基于分子生物学的供水管网中耐氯菌的鉴别及其多样性研究

供水管网是城市的重要基础设施，净化后的水经供水管网输送后往往达不到水质标准，即净化后的水在管网中受到了二次污染。当前，以氯作为消毒剂时，国内外控制管网内水二次污染的主要指标为余氯量。在管网中，余氯与有机物、微生物、管材等发生物理、化学以及微生物等作用，同时，管网水中的耐氯菌对余氯的这一系列过程起到了抵抗作用。此项研究包括：基于分子生物学手段，进行供水管网中耐氯菌的筛选和确定；研究耐氯菌种群多样性和群落演替规律；基于管网内耐氯菌对氯消毒过程的抵抗机制及耐氯菌的控制机理研究，揭示耐氯菌与氯消毒过程的关系。本项目的研究成果可以解决供水管网中耐氯菌的存在对氯消毒效果的影响问题，为控制水在管网中的二次污染及提高氯在管网中的消毒效果提供依据。

供水管网是贫营养高余氯浓度的极端环境体系。尽管如此，很多微生物仍存活于管网中，这些耐氯微生物会对氯消毒过程产生影响，对饮用水水质安全造成威胁。本项目基于分子生物学手段，通过实验室模拟及实际管网实验相结合的方式，如期完成了预期研究内容，取得了一定的研究成果。选取PE、不锈钢、铸铁三种常用管材进行实验室实验，研究确定了不同管材不同余氯浓度条件下，生物膜达到稳定的周期，以及生物膜生物量的变化规律和影响因素；对培养的生物膜群落结构以及生物多样性进行了研究，共分离得到59株细菌，其中47株细菌鉴定成功，其归属于13个科18个属，其中鞘脂菌属、微杆菌属出现的频率最高；不同管材之间生物多样性差别很大；三种管材中分离到细菌菌属差别很大，共同拥有的菌属仅有鞘脂单胞菌属。动态模拟实验研究表明，管材对主体水余氯、TOC、细菌总数和生物膜群落结构影响均较大，而流速、余氯只对主体水余氯和生物膜细菌总数影响较大。通过BAR反应器研究了铜（Cu）、聚乙烯（PE）、不锈钢（STS）、铸铁（CI）和水泥砂浆涂层的聚碳酸酯（CP）5种管材对生物膜形成的影响。结果表明，在生物膜形成初期，CP管上附着生物量最高，28天之后CI附着了最多的微生物，前120天铜管上附着了最低细菌数量，但159天后STS附着了最低细菌数量。生物膜成熟时，γ变形菌纲中的摩拉克菌属和α变形菌纲中的鞘氨醇单胞菌属在所有管道材料中均存在。除水泥砂浆涂层管材外，厚壁菌门中的芽孢杆菌属均存在。其它细菌则只存于1~3种管材中。以东北两市供水管网系统为研究对象进行实际管网的实验研究，分析了不同水源水质和消毒工艺等条件下的耐氯菌数量、种群多样性及群落演替规律。两市的供水管网生物膜中，随管线的延长，细菌多样性越来越丰富，占比第一的优势菌门类都为变形菌门，占总细菌量36.7%~99.7%不等，γ变形菌纲为变形菌门中占比最大的纲类，其次为α变形菌纲。从属水平来看，假单胞菌属、浮霉状菌属、鞘脂菌属、红假单胞菌属等细菌占优势，说明这些菌对消毒剂有一定的耐受性，浮霉状菌属对ClO2更具耐受性，鞘脂菌属、红假单胞菌属对Cl2更具耐受性，而假单胞菌属细菌对ClO2和Cl2都有较强的耐受性。此外，还研究了实际管网中分离出的典型耐氯菌不同存在条件下的形成、生长和传质特性。基于耐氯菌对氯消毒的抵抗机制及对其去除和控制机理研究，揭示了耐氯菌与氯消毒过程的关系。