基于活性微生物特征的供水管壁生物膜生长特性

管网生物膜由各种活性微生物、微生物残体及有机无机杂质组成,管网生物膜的生长会导致机会致病菌寄居、管道腐蚀以及水质恶化等系列饮用水卫生问题.为研究供水管壁生物膜形成过程和附着生长活性微生物的分布特征,采用异养菌平板计数(HPC)、流式细胞术(FCM)和16S rRNA高通量测序对3种典型室内供水管材:聚氯乙烯(PVC)、无规共聚聚丙烯(PPR)、不锈钢(STS)内壁活性微生物的生长特性和群落多样性进行了分析.结果表明,PVC管壁生物量在第73 d最先达到峰值,3种管材内壁单位面积最大生物量、生物膜成熟时期生物量均呈现PVC PPR STS的规律. 3种管材表面活性细菌群落结构组成上,PVC管表面主要以硝化螺旋菌门为主,PPR和STS管以疣微菌门为主,其中STS管壁上生物膜物种丰富度最低、多样性最小,群落结构最简单. PVC和PPR管内壁表面相较STS管存在更多的蓝藻细菌和放线菌,在饮用水输配过程中更易引发饮用水嗅味问题.管材介质对管壁生物膜上微生物群落结构存在一定影响.     

供水管网不同管材内壁微生物分布的显微观察

采用扫描电镜、原子力显微镜以及激光共聚焦显微镜对不锈钢插片表面和供水管网末端PPR管内壁微生物的分布和生物膜结构进行了观察和分析.结果表明,在供水管网中,不锈钢材质表面不利于微生物附着生长,在短时间内(3个月)只有很少的微生物附着.在管网末端PPR管表面有明显的微生物附着生长,细菌容易附着在基底表面的凹穴中,细菌与基底是紧密黏附在一起的.扫描电镜和原子力显微镜结合是观察管壁非连续生长生物膜表面结构的有效手段.采用激光扫描共聚焦显微镜可同时实现管壁生物膜内部和三维结构观察.     

不同供水管材生物膜抗生素抗性基因分布特征

为了研究不同材质供水管道内壁生物膜中抗生素抗性基因分布特征和水平转移潜力,利用宏基因组测序对304、316 L不锈钢管和PPR、PE塑料管内壁生物膜进行了分析.结果表明,4种管材内壁生物膜中共检出17类146种抗生素抗性基因.多药类抗性基因在不同管材生物膜中的丰度最高且差别较大,是不同管材生物膜抗生素抗性基因差异的主要原因.不同管材生物膜中可移动遗传元件的总丰度水平较高,但整体上和抗生素抗性基因共存的比例较低,其中整合酶基因表现出和抗生素抗性基因更加密切的关系,可能在抗生素抗性基因的水平转移上发挥重要作用.不同的抗性基因拥有不同种类的潜在宿主,水杆菌属（Aquabacterium）、慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）等高丰度宿主是多药类抗性基因大量存在的基础.不同管材管壁生物膜中抗生素抗性的首要影响因素是细菌群落组成,其次是可移动遗传元件介导的基因水平转移;物种组成和可移动遗传元件共同塑造了抗性基因的分布特征.     

模拟配水管网中管材和余氯对生物膜形成的影响

以环状生物膜挂片反应器(BAR)模拟实际管网,研究了有氯、无氯2种原水情况下,镀锌钢、铸铁、不锈钢、PE、UPVC5种管材上细菌的生长规律.结果表明,单位面积最大细菌数,镀锌钢>铸铁>UPVC>不锈钢>PE;在无氯原水的试验中,达到单位面积最大细菌数所需天数,镀锌钢>(铸铁、不锈钢)>UPVC,PE管上细菌没有较大增加.加氯可控制镀锌钢、PE、UPVC上细菌的生长速度,此外,3种金属管材会发生锈蚀,引起水浊度、色度上升;PE是防止微生物在管壁生长最理想的管材;不锈钢则是值得选择的金属材料.     

曝气生物滤池的生物膜及其微生物种群特征

研究了曝气生物滤池处理模拟生活污水稳态运行时反应器内生物膜的形态特征、生物量和微生物的活性变化特征,分析了生物膜及微生物种群的空间变化规律.结果表明,曝气生物滤池的生物膜形态、颜色和厚度具有沿水流方向渐变的特点,而生物膜密度则在垂直方向上分布不均匀,靠近载体表面部分空隙较大;生物量沿水流方向出现逐步递减的趋势,生物膜活性变化呈现明显的倒“V”型特点;微生物种群组成多样,食物链长且相互交叉,系统营养结构复杂,高端营养级微生物种群所占比例较高,底物利用范围大,沿水流方向可形成不同代谢类型微生物的优势群落.     

供水PE和PPR塑料管内表面生物膜群落组成及其代谢特征

饮用水管道材料可以影响管壁生物膜群落组成,其代谢功能的差异又会导致不同的微生物风险.以PE管和PPR管为实验对象,结合16S rRNA测序、非靶向代谢组学、流式细胞仪和激光共聚焦扫描显微镜等方法,探究不同塑料管材对管壁生物膜微生物群落组成、代谢过程和微生物量的影响.结果表明,PPR管生物膜中微生物多样性和丰富度明显高于PE管.PPR管生物膜中变形菌门和拟杆菌门相对丰度高于PE管,PE管生物膜中放线菌门和酸杆菌门相对丰度高于PPR管.PE管壁生物膜中微生物代谢产物主要为十五烷酸、棕榈油酸和乙底酚等物质,PPR管生物膜中微生物代谢产物主要有13-氧化ODE、间香豆酸、7-羟基香豆素和松三糖等物质.相比于PPR管,PE管生物膜中与微生物代谢产物相对应的代谢通路包括核苷酸代谢、脂肪酸的生物合成和嘌呤代谢等表达量显著上调.与PPR管相比,PE管生物膜厚度更厚、微生物量更多,活菌比例更高,容易导致更强的微生物风险.因此,建议以后深入探究不同材质的塑料管对生物膜形成的影响机制并提出相应控制措施,以确保饮用水塑料管网水质微生物安全.     

青藏铁路沿线土壤可培养微生物种群多样性分析

选择青藏铁路沿线不同海拔高度的10个地点采集土壤样品,采用3种不同的培养基分离培养其中的微生物;提取各土壤样品可培养微生物菌体基因组DNA,进行16S rDNA的PCR扩增,对可培养微生物种群多样性进行分析.结果表明,该地区可培养微生物的数量为1×106～8×106 CFU/g.16S rDNA序列分析发现,分离培养的微生物主要包括厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门γ亚群(Gammaproteobacteria) 3个类群,分别占菌株总数的53.1%,29.6%和16.0%.其中,Bacillus sp.为优势菌属,占菌株总数的29.6%;Bacillus simplex为优势种,占菌株总数的12.3%.      

模拟给水管网中管壁生物膜生成特性

使用2 台不同设计参数的生物膜培养反应器(RAB)模拟不同管径的实际管网,研究了生物膜生成特性及规律.结果表明,2 个反应器具有相似的生物膜生成特性.在反应器运行初期,挂片水平分区的4 部分(M₁、M₂、M₃、M₄)生物量的平均值没有明显的差别,但运行4d 后,挂片上部(M₁、M₂)和下部(M₃、M₄)生物量变化明显,下部较上部高出1~2 个数量级;对挂片垂直分区的2 个部分(X、Y)运行5d 后,X 区生物量是迎水区Y 区的2~3 倍.在相同的进水条件下,不同反应器生物膜达到最大生物量的时间基本一致,不同设计参数的RAB 具有相似的模拟实际管网的性能.     

关于城市供水管网水质影响因素研究

随着社会生活质量的提高,人们对于城市供水质量的要求越来越高。现阶段,城市自来水公司的水质输出基本达到饮用水质标准,且总合格率控制在99%。然而,当水体在进行运送到用户家庭的过程中,供水管网的物理或生物性作用,往往造成水质发生恶变,导致用户的用水质量有所降低。本文通过对供水管网及其对水质影响的研究,综合性提出解决管网水质恶变的措施,希望能够为这一领域的发展提供些参考价值。     

蓝藻胞外聚合物对供水管网水质的影响

针对游离态蓝藻胞外聚合物（EPS）在常规水处理工艺中不易去除、残留蓝藻EPS极易进入供水管网的特性,研究了蓝藻EPS对供水管网水质变化及生物稳定性的影响.针对管道使用时限分析了不同管道内部产生附膜条件下,蓝藻EPS对供水管网中余氯、浑浊度、生物稳定性、有机组分等主要水质指标变化规律的影响.结果表明,蓝藻EPS加快了管网余氯衰减速度,导致管网水质浑浊度在12~24h后即超出生活饮用水卫生标准上限,并使管网水质生物稳定性降低,BDOC在72h内增加37.2~39.5%,AOC增加365~393%,总活菌数升高18~20倍.阐明了蓝藻水华爆发时期净水厂出厂水残留蓝藻EPS在管网余氯存在前提下,仍然能够作为微生物营养基质和代谢能量,而促进管道内细菌生长繁殖,增加微生物代谢活性,刺激微生物胞外有机组分分泌释放,导致管网水质二次污染.     

Impact of disinfection on drinking water biofilm bacterial community

Disinfectants are commonly applied to control the growth of microorganisms in drinking water distribution systems. However, the effect of disinfection on drinking water microbial community remains poorly understood. The present study investigated the impacts of different disinfectants (chlorine and chloramine) and dosages on biofilm bacterial community in bench-scale pipe section reactors. Illumina MiSeq sequencing illustrated that disinfection strategy could affect both bacterial diversity and community structure of drinking water biofilm. Proteobacteria tended to predominate in chloraminated drinking water biofilms, while Firmicutes in chlorinated and unchlorinated biofilms. The major proteobacterial groups were influenced by both disinfectant type and dosage. In addition, chloramination had a more profound impact on bacterial community than chlorination.     

Molecular analysis of long-term biofilm formation on PVC and cast iron surfaces in drinking water distribution system

To understand the impacts of different plumbing materials on long-term biofilm formation in water supply system, we analyzed microbial community compositions in the bulk water and biofilms on faucets with two different materials-polyvinyl chloride （PVC） and cast iron, which have been frequently used for more thanlO years. Pyrosequencing was employed to describe both bacterial and eukaryotic microbial compositions. Bacterial communities in the bulk water and biofilm samples were significantly different from each other. Specific bacterial populations colonized on the surface of different materials. Hyphomicrobia and corrosion associated bacteria, such as Acidithiobacillus spp., Aquabacterium spp., Limnobacter thiooxidans, and Thiocapsa spp., were the most dominant bacteria identified in the PVC and cast iron biofilms, respectively, suggesting that bacterial colonization on the material surfaces was selective. Mycobacteria and Legionella spp. were common potential pathogenic bacteria occurred in the biofilm samples, but their abundance was different in the two biofilm bacterial communities. In contrast, the biofilm samples showed more similar eukaryotic communities than the bulk water. Notably, potential pathogenic fungi, i.e., Aspergillus spp. and Candida parapsilosis, occurred in similar abundance in both biofilms. These results indicated that microbial community, especially bacterial composition was remarkably affected by the different pipe materials （PVC and cast iron）.     

不同管材对氯胺消毒副产物生成与水质生物稳定性的影响

模拟考察了上海某水厂出厂水在不同输配管网体系中水质的变化规律,研究了管材和氯胺投加量对输配过程水质变化的影响.结果表明,不同输配管网体系氯胺的衰减速率总体上符合如下规律:镀锌管>铜管>不锈钢管>聚乙烯管(PE管)>三型聚丙烯管(PPR管),季节因素对氯胺衰减速率影响较大,秋冬季节氯胺衰减的速率显著降低;消毒副产物三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)的生成规律为:PE管?PPR管>玻璃管>不锈钢管>铜管>镀锌管;五种管材中异氧菌总数(HPC)的生长数量为:镀锌管>>PE管>不锈钢管>PPR管>铜管;铜管和PE管中生物可同化有机碳(AOC)显著高于其余管材及出厂水.     

Phosphorus limitation on bacterial regrowth in drinking water

Assimilable organic carbon(AOC) test and bacterial regrowth potential(BRP) analysis were used to investigate the effect of phosphorus on bacterial regrowth in the drinking water that was made from some raw water taken from a reservoir located in northern China. It was shown that AOC of the drinking water samples increased by 43.9%—59.6% and BRP increased by 100%—235% when 50 μg/L PO4^3--P(as NaH2PO4 ) was added alone to the drinking water samples. This result was clear evidence of phosphorus limitation on bacteria regrowth in the drinking water. This investigation indicated the importance of phosphorus in ensuring biological stability of drinking water and offered a novel possible option to restrict microbial regrowth in drinking water distribution system by applying appropriate technologies to remove phosphorus efficiently from drinking water in China.     

供水管网大口径管道管垢中污染物分布的径向差异

以管龄为11年的城市主供水管道上的DN300球墨铸铁管为研究对象,采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、晶体衍射结构分析(XRD)等手段对其径向不同位置的管垢进行了表征,并分析了其各类金属与有机污染物的分布差异.结果表明:管道下部的管垢总量高,平均粒径大.重金属在空间上的分布明显不同,铁、锰、锌、铅、铜和铬在上部的管垢中含量最高,而下部管垢中,铝的含量最高,该分布与管垢中其来源密切相关.管垢中累积了多种的有机污染物,除了微生物代谢形成的烃类物质之外,还累积了藻类的代谢产物及外源有机污染物,不同位置上出现的有机污染物类型也有所差异.该研究结果对将来饮用水管网生物化学安全的研究方法提出了更高的要求,并为管网的饮用水安全保障提供了理论依据.     

供水系统水质生物稳定性与细菌生长相关分析

以上海市某水厂实际供水系统为研究对象,从水源、水厂净水工艺到输配水管网对城市供水水质生物稳定性与微生物生长相关性进行了系统分析.结果表明,由于水源污染和常规净水工艺局限性,水厂出水水质不能保障生物稳定性,在输配管网中,BDOC、浊度、余氯、异养菌数量存在明显的相关性.控制出厂水有机物含量,保持管网免受二次污染和强化消毒可有效减少管网中微生物繁殖生长.     

MBfR处理水中氧化性污染物的研究进展

水中的无机阴离子、重金属离子和有机化合物等氧化性污染物在环境中稳定存在且难降解,不仅污染环境,同时也会对人体造成危害.作为一种新型的膜处理技术,氢基质膜生物膜反应器（MBfR）由于其独创性、经济性和对氧化性污染物较好的处理效果而引起了人们的极大关注.本文以MBfR为研究对象,系统介绍了反应器构型和工作原理,详细讨论了MBfR处理水中典型氧化性污染物的实验研究和中试应用现状,针对现有研究的不足,展望了MBfR的发展趋势.