饮用水管网生物膜的界面微观过程及其同步辐射研究

Human health and biological safety problems resulted from urban drinking water pipe network biofilms pollution have attracted wide concern. The formation of biofilms and its influence on water quantity is closely related to water-biofilms-pipe wall surface. The complex interaction between pollutants and interface is the core of the environmental pollution. Combined with the actual sampling and indoor simulation experiment, this project will use synchrotron radiation based microstructural analysis and modern biotechnology to explore the process of biofilms formation on water-pipe wall micro-surface. In situ test will be carried out from the adhesion of bacteria to biofilms formation. The relationship between environmental factors and elements distribution characteristics of biofilm in microscopic scale will be studied. Bacterial synergy involved in the pipeline corrosion will be discussed. This project will provide the theory basis for the drinking water pipe network biofilms pollution control.

城市饮用水管网生物膜污染导致的生物安全性和人体健康问题广受关注。管网生物膜的形成及其对水质的影响与水-生物膜-管壁的界面微观作用过程密切相关，其中污染物与界面之间复杂的相互作用，是其环境污染效应的核心问题。本项目针对管网生物膜引起的生物安全问题，结合实际采样和室内模拟实验，采用基于同步辐射的STXM、μ-XAFS等微结构分析和现代生物技术，从分子水平上阐明生物膜形成过程中水-生物膜-管壁的界面微观作用过程，开展管网表面从细菌附着到生物膜形成的同步辐射原位检测；明确管网生物膜形成过程中环境因子和元素微区分布特征与管网生物膜发育和维持的关系；揭示生物膜中不同生态位的功能细菌协同作用在管网腐蚀中的作用机理；为饮用水管网生物膜污染控制提供理论依据。

城市饮用水管网生物膜污染导致的生物安全性和人体健康问题广受关注。管网生物膜的形成及其对水质的影响与水-生物膜-管壁的界面微观作用过程密切相关，其中污染物与界面之间复杂的相互作用，是其环境污染效应的核心问题。本项目针对管网生物膜引起的生物安全问题，模拟管网生物膜，对其EPS组成进行分析，并对实际管网生物膜进行群落结构分析，对腐蚀管网进行形态表征。研究结果表明：各种细菌的生物膜LB-EPS中的氧化态硫含量高于TB-EPS中的。而在LB培养基中生长的生物膜，其LB-EPS和TB-EPS中还原态硫含量都高于氧化态硫。对微污染源水水厂的深度处理工艺水质及微生物群落结构进行全面分析，分析深度处理工艺中生物预处理及活性炭中的生物膜功能微生物在水质净化中起了重要作用。实际管网生物膜群落结构较复杂，群落随不同管材不同管龄而有所不同，管网以变形菌门为主。在生物膜发现有部分的潜在致病菌，这些菌可能对饮用水水质有一定风险。管垢具有清晰的分层结构，从外向内分别是疏松的、呈红褐色的表面层，致密紧实、呈金属光泽的中间硬壳层和疏松多孔的孔层。水质条件不是影响管垢形成的唯一因素。Fe3O4和α-FeOOH在管垢样品中普遍存在。