東北某市寒區湖庫型主體水和生物膜中耐氯菌數目、再生長現象研究（二）
2結果與討論
2.1供水系統主體水細菌再生長
表2為供水系統不同取樣點主體水水質，可以看出，該供水系統的出廠水（清水池水樣）均優于《生活飲用水衛生標準GB 5749—2006》規定的相應水質指標，出水水質較好。如表1，2所示，本研究所選擇的供水系統在一個完整的監測周期內，細菌再生長現象隨著供水管線的延長有增大的趨勢，但相關不顯著。供水管網中細菌數目與管材、管齡相關度不明顯，在新管網（管齡1——4 a）中細菌再生長現象仍然很普遍，很嚴重。供水管網中細菌數目與消毒劑質量濃度呈一定的負相關（r=-0.51，p=0.04），由于消毒劑的存在細菌再生長現象在管網中受到一定程度的抑制，但這種抑制很有限，在余氯質量濃度大于0.2 mg/L時仍然存在大量的細菌。Zhang等在美國北卡羅萊納州Durham縣的兩座加氯供水系統也發現了細菌再生長現象，并且認為消毒劑質量濃度是決定HPC水平的最重要因子，管網中的細菌再生長是管網中水質化學、物理及運行參數等復雜交互作用的結果，而不是簡單的統計學關系。因此，需要重點開展供水管網主體水和生物膜細菌再生長及耐氯性細菌的研究。
表2供水系統不同取樣點主體水水質
2.2供水系統主體水和生物膜中耐氯性細菌
2.2.1主體水中耐氯性細菌的存在性分析
如圖2所示，所選取的6個取樣點中，主體水中總細菌和耐氯細菌的存在差別很大。該供水系統中異養菌總數在50——22000 CFU/mL，濾后水在清水池消毒后達近3-log滅活率，加氯消毒去除了大部分微生物。在不同水樣中繼續加入0.6 mg/L的Cl2，發現各采樣點仍存在一定數目的細菌（130——830 CFU/mL），可以認為這部分細菌具有較高的抗氯性，為耐氯菌。濾后水中的耐氯菌數目最多（830 CFU/mL），顯著大于其他加氯后主體水的耐氯菌數目（P＞0.01）。在出廠水0.6 mg/L余氯水平下，自來水經管網輸送，耐氯菌的數量隨著管線的延長逐漸增加，但差異無統計學意義（P＞0.05），其中存在的耐氯菌在管網中一般小于350 CFU/mL，各管網采樣點的耐氯性檢測的氯滅活率均不到35%.研究表明，在出廠水水質較好的管網中，管網生物膜是主體水微生物的的主要來源，因此，可以推測該部分細菌可能主要來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，這些脫落的管壁生物膜中的微生物勢必會對飲用水安全性造成危害。生物膜的存在對部分細菌起到了保護作用，使其免于消毒劑的滅活，從而在高質量濃度余氯的供水管網中存活，而且懸浮顆粒上的細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出水細菌耐氯的重要來源之一。
圖2供水系統主體水中總細菌和耐氯細菌數目
2.2.2生物膜中耐氯性細菌的存在性分析
圖3是該供水系統生物膜中總細菌和耐氯細菌的分布。在水廠反沖洗廢水顆粒中存在109CFU/g的細菌，經耐氯菌檢測后還存在104CFU/g，顯著大于其他加氯后的生物膜耐氯菌數目（P＜0.05）。在清水池壁上的總細菌和耐氯菌數目只有103CFU/cm2，這說明經水廠過濾后截留了大量的細菌，而耐氯菌相對不容易被截留。研究表明，在經過濾處理的加氯（約為0.5 mg/L Cl2）自來水中發現了大量的極微細菌（＜0.20μm）。經消毒輸送至管網后，管網生物膜的總細菌數超過106CFU/cm2，耐氯菌數目也維持在103CFU/cm2水平。結果表明，隨著管網延伸，管網生物膜的耐氯細菌數目也呈增長趨勢。隨著消毒劑質量濃度的下降，管網生物膜中的細菌數目也在逐步上升，其中耐氯細菌也會進一步增加。
圖3供水系統生物膜總細菌和耐氯細菌數目
2.2.3主體水和生物膜中耐氯性細菌的對比
圖4為該供水系統主體水和生物膜懸浮液中細菌滅活率的對比。與主體水相比，生物膜懸浮液中的細菌滅活率均較大。一般認為細菌的抗氯機制可以分為細菌的個體原因和群體原因，即可以分為浮游生物的抗氯性和細菌群體生物膜的抗氯性，實際供水系統中細菌群體生物膜抗氯性占大多數。由于消毒劑在細菌群體生物膜基質中的擴散限制和反應抑制，消毒劑不能深入生物膜底層；同時，細菌長期在亞致死質量濃度的消毒劑中生長也會導致部分個體細菌的抗氯性增加。在生物膜中細菌對消毒劑的抗性，很多時候并不是該細菌的真正抗性，當生物膜基質的保護作用得以消除，這部分細菌將會被消毒劑殺死。而本研究主要檢測的是個體細菌的耐氯性，因此，生物膜懸浮液中的大部分細菌會被氯殺滅。清水池水樣中，在0.6 mg/L的余氯條件下，細菌數目還會繼續增加，這說明在高質量濃度余氯生長的細菌大多比較耐氯。雖然主體水中的細菌滅活率要小于生物膜中的細菌滅活率，但生物膜中細菌數目高于主體水中細菌數目3——5個數量級，生物膜中耐氯菌數目也一般高于主體水的耐氯菌數目2個數量級，因此，在生物膜中更容易發現耐氯菌。由于生物膜中存在諸如胞外聚合物（EPS）等復雜的組分和更多的群體細菌數目，減少了消毒劑在生物膜基質中的擴散限制和反應抑制作用，使得生物膜中細菌具有更強的抗氯性。本研究在檢測生物膜中的耐氯菌時，首先通過超聲波和漩渦振蕩法分散細胞群體生物膜，使生物膜中的個體細胞釋放出來，盡量減少消毒劑在生物膜基質中的擴散限制和反應抑制作用，也盡量使“真正”的耐氯細菌能得以檢出。
圖4供水系統主體水和生物膜懸浮液中細菌滅活率的對比
管網生物膜是主體水微生物的的主要來源，是導致水質惡化的主要原因。然而從供水系統中完全去除生物膜幾乎是不可能的，可以從以下幾個方面來控制和減少生物膜的生長：采用深度處理工藝降低出廠水的營養物質，采用UV+液氯聯合消毒降低出廠水的微生物數量，提高余氯質量濃度，管網中二次加氯，增大管網內的水流速，在用戶入管盡量采用不銹鋼和PE材質的管道材料；對于已經產生較多管網生物膜的區域，可以定期進行消毒劑+沖洗聯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供水系統生物膜掃描電鏡觀察
供水系統6個樣品生物膜的掃描電鏡觀察結果見圖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，能見桿菌和球菌，以桿菌居多，經加氯消毒后在清水池池壁上未觀察到微生物。出廠水在管網輸送過程中，生物膜中的微生物細胞數目隨著輸送距離的增加有增多的趨勢。在管網的中末端，鍍鋅鐵和水泥瓷磚材料上的生物膜中微生物數量較多，且能見細菌團聚的形式存在，并形成了明顯的腐蝕瘤。電鏡照片顯示腐蝕瘤內部是豐富的微生物，亦能見桿菌和球菌，以桿菌居多。玻璃鋼材料上的生物膜中微生物數量也較多，而PPR管材上的生物膜中微生物數量相對較少，這可能是因為只經過了很短的管網輸送（300 m）。上述觀察結果與細菌總數趨勢完全一致。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桿菌和球菌，以桿菌居多。王薇等和張向誼等研究給水管網管壁微生物生長特性時發現，給水管網管壁中的微生物以球菌和桿菌為主，與本文研究結果基本一致。從電鏡照片上看，不同材料上附著的生物膜的微生物形態相對比較接近，能見桿菌和球菌，以桿菌居多，差異不明顯。
圖5供水系統生物膜掃描電鏡觀察結果
3結論
1）細菌再生長現象隨著供水管線的延長有增大的趨勢，但相關不顯著。供水管網中細菌數目與管材、管齡相關度不明顯，在新管網（管齡1——4 a）中細菌再生長現象仍然很普遍，很嚴重。供水管網中細菌數目與消毒劑質量濃度呈一定的負相關。
2）耐氯菌在該供水系統中普遍存在，生物膜中耐氯菌數目一般高于主體水中2個數量級。在清水池高質量濃度余氯環境下生長的細菌大多比較耐氯。
3）不同供水材料上生物膜的微生物形態能見桿菌和球菌，以桿菌居多。