全 文 ：第19卷第1期
1999年1月
态 学 报
ECOLOGICA SINICA
Vo【19，No．1
Jan．．1g99
丁【，r／ 、
东一水电站输水管道阻塞原因探讨
埘 李惠珍 许友勤
(福建师范大学生物工程学院 福州 350007)
程丞隆 梁伟文
(福建省水利水电勘测设计院 福州 350001
■要 对福建省I可东某水电站水库的水体及地下输水管道中的微生物 生态和理化固子的谓查分析结果表
孵，造成该水库电站精水管道连年阻塞的主要原因可能是由于铁细茸生长繁殖所致 最水库中的铁细菌主要
为鞘细菌。水体温度及总键含量对鞘细菌数量的清长具有显著影响。该水库中存在的鞘细菌最适生长条件为
21～25℃，pH 6．16～5．87．Fe>0 43mg，L。该菌可在术深0 5～40m范围内生存。自然气候对 丁、总铁和悬
浮物3项水体理化固子有 影响，而 pH、DO和 COD则受搬生物生命活动的影响。夏季为鞘细菌繁殖高峰期 。
建议电站地下输水管道的疏通工作以安捧在9月份之后较妥
， ， r． 扣
关键词 一捷查笪望t墼塑堕，氅塑堕a ：j 琶 』
THE CAUSE F0R THE PLUGGING 0F W ATER PIPE
AT A HYDRoPoW ER STAT10N
XU Xu—Ping LI Hui—Zhen XU You—Qing
(Bioengineering College，Fujian U⋯ r劬 ，Fuzhout350007，China)
CHENG Yong—Long LIANG W ei—W en
(The Inaigute r Water Come~ ncy and Ekc~ricay Sur~my De ning．Fufian，Fuzhou，350001，China)
Abstract An investigation on microbial ecosystems and physical—chemical factors was
conducted in the water and water pipe of a reservoir power station at East Fujian Province．
It was found that the abundant reproduction of sheathed bacteria might be the main cause
for the plugging of the water pipe at the station．The results showed：①Iron bacteria in
this hydropower station were identified as sheathed bacteria．②The water temperature and
the total Fe concentration had singnifcant effects on the numbers of sheathed bacteria．③
In this reservoir，the most suitable conditions for sheathed bacteria grow were temperature
2l～25"C，pH 6．1 6～6．87，Fe concentration>0．43mg／L．The sheathed bacteria distributed
at the depth of 0． ～40m below the water surface．①The natural climate had effects on the
temperature．total Fe and SS(suspended solids)．And pH ，DO and COD were effected by
the Iire activities of microorganism ．The peak reproduction of sheathed bacteria was in the
summer．It is suggested that the plugged water pipe should be cleared after September，for
a better result+
Key words hydropower station，water pipe，iron bacteria，sheathed bacteria．
* 福建省 自然科学基金资助项目(MC79)
收稿 日期 ：1996一O9 1O．修改稽收到 日期：1997 uc4 14
)
维普资讯 http://www.cqvip.com
1期 许旭萍荨 ：阿东一水 电站输水管道阻塞原因探讨
福建省闽东某水电站每年夏季，由于发电机地下输水管道阻塞，被迫停产检修疏通，既费力费时，叉造
成经济损失。为了探 寸阻塞原因 ，井为今后的治理工作提供理论依据 ，作者对该水 电站水体生态进行了调
查 ，包括水体理化性 质、浮街动植物及微 生物含量在不同季节 、不同水层的变化规律 结果表明引起输水管
道阻塞的主要原因可能是由于鞘细菌(sheathed bacteria)生长繁殖所致 。笔者仅报道微生物分析结果。
l 材料和方法
1．1 材料 水样来源 ：l995～1996年分别取于不周月份的水电站水库坝前及库 中各断面的水样。
1．2 方法
1．2．1 水体理化因子分析 丁：水温 计法 ；pH：玻璃电板法 ；DO：膜电极法 {cOD№：高锰 酸盐指数法 ；总
铁 ：邻菲咿啉分光光度法 ；悬浮物 (ss)：滤纸法。
1．2．2 水体微生物数量分析 细菌总数 ：(不包含铁细菌 ，文中类 同)：营养琼脂平皿菌落计 数法 ·铁细菌
数l】 ：柠檬酸铁铵培养液按 MPN法测定。经检测 ，该水库水体 及输水管道中的铁细菌主要属于鞘细菌，故
文 中所提及的铁细 菌以鞘细菌为主。
2 结果和分析
2．1 水库
2．1．1 水库水体 温度及含铁 量对铁细菌的影响 通
过分 析水库坝前水体在一年 中不同水层水质的温度 、
总铁含量及铁细菌敷，同个季度 的不同月份 测定结果
取其平均值 图1表明水体温度及总铁含量对铁细菌数
量的消长具有 显著影响。水体温度 、含铁量、铁细菌数
三者 的变化规律基本 一致 一年 中，从春季到夏季，随
着平均水温及含铁量的逐渐升高 ，水体 中平均铁细菌
数也逐渐增高 ，至夏季3项指标均 达高峰{夏 季过后转
入秋季，随着水温回降，水体中舍铁量的减少，铁细菌
数也逐渐减步；至冬季，三者都降到最低值 夏秋两季
平均铁细菌数为3．15×10 ～4×10 ／m1．平均水温23～
25c，这与文 献中报道 的鞘细菌 最适 生长温 度为20～
28℃相符 ]。
2．1．2 铁细菌在不同季节 、不同水层中的数 最1⋯
d
{
X
璃
轾
导
图l 水体温度及告铁量对铁细菌的影响
Fig．1 Effects of water temperature and iroa conce~．一
tration 0n sheathed batteria
分别在不同季节采洋测定水库坝前各种水层水体的铁
细菌数 。从 图2可知：①夏秋两季铁细菌数在上层水体中OJ<面～水面下lOm)随着深度的增加而逐渐增加 ；
在 中上层 (水深lo～20m)铁细菌数反而随着探度增 加而减少；在 中下层(20～30m)铁细 菌数量叉随着深度
逐渐增加 ，至底层水体 (30m 以下)达到最高值 ②表层水体 (水面～水面下0．5m)因受紫外线等外界许多环
境 因子的影响太，一年四季铁细菌数极步(<101m1) ⑨除表层外 ，在上层与中下层水体外，铁细菌数以秋
季晟高 }而在 中上层及底层水体处 ，铁细菌数以夏季最高 可 见夏秋两季在各个水 层的水体 中铁细菌含量
均比冬春两季高。①夏秋两季铁细菌在水深3o～40m 处含量软上、中层高。结合表1得知 ，夏秋两季在不同
水层水温均在22～30℃范围，3O～40m处水温 为21～22℃，总铁含 量以底层水体最高 ，为0．43～0．49m~／
L 说明该水库水体中的铁细菌最适生长温度为21～22C，含铁量至步应达0．43mg／L。此结果与图1相同 。
2．1-3 腐生菌在不同季节、不同水层中的数量 水样同2．1 2，测定腐 生菌总数(即细菌总数)。微生物在
淡水中的分布常受许多环境因子的影 响。水库作 为一种特殊 的水体 ，其环境困子在不同季节、不同深度均
有一定的变化 ，这将直接影响到其中微生物 的生长。根据图3所示 ：在距水面20~30m和0．5～10m 两处，细
菌数一年四季均较高，变化范围为1．2×1 0 ～7．4×10 ／m L{在距水面l0～20m 和30～40m 两处 ，细菌总数
较低 ，为3．5～9．9×1 0 ／ml。但有两个倒外，即夏季在水深30～40m处菌数反而多达2．7×10‘／ml，冬曩在水
探 10～20m 菌数多达1．0×10 ／ml，其原固有待于探讨。
《 l_， 告g{ l¨]Z
维普资讯 http://www.cqvip.com
生 态 学 报 1 9卷
￡
{
音
富
鞋
*
Numbers。f sheathed bacteria
圉2 铁细菌在不同季节、不同术层中的数量
Fig．2 Numbe rs of sheathed bacteria in diferent sea
sons and d耐 erent wa r layers
}
富
鞋
*
be 蓦 ( mL)
图3 腐生菌在不同季节、不同水层中的数量
Fig．3 Numbers heterotrophic bacteria in different
sea and different water layers
2．1．4 不同季节、不同水层对水体理化因子的影响 为了探讨水库水体的各种环境因子在不同季节，不
同深度 中的变化规律，分别在各个季节采取水库坝前及库中不同截面的水样进行分析 ，结果见表1。
从水体深度 来看 ．一年四季6项理 化因子的变化具有共同规律 随着水库深度的增加 ，水体的 T、pH、
DO和 COD逐渐下降．总铁量和悬浮物逐渐增加。
从季节变化来看， 、总铁量和悬浮物3项因子受 自然气候影响大，随着季节变化有较大变化。总铁含量
随季节变化是因为本省多山，山区多红壤土，夏季雨量大，红土可被雨水冲入水库中，增加了水库水体的含
铁量 悬浮物与浮游植物的生物量有直接关 系 夏秋两季 由于浮游植物大 量繁殖 ，其生物量大约为春季两
季的48倍 ，必将导致水体悬浮物增加 。
2．1．5 细菌生长对水体理化因子的影响 微生物生长繁殖需要一定的环境条件，而微生物在其生长过程
中也将改变其周围环境
分析微生物分布较少的表层水和分布较多的中层水 ，可知铁细菌的增殖对水体 中 pH、DO和 COD有
明显的影响 。若铁细菌大量增殖 ，一般可降低水体中的 pH、DO 和COD值(见表2) 这 与铁细菌氧化 Fe抖成
1 1
Fe抖的独特的产能代谢方式有关(2Fe抖+÷O：+2H 一 2Fe -+寺H2O+10．6×4 184kJ)[5]。
t
2．2 水电站地下转水管道
2．2．1 输水管道阻塞物的微生物及其主要成分 阻塞物为棕褐色、恶臭、较粘弭，内有许多灰白色絮状
物，挑取少量涂片镜检，可见大量丝状的鞘细菌，形态见图4。经微生物含量测定，细菌总数为1．1×10 ／g(千
重+下 同)，铁细菌数为2．8X10 ／g，鞘 细菌是丝状苗，用柠檬酸铁铵培养液计数有一定局限性 ，实际苗量 可
能远高于此 数。经化学分析 +pH 6．79，总铁 含量427．5mg／kg，COD 46．14mg／kg。由此可认为，输水管道 阻
塞物的主要组成是大量的鞘细菌丝状体与大量的铁氧化产物的混合物 。
2．2．2 输水管道进 、出 13水中的微生物数量 一 于不同季节采取输水管道进、出口水样 ，测定微 生物数
量 ，结果见表3。细菌总数在 四季都是出水 ，大 于进水 ，夏季苗数最高 铁细菌数则是进水大于出水，也是夏
季苗数最高 。铁细菌进水太于 出水说明该苗有在管遭中增殖滞留现象 管道中含有较多的铁离子+夏秋季
进水 口恰在2l～24℃，这 正是铁细菌天然的生长条件 ，于是大 量 殖 +如夏季进水铁 细菌数 为1．4×10 ／
，阻塞物中铁细菌数为1．4×10‘，g(湿重)，增 殖l0倍。铁细菌增殖可形成大量分技菌丝体，并同时将 Fe
氧化形成不溶性 的 Ire(oH) ，菌丝体与 Fe(OH)。共同构成棕褐色粘稠絮凝状物 ，从而造成管道阻塞
维普资讯 http://www.cqvip.com
1期 许旭萍等 ：闽东一水电站输水管道阻塞原因探讨 87
表1 不同季节不同水层对水体理化因子的影响
Table 1 Effects of different seasons and different water layers on physical-chem ical factors of the waler
表2 细菌生长对水体理化因子的影响
Table 2 Effec ts of bacteria growth on physical-che mical factors of the watsr
Note： pH— pH (2O～ 30m under water)一 pH(0~ 0 5m under water)； DO
、z~COD th¨ 枷 ㈨ ab。ve
维普资讯 http://www.cqvip.com
生 态 学 报 19卷
衰3 输水管道进、出木中的菌■(ml )
Table 3 Bactertml aRIounts in talet and outlet of the water pipe
水样
mple
春 卸ring 夏 Summer 秋 Autumn 牟 Winter
细茸总教 ‘铁细菌数 。细茸总数 。键细菌散 一 细苗 总数 铁细茸鼓 一 细菌总数 ‘铁细翦数
* Numbet of tOtBI bacteria * * Number of sh a1hed bactefia
圈4 阻塞物中鞘细菌的形态特征
Fig．4 M orphological characterist~s of sba athed bacteria 【Ⅱplug ：
1．鞘 内排列的成熟 杆状菌津 ×600×0；2．偎分枝x 600×2 空鞘 幼静杆状茸俸及铁氧化韧团块 x6oD×2；
4．大量丝状苗体×300×2
1．h4utured bacilary cellsiu sheath 2．Pseudo—brancht3．Emply sheaths，im~aturedba cilary celsⅫ d oxMe
iron s：4．Plenty of filameats
3 结语
综上研究结果，可得出 下结论：
(1)造成水电站输水管道阻塞的原因主要是鞘细 菌大量增殖并沉积 Fe(oH) 所致 。
(2)该水库水体中的铁细菌主要为鞘细苗。翁蚌颖 认为自然界有许多微生物对铁、锰的生物学转化
起着重要作用。在天然水体中，铁的氧化，在不同 pH条件下有不同的微生物起作用，当pH>6时 是嘉氏铁
柄杆菌(galllonetla)和鞘细菌 根据水体pH条件及对水撑和管道阻塞物的微生物涂片镜检，可确定该水库
水体 中的铁细菌主要是鞘细菌。
(3)水体温度及总铁含量对鞘细菌效量的消长具有显著影响，三者的变比规律基本一致。
(4)该水库水体中的鞘细菌在自然生境下的最适生长温度为2l～25℃，pH 6．16～B．87，含铁量应高于
0．43mg／L。鞘细菌在水库中分布广，从水深0．5~40m均可生存。
(5)自然气候对水体理化因子 T、悬浮物和总铁影响大 ，但对 pH、DO和 COD影响小，此3项却受微 生
物生命活动的影响，鞘细菌大量生长繁殖的结果将引起pH、DO和COD下降。
(6)鞘细菌在夏季生长最为旺盛，因此建议管道疏通检修工作安排在9月份之后进行较妥。太早进行有
可能会在短期内再次堵塞，造成^力财力损失。
(7)为了根本 治理管道阻塞问题 ，应研究鞘细菌的分 离纯化、培养及其生理学和生态学等问题 ，并拟定
出简便 、经济、快速的治理方法。
维普资讯 http://www.cqvip.com
1期 许旭萍等：闽东一水电站输水管道阻塞原因探讨
参 考 文 献
国家环保局．水和废水监测分析方法．北京 ，中国环境科学出艋社，1989．102~103，108。180，846~850，359．500
束红元等译．水和废水标准检验法．北京 ：中国建筑工业出版社，1988 866~918
Buchanan R E and Gibbons N E．(eds)。Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology(Sth Edn)W iliams and
Will kjns，Baitimore．1974．157～ 175
周群英等．活性污掘球表细菌生态特 征的研究．生态学杂志。1984。(2)：17~20
翁稣籁等．环境微生物学．北京 ：科学出版社，1985．69～80
周贞英．多孢铁细菌在福建的首次报道 福建师 范学院学报 。1985．(1)：23~25
AL shahwani M F．AI-Gh 拍 lj M R and A1 Rawi E A．E{lect of diferent pH ．temperatures and iron(I)concentration
曲 sphaervtilus nataus growth and clarity performance index，Microbiot Bioeechno~，1987，25(4)￡379~383
Jones J G．Some observation on the㈣ rer e 0f the iron bacterium Leptothrix ochracea in fresh~trateT，including ref．
ereRee to large experln~enta[enclosures J． Barri o／，1975，39(1){63~72
M echsner K．The influence 0f the dissolved oxygen concentration on the physiology a力d ~co[ogy 0f Sphe erotl Jus
na】丑ns．Ot~log 1983，60(1)：l8～ 20
l 2 3 4 ： 7 8 9
维普资讯 http://www.cqvip.com