东北某市寒区湖库型主体水和生物膜中耐氯菌数目、再生长现象研究（二）
2结果与讨论
2.1供水系统主体水细菌再生长
表2为供水系统不同取样点主体水水质，可以看出，该供水系统的出厂水（清水池水样）均优于《生活饮用水卫生标准GB 5749—2006》规定的相应水质指标，出水水质较好。如表1，2所示，本研究所选择的供水系统在一个完整的监测周期内，细菌再生长现象随着供水管线的延长有增大的趋势，但相关不显著。供水管网中细菌数目与管材、管龄相关度不明显，在新管网（管龄1——4 a）中细菌再生长现象仍然很普遍，很严重。供水管网中细菌数目与消毒剂质量浓度呈一定的负相关（r=-0.51，p=0.04），由于消毒剂的存在细菌再生长现象在管网中受到一定程度的抑制，但这种抑制很有限，在余氯质量浓度大于0.2 mg/L时仍然存在大量的细菌。Zhang等在美国北卡罗莱纳州Durham县的两座加氯供水系统也发现了细菌再生长现象，并且认为消毒剂质量浓度是决定HPC水平的最重要因子，管网中的细菌再生长是管网中水质化学、物理及运行参数等复杂交互作用的结果，而不是简单的统计学关系。因此，需要重点开展供水管网主体水和生物膜细菌再生长及耐氯性细菌的研究。
表2供水系统不同取样点主体水水质
2.2供水系统主体水和生物膜中耐氯性细菌
2.2.1主体水中耐氯性细菌的存在性分析
如图2所示，所选取的6个取样点中，主体水中总细菌和耐氯细菌的存在差别很大。该供水系统中异养菌总数在50——22000 CFU/mL，滤后水在清水池消毒后达近3-log灭活率，加氯消毒去除了大部分微生物。在不同水样中继续加入0.6 mg/L的Cl2，发现各采样点仍存在一定数目的细菌（130——830 CFU/mL），可以认为这部分细菌具有较高的抗氯性，为耐氯菌。滤后水中的耐氯菌数目最多（830 CFU/mL），显著大于其他加氯后主体水的耐氯菌数目（P＞0.01）。在出厂水0.6 mg/L余氯水平下，自来水经管网输送，耐氯菌的数量随着管线的延长逐渐增加，但差异无统计学意义（P＞0.05），其中存在的耐氯菌在管网中一般小于350 CFU/mL，各管网采样点的耐氯性检测的氯灭活率均不到35%.研究表明，在出厂水水质较好的管网中，管网生物膜是主体水微生物的的主要来源，因此，可以推测该部分细菌可能主要来源于管壁生物膜的脱落，而脱落的管壁生物膜的微生物在氯的存在下仍然可以再生长，这些脱落的管壁生物膜中的微生物势必会对饮用水安全性造成危害。生物膜的存在对部分细菌起到了保护作用，使其免于消毒剂的灭活，从而在高质量浓度余氯的供水管网中存活，而且悬浮颗粒上的细菌与悬浮菌相比抗氯性至少增加44%.因此，管壁生物膜的冲刷脱落是该供水管网出水细菌耐氯的重要来源之一。
图2供水系统主体水中总细菌和耐氯细菌数目
2.2.2生物膜中耐氯性细菌的存在性分析
图3是该供水系统生物膜中总细菌和耐氯细菌的分布。在水厂反冲洗废水颗粒中存在109CFU/g的细菌，经耐氯菌检测后还存在104CFU/g，显著大于其他加氯后的生物膜耐氯菌数目（P＜0.05）。在清水池壁上的总细菌和耐氯菌数目只有103CFU/cm2，这说明经水厂过滤后截留了大量的细菌，而耐氯菌相对不容易被截留。研究表明，在经过滤处理的加氯（约为0.5 mg/L Cl2）自来水中发现了大量的极微细菌（＜0.20μm）。经消毒输送至管网后，管网生物膜的总细菌数超过106CFU/cm2，耐氯菌数目也维持在103CFU/cm2水平。结果表明，随着管网延伸，管网生物膜的耐氯细菌数目也呈增长趋势。随着消毒剂质量浓度的下降，管网生物膜中的细菌数目也在逐步上升，其中耐氯细菌也会进一步增加。
图3供水系统生物膜总细菌和耐氯细菌数目
2.2.3主体水和生物膜中耐氯性细菌的对比
图4为该供水系统主体水和生物膜悬浮液中细菌灭活率的对比。与主体水相比，生物膜悬浮液中的细菌灭活率均较大。一般认为细菌的抗氯机制可以分为细菌的个体原因和群体原因，即可以分为浮游生物的抗氯性和细菌群体生物膜的抗氯性，实际供水系统中细菌群体生物膜抗氯性占大多数。由于消毒剂在细菌群体生物膜基质中的扩散限制和反应抑制，消毒剂不能深入生物膜底层；同时，细菌长期在亚致死质量浓度的消毒剂中生长也会导致部分个体细菌的抗氯性增加。在生物膜中细菌对消毒剂的抗性，很多时候并不是该细菌的真正抗性，当生物膜基质的保护作用得以消除，这部分细菌将会被消毒剂杀死。而本研究主要检测的是个体细菌的耐氯性，因此，生物膜悬浮液中的大部分细菌会被氯杀灭。清水池水样中，在0.6 mg/L的余氯条件下，细菌数目还会继续增加，这说明在高质量浓度余氯生长的细菌大多比较耐氯。虽然主体水中的细菌灭活率要小于生物膜中的细菌灭活率，但生物膜中细菌数目高于主体水中细菌数目3——5个数量级，生物膜中耐氯菌数目也一般高于主体水的耐氯菌数目2个数量级，因此，在生物膜中更容易发现耐氯菌。由于生物膜中存在诸如胞外聚合物（EPS）等复杂的组分和更多的群体细菌数目，减少了消毒剂在生物膜基质中的扩散限制和反应抑制作用，使得生物膜中细菌具有更强的抗氯性。本研究在检测生物膜中的耐氯菌时，首先通过超声波和漩涡振荡法分散细胞群体生物膜，使生物膜中的个体细胞释放出来，尽量减少消毒剂在生物膜基质中的扩散限制和反应抑制作用，也尽量使“真正”的耐氯细菌能得以检出。
图4供水系统主体水和生物膜悬浮液中细菌灭活率的对比
管网生物膜是主体水微生物的的主要来源，是导致水质恶化的主要原因。然而从供水系统中完全去除生物膜几乎是不可能的，可以从以下几个方面来控制和减少生物膜的生长：采用深度处理工艺降低出厂水的营养物质，采用UV+液氯联合消毒降低出厂水的微生物数量，提高余氯质量浓度，管网中二次加氯，增大管网内的水流速，在用户入管尽量采用不锈钢和PE材质的管道材料；对于已经产生较多管网生物膜的区域，可以定期进行消毒剂+冲洗联合清洗方式去除大部分生物膜，在用户终端采用一些水净化和消毒（UV或O3）装置。
2.3供水系统生物膜扫描电镜观察
供水系统6个样品生物膜的扫描电镜观察结果见图5.可以看出，在水厂滤池反冲洗前期废水的颗粒中能明显看到微生物，能见杆菌和球菌，以杆菌居多，经加氯消毒后在清水池池壁上未观察到微生物。出厂水在管网输送过程中，生物膜中的微生物细胞数目随着输送距离的增加有增多的趋势。在管网的中末端，镀锌铁和水泥瓷砖材料上的生物膜中微生物数量较多，且能见细菌团聚的形式存在，并形成了明显的腐蚀瘤。电镜照片显示腐蚀瘤内部是丰富的微生物，亦能见杆菌和球菌，以杆菌居多。玻璃钢材料上的生物膜中微生物数量也较多，而PPR管材上的生物膜中微生物数量相对较少，这可能是因为只经过了很短的管网输送（300 m）。上述观察结果与细菌总数趋势完全一致。而在微生物种类上，这几种材料上生物膜中的微生物均能见杆菌和球菌，以杆菌居多。王薇等和张向谊等研究给水管网管壁微生物生长特性时发现，给水管网管壁中的微生物以球菌和杆菌为主，与本文研究结果基本一致。从电镜照片上看，不同材料上附着的生物膜的微生物形态相对比较接近，能见杆菌和球菌，以杆菌居多，差异不明显。
图5供水系统生物膜扫描电镜观察结果
3结论
1）细菌再生长现象随着供水管线的延长有增大的趋势，但相关不显著。供水管网中细菌数目与管材、管龄相关度不明显，在新管网（管龄1——4 a）中细菌再生长现象仍然很普遍，很严重。供水管网中细菌数目与消毒剂质量浓度呈一定的负相关。
2）耐氯菌在该供水系统中普遍存在，生物膜中耐氯菌数目一般高于主体水中2个数量级。在清水池高质量浓度余氯环境下生长的细菌大多比较耐氯。
3）不同供水材料上生物膜的微生物形态能见杆菌和球菌，以杆菌居多。
相关新闻推荐
2、不同温度、pH值、光照及培养基对灰葡萄孢、黄曲霉菌株生长影响
3、基于ELISA和细菌生长曲线应用的结合定量检测肠炎沙门氏菌（二）