回用水管网生物膜特性及其生化酶干扰控制研究

针对水源和水质决定的回用水管网生物膜可能引起的隐性经济问题和潜在公众健康问题，本研究以城市绿化回用水为代表，首先模拟刻画回用水管网生物膜特性，然后探讨微量生化酶添加对混合菌种生物膜的控制规律及对回用水生态安全的影响，据此建立生化酶干扰控制回用水管网生物膜的理论。研究根据生物膜细菌的群体感应特点及其信号物质类型和场所的确认，选择生化酶DNase和Cellulase作为控制生物膜的干扰剂；拟采用分子生物学技术，在成熟回用水管网生物膜微生物种群分析基础上筛选纯化出2种优势微生物作为接种菌进行实验室研究，揭示生化酶对混合菌种生物膜的附着和脱附控制以及生化酶对生物膜氯消毒效力影响。该研究不但为回用水管网生物膜控制提供了新的思路，可有效预防回用水长期使用中面临的公众健康和环境风险问题，而且对其他寡营养管网有害生物膜的控制具有重要的借鉴意义。

该研究通过在现场建立3套小型模拟管道装置，采用西安市某中水有限公司实际回用水，进行了历时3年的连续试验，并结合项目研究中发现的具体科学问题，设计了部分静态试验，对项目设定的目标进行了集中探讨。此外，在该项目资助下，课题组还开展了排水管网生物膜特性研究并探讨了污泥减量和资源化的新方法。本总结着重就回用水管网生物膜特性研究进行较详细的介绍，主要成果如下：(1)首次将医学研究中采用的CDC生物膜反应器引入压力管道模拟中，通过合理的搅拌转速和串联个数设计，一组串联的CDC反应器模拟了高剪切力条件下的回用水管道。采用该装置，可以节约用水，并可模拟任意长度、任意流速的压力管道。（2）发现了高剪切力条件下模拟回用水管网中存在的硝化、反硝化过程。研究了模拟回用水管网中硝化菌AOB和NOB的分布和演变规律，证明了K/r假设也同样适合于该系统，初步探讨了回用水管道的反硝化现象。（3）描述了回用水管道中生物膜的积累规律以及生物膜对再生水中铁锰的富集作用，并对引起“红水”及褐色沉积物的根源进行了研究。（4）探讨了西安市再生水水质的生物稳定性，通过MAP阈值法和细菌再生长潜力法，探索了碳磷对再生水中细菌再生长的限制影响，提出了提高再生水生物稳定性的可能策略。（5）探讨了回用水为水源的模拟铸铁管道腐蚀产物的沿程特征及其铁释放规律，对铸铁管材回用水管道长期运行和维护具有重要意义。（6）通过PCR-DGGE测定，研究了采用实际回用水的模拟管道中微生物分布的种群特征和规律，从而为从生物学角度阐述回用水管网中的生物硝化、反硝化甚至除磷机理提供了可能。.研究的不足之处在于，生化酶干扰控制生物膜过程中，发现了水质有机物及消毒副产物有一定程度的增高，这与原先的预期有差异，因此，该部分试验进行了一年后不得不停止。