東北某市寒區(qū)湖庫(kù)型主體水和生物膜中耐氯菌數(shù)目、再生長(zhǎng)現(xiàn)象研究（二）
2結(jié)果與討論
2.1供水系統(tǒng)主體水細(xì)菌再生長(zhǎng)
表2為供水系統(tǒng)不同取樣點(diǎn)主體水水質(zhì)，可以看出，該供水系統(tǒng)的出廠水（清水池水樣）均優(yōu)于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB 5749—2006》規(guī)定的相應(yīng)水質(zhì)指標(biāo)，出水水質(zhì)較好。如表1，2所示，本研究所選擇的供水系統(tǒng)在一個(gè)完整的監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，細(xì)菌再生長(zhǎng)現(xiàn)象隨著供水管線的延長(zhǎng)有增大的趨勢(shì)，但相關(guān)不顯著。供水管網(wǎng)中細(xì)菌數(shù)目與管材、管齡相關(guān)度不明顯，在新管網(wǎng)（管齡1——4 a）中細(xì)菌再生長(zhǎng)現(xiàn)象仍然很普遍，很嚴(yán)重。供水管網(wǎng)中細(xì)菌數(shù)目與消毒劑質(zhì)量濃度呈一定的負(fù)相關(guān)（r=-0.51，p=0.04），由于消毒劑的存在細(xì)菌再生長(zhǎng)現(xiàn)象在管網(wǎng)中受到一定程度的抑制，但這種抑制很有限，在余氯質(zhì)量濃度大于0.2 mg/L時(shí)仍然存在大量的細(xì)菌。Zhang等在美國(guó)北卡羅萊納州Durham縣的兩座加氯供水系統(tǒng)也發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌再生長(zhǎng)現(xiàn)象，并且認(rèn)為消毒劑質(zhì)量濃度是決定HPC水平的最重要因子，管網(wǎng)中的細(xì)菌再生長(zhǎng)是管網(wǎng)中水質(zhì)化學(xué)、物理及運(yùn)行參數(shù)等復(fù)雜交互作用的結(jié)果，而不是簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系。因此，需要重點(diǎn)開(kāi)展供水管網(wǎng)主體水和生物膜細(xì)菌再生長(zhǎng)及耐氯性細(xì)菌的研究。
表2供水系統(tǒng)不同取樣點(diǎn)主體水水質(zhì)
2.2供水系統(tǒng)主體水和生物膜中耐氯性細(xì)菌
2.2.1主體水中耐氯性細(xì)菌的存在性分析
如圖2所示，所選取的6個(gè)取樣點(diǎn)中，主體水中總細(xì)菌和耐氯細(xì)菌的存在差別很大。該供水系統(tǒng)中異養(yǎng)菌總數(shù)在50——22000 CFU/mL，濾后水在清水池消毒后達(dá)近3-log滅活率，加氯消毒去除了大部分微生物。在不同水樣中繼續(xù)加入0.6 mg/L的Cl2，發(fā)現(xiàn)各采樣點(diǎn)仍存在一定數(shù)目的細(xì)菌（130——830 CFU/mL），可以認(rèn)為這部分細(xì)菌具有較高的抗氯性，為耐氯菌。濾后水中的耐氯菌數(shù)目最多（830 CFU/mL），顯著大于其他加氯后主體水的耐氯菌數(shù)目（P＞0.01）。在出廠水0.6 mg/L余氯水平下，自來(lái)水經(jīng)管網(wǎng)輸送，耐氯菌的數(shù)量隨著管線的延長(zhǎng)逐漸增加，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），其中存在的耐氯菌在管網(wǎng)中一般小于350 CFU/mL，各管網(wǎng)采樣點(diǎn)的耐氯性檢測(cè)的氯滅活率均不到35%.研究表明，在出廠水水質(zhì)較好的管網(wǎng)中，管網(wǎng)生物膜是主體水微生物的的主要來(lái)源，因此，可以推測(cè)該部分細(xì)菌可能主要來(lái)源于管壁生物膜的脫落，而脫落的管壁生物膜的微生物在氯的存在下仍然可以再生長(zhǎng)，這些脫落的管壁生物膜中的微生物勢(shì)必會(huì)對(duì)飲用水安全性造成危害。生物膜的存在對(duì)部分細(xì)菌起到了保護(hù)作用，使其免于消毒劑的滅活，從而在高質(zhì)量濃度余氯的供水管網(wǎng)中存活，而且懸浮顆粒上的細(xì)菌與懸浮菌相比抗氯性至少增加44%.因此，管壁生物膜的沖刷脫落是該供水管網(wǎng)出水細(xì)菌耐氯的重要來(lái)源之一。
圖2供水系統(tǒng)主體水中總細(xì)菌和耐氯細(xì)菌數(shù)目
2.2.2生物膜中耐氯性細(xì)菌的存在性分析
圖3是該供水系統(tǒng)生物膜中總細(xì)菌和耐氯細(xì)菌的分布。在水廠反沖洗廢水顆粒中存在109CFU/g的細(xì)菌，經(jīng)耐氯菌檢測(cè)后還存在104CFU/g，顯著大于其他加氯后的生物膜耐氯菌數(shù)目（P＜0.05）。在清水池壁上的總細(xì)菌和耐氯菌數(shù)目只有103CFU/cm2，這說(shuō)明經(jīng)水廠過(guò)濾后截留了大量的細(xì)菌，而耐氯菌相對(duì)不容易被截留。研究表明，在經(jīng)過(guò)濾處理的加氯（約為0.5 mg/L Cl2）自來(lái)水中發(fā)現(xiàn)了大量的極微細(xì)菌（＜0.20μm）。經(jīng)消毒輸送至管網(wǎng)后，管網(wǎng)生物膜的總細(xì)菌數(shù)超過(guò)106CFU/cm2，耐氯菌數(shù)目也維持在103CFU/cm2水平。結(jié)果表明，隨著管網(wǎng)延伸，管網(wǎng)生物膜的耐氯細(xì)菌數(shù)目也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。隨著消毒劑質(zhì)量濃度的下降，管網(wǎng)生物膜中的細(xì)菌數(shù)目也在逐步上升，其中耐氯細(xì)菌也會(huì)進(jìn)一步增加。
圖3供水系統(tǒng)生物膜總細(xì)菌和耐氯細(xì)菌數(shù)目
2.2.3主體水和生物膜中耐氯性細(xì)菌的對(duì)比
圖4為該供水系統(tǒng)主體水和生物膜懸浮液中細(xì)菌滅活率的對(duì)比。與主體水相比，生物膜懸浮液中的細(xì)菌滅活率均較大。一般認(rèn)為細(xì)菌的抗氯機(jī)制可以分為細(xì)菌的個(gè)體原因和群體原因，即可以分為浮游生物的抗氯性和細(xì)菌群體生物膜的抗氯性，實(shí)際供水系統(tǒng)中細(xì)菌群體生物膜抗氯性占大多數(shù)。由于消毒劑在細(xì)菌群體生物膜基質(zhì)中的擴(kuò)散限制和反應(yīng)抑制，消毒劑不能深入生物膜底層；同時(shí)，細(xì)菌長(zhǎng)期在亞致死質(zhì)量濃度的消毒劑中生長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致部分個(gè)體細(xì)菌的抗氯性增加。在生物膜中細(xì)菌對(duì)消毒劑的抗性，很多時(shí)候并不是該細(xì)菌的真正抗性，當(dāng)生物膜基質(zhì)的保護(hù)作用得以消除，這部分細(xì)菌將會(huì)被消毒劑殺死。而本研究主要檢測(cè)的是個(gè)體細(xì)菌的耐氯性，因此，生物膜懸浮液中的大部分細(xì)菌會(huì)被氯殺滅。清水池水樣中，在0.6 mg/L的余氯條件下，細(xì)菌數(shù)目還會(huì)繼續(xù)增加，這說(shuō)明在高質(zhì)量濃度余氯生長(zhǎng)的細(xì)菌大多比較耐氯。雖然主體水中的細(xì)菌滅活率要小于生物膜中的細(xì)菌滅活率，但生物膜中細(xì)菌數(shù)目高于主體水中細(xì)菌數(shù)目3——5個(gè)數(shù)量級(jí)，生物膜中耐氯菌數(shù)目也一般高于主體水的耐氯菌數(shù)目2個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，在生物膜中更容易發(fā)現(xiàn)耐氯菌。由于生物膜中存在諸如胞外聚合物（EPS）等復(fù)雜的組分和更多的群體細(xì)菌數(shù)目，減少了消毒劑在生物膜基質(zhì)中的擴(kuò)散限制和反應(yīng)抑制作用，使得生物膜中細(xì)菌具有更強(qiáng)的抗氯性。本研究在檢測(cè)生物膜中的耐氯菌時(shí)，首先通過(guò)超聲波和漩渦振蕩法分散細(xì)胞群體生物膜，使生物膜中的個(gè)體細(xì)胞釋放出來(lái)，盡量減少消毒劑在生物膜基質(zhì)中的擴(kuò)散限制和反應(yīng)抑制作用，也盡量使“真正”的耐氯細(xì)菌能得以檢出。
圖4供水系統(tǒng)主體水和生物膜懸浮液中細(xì)菌滅活率的對(duì)比
管網(wǎng)生物膜是主體水微生物的的主要來(lái)源，是導(dǎo)致水質(zhì)惡化的主要原因。然而從供水系統(tǒng)中完全去除生物膜幾乎是不可能的，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)控制和減少生物膜的生長(zhǎng)：采用深度處理工藝降低出廠水的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，采用UV+液氯聯(lián)合消毒降低出廠水的微生物數(shù)量，提高余氯質(zhì)量濃度，管網(wǎng)中二次加氯，增大管網(wǎng)內(nèi)的水流速，在用戶入管盡量采用不銹鋼和PE材質(zhì)的管道材料；對(duì)于已經(jīng)產(chǎn)生較多管網(wǎng)生物膜的區(qū)域，可以定期進(jìn)行消毒劑+沖洗聯(lián)合清洗方式去除大部分生物膜，在用戶終端采用一些水凈化和消毒（UV或O3）裝置。
2.3供水系統(tǒng)生物膜掃描電鏡觀察
供水系統(tǒng)6個(gè)樣品生物膜的掃描電鏡觀察結(jié)果見(jiàn)圖5.可以看出，在水廠濾池反沖洗前期廢水的顆粒中能明顯看到微生物，能見(jiàn)桿菌和球菌，以桿菌居多，經(jīng)加氯消毒后在清水池池壁上未觀察到微生物。出廠水在管網(wǎng)輸送過(guò)程中，生物膜中的微生物細(xì)胞數(shù)目隨著輸送距離的增加有增多的趨勢(shì)。在管網(wǎng)的中末端，鍍鋅鐵和水泥瓷磚材料上的生物膜中微生物數(shù)量較多，且能見(jiàn)細(xì)菌團(tuán)聚的形式存在，并形成了明顯的腐蝕瘤。電鏡照片顯示腐蝕瘤內(nèi)部是豐富的微生物，亦能見(jiàn)桿菌和球菌，以桿菌居多。玻璃鋼材料上的生物膜中微生物數(shù)量也較多，而PPR管材上的生物膜中微生物數(shù)量相對(duì)較少，這可能是因?yàn)橹唤?jīng)過(guò)了很短的管網(wǎng)輸送（300 m）。上述觀察結(jié)果與細(xì)菌總數(shù)趨勢(shì)完全一致。而在微生物種類上，這幾種材料上生物膜中的微生物均能見(jiàn)桿菌和球菌，以桿菌居多。王薇等和張向誼等研究給水管網(wǎng)管壁微生物生長(zhǎng)特性時(shí)發(fā)現(xiàn)，給水管網(wǎng)管壁中的微生物以球菌和桿菌為主，與本文研究結(jié)果基本一致。從電鏡照片上看，不同材料上附著的生物膜的微生物形態(tài)相對(duì)比較接近，能見(jiàn)桿菌和球菌，以桿菌居多，差異不明顯。
圖5供水系統(tǒng)生物膜掃描電鏡觀察結(jié)果
3結(jié)論
1）細(xì)菌再生長(zhǎng)現(xiàn)象隨著供水管線的延長(zhǎng)有增大的趨勢(shì)，但相關(guān)不顯著。供水管網(wǎng)中細(xì)菌數(shù)目與管材、管齡相關(guān)度不明顯，在新管網(wǎng)（管齡1——4 a）中細(xì)菌再生長(zhǎng)現(xiàn)象仍然很普遍，很嚴(yán)重。供水管網(wǎng)中細(xì)菌數(shù)目與消毒劑質(zhì)量濃度呈一定的負(fù)相關(guān)。
2）耐氯菌在該供水系統(tǒng)中普遍存在，生物膜中耐氯菌數(shù)目一般高于主體水中2個(gè)數(shù)量級(jí)。在清水池高質(zhì)量濃度余氯環(huán)境下生長(zhǎng)的細(xì)菌大多比較耐氯。
3）不同供水材料上生物膜的微生物形態(tài)能見(jiàn)桿菌和球菌，以桿菌居多。
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