 種金屬元素。這些無(wú)機(jī)污染物會(huì)通過(guò)水/固界面的吸附和生物累積作用被積累在管壁生物膜中2-3，在水力條件變化時(shí)再次解吸釋放回到水體，從而嚴(yán)重危害飲用水水質(zhì)安全4-5。近

7、年來(lái)，飲用含有微量重金屬等無(wú)機(jī)污染物的自來(lái)水而引發(fā)水污染事故頻發(fā)，給水管網(wǎng)中無(wú)機(jī)污染物對(duì)水質(zhì)安全的威脅受到世界范圍的研究者重視6-8。研究表明，不同理化條件和材質(zhì)都會(huì)顯著影響生物膜的吸附解吸行為3，9。有研究發(fā)現(xiàn)氯對(duì)生物膜會(huì)起到氧化作用10-11，因此不同的管壁材質(zhì)和消毒劑濃度的條件下，生物膜的生長(zhǎng)和吸附性能可能不同12。目前針對(duì)國(guó)內(nèi)不同材質(zhì)管道生長(zhǎng)的生物膜對(duì)重金屬的蓄積后的解吸特性的研究還相對(duì)較少，本文初步比較了不同材質(zhì)給水管壁上生物膜的生長(zhǎng)特性及其對(duì)Pb、Cd兩種重金屬的解吸動(dòng)力學(xué)過(guò)程，有助于進(jìn)一步了解生物膜中積蓄的無(wú)機(jī)污染物對(duì)水質(zhì)的后續(xù)影響。1 材料與方法1.1 試驗(yàn)原水試驗(yàn)用水采用同濟(jì)

8、大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的自來(lái)水，培養(yǎng)期間自來(lái)水水質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。1.2 試驗(yàn)過(guò)程及檢測(cè)方法本研究采用立式轉(zhuǎn)盤(pán)反應(yīng)器（vertical rotating disk reactor，RDR）13模擬給水管網(wǎng)水流的流動(dòng)形態(tài)，在裝置運(yùn)行過(guò)程中監(jiān)測(cè)生物膜微生物生長(zhǎng)情況。在45天后生物膜菌量穩(wěn)定后，取3片相同培養(yǎng)條件和材質(zhì)的掛片，插入解吸用RDR反應(yīng)器掛棒中。測(cè)試時(shí)保持水溫為 241?C，用磁力攪拌器連續(xù)攪拌進(jìn)行解吸實(shí)驗(yàn)。將空白R(shí)DR反應(yīng)器出水孔封閉后加入500 mL自來(lái)水。用 0.01 mol/L 的 HNO3和NaOH溶液調(diào)節(jié)吸附體系pH值為7.50.1。從解吸實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，每隔一定時(shí)間從各反應(yīng)器中取2mL溶液，酸化至

9、pHqe紫銅qepvc，kPVCk紫銅k鑄鐵;對(duì)于鎘有：qe鑄鐵qepvcqe紫銅，k紫銅k鑄鐵kPVC。所以在實(shí)際工程中需要減少使用鑄鐵管材，而使用PVC管材和紫銅管材也必須根據(jù)實(shí)際情況選用。Reference1吳紅偉，劉文君，賀北平，王占生，張彌，樊康平.配水管網(wǎng)中管垢的形成特點(diǎn)和防治措施J.中國(guó)給水排水，1998（03）：37-39.2NELSON Y M， LION L W， GHIORSE W C，et al.Production of biogenic Mn oxides by Leptothrix discophora SS-1 in a chemically defined g

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