给水管网中微生物研究进展_池年平

给水管网中微生物研究进展

池年平1，董秉直1，姚若虚2

（1.同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092；

2.世源科技工程有限公司上海分公司，上海200092）

摘要：保障管网中生物稳定性是饮用水安全保障的重点，概述了给水管网中微生物的研究进展，着重讨论了给水

管网中微生物种类及其检测方法，综述了管网中微生物生长的影响因素等方面的国内外研究成果，并提出了今后研究的重点和方向。

关键词：饮用水；生物稳定性；

AOC 中图分类号：

TU991文献标识码：A 文章编号：1000-3770(2010)02-0029-04

我国新的生活饮用水卫生标准（GB 5749－

2006）已经于2007年7月1日颁布并实施，与生活饮用水卫生标准（GB 5749－85）相比，水质指标由35项增加至106项，微生物指标由2项增至6项，并修订了总大肠菌群指标，这对饮用水生物稳定性提出了更高的要求，饮用水的生物稳定性是指饮用水中可生物降解有机物支持异养菌生长的潜力，即当营养物质成为异养细菌生长的限制因素时，水中的营养基质支持细菌生长的最大可能性，可以用限制微生物生长的营养物质浓度进行表示[1]，主要体现为水中的营养基质同其他多种因素一起导致管网中微生物大量生长繁殖，对水质造成不利影响，因此从20世纪80年代开始，给水管网内微生物种类、管网内微生物生长机制与其影响因素，一直是国际水科学的研究热点。

1饮用水管网系统的微生物种类

在出厂水正常消毒与管网状况良好的情况下，

管网中细菌的再生长繁殖是引起给水管网中细菌生长的主要途径。各类微生物利用水中溶解性有机成分在管网中生存，并结合在一起形成菌胶团，或附着在悬浮颗粒物表面，细菌是管网内微生物的最大种群[2]，另外还有一些原生动物、大型无脊椎动物。管网中微生物的种类会因水中营养物质含量和季节的变化而变化。

饮用水中的细菌主要是不动杆菌属、气单胞菌属、节杆菌属、芽孢杆菌属、柄杆菌属、黄杆菌属、假单胞菌属和螺旋菌属等[3]，Kooij 分离出来的典型细

菌如荧光假单胞菌属多达31种，

恶臭假单胞菌属至少有14种生物型，进一步证明了饮用水中异养菌的

复杂性和多样性[4]，

贺北平对南方某市给水管网的300mm 管道内壁进行研究，发现管道内壁有黄色锈瘤，内含杆菌、球菌、丝状菌等微生物[5]。岳舜琳报道某城市部分管道内垢壁达16～20mm ，并检出了铁细菌、埃希尔大肠杆菌等6种微生物[6]。袁一星对某

市供水管壁上的锈垢进行检验，检出13种细菌，除了丝状铁细菌外还有肠道细菌、栖居菌等[7]。傅金祥研究发现，管网水中存在耐氯微生物的滋生现象，例

如耐氯的藻类（直链菌属、脆杆藻属、丽管螺属和小球藻属等）。这些藻类一方面由凝胶膜包裹着细菌和病毒，保护其免受氯的氧化，另一方面藻类的分泌物及死亡体产生新的有机污染物，除耗氯外，也为细菌等微生物生长提供了营养源，创造有利于微生物生长的条件[8]。英国的S R Park 等人在苏格兰东北部的供水铸铁管的维护工作中，对其内部的生物膜层分析后，发现螺旋菌的DNA 存在，从而证实了在供水系统中螺旋菌的广泛存在[9]。Quti M Zacheus 等人研究了取自全国8个不同地方供水管网冲洗下来的松软沉积物[10]，发现这些沉积物中微生物浓度很高，包括异养菌、大肠杆菌、放射菌和真菌。

收稿日期：2009-06-10基金项目：“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAJ08B02)作者简介：池年平（1973－），男，博士研究生，研究方向为饮用水处理；E-mail ：zxjhunan@

第36卷第2期2010年2月水处理技术

TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT Vol.36No.2Feb.,2010

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2研究管网系统微生物种类的方法

微生物群落结构分析主要有基于微生物纯培养的传统分析方法和分子生物学方法。纯化培养的方法主要为富集、分离、纯化得到单个微生物的菌落，然后根据相应的程序进行鉴定，有分析速度慢、制约因素多的缺点，且只有不到1%的微生物可经实验室培养[11]，微生物的多样性被严重低估，比较而言，应用分子生物学方法能更客观地反映微生物群落结构的特征。

近年来，一些分子生物学的研究方法已经应用于饮用水微生物系统研究：聚合酶链反应（PCR）是近十多年来应用最广的分子生物学方法，以遗传物质高度保守的核酸序列设计特异引物进行扩增，进而用凝胶电泳和紫外核酸检测仪观察扩增结果。王建龙针对传统大肠菌群检测方法耗时长、专一性差、干扰因素多的缺陷，提出了PCR和FISH方法检测水体中大肠菌群的基本原理和可行性，并指出了其不足之处[12-13]。吴卿采用冻融法直接提取不同饮用水水样微生物基因组DNA，选择细菌通用性引物，采用PCR-DGGE 技术，研究了南北方2个城市水样的微生物系统，结论是不同取水点的优势菌属基本一致，但是南方水样的优势菌的数量和微生物种类明显少于北方水样[14]。张锡辉等采用PCR-DGGE技术，对深圳市XL水库水源和BJ水厂处理工艺中的微生物群落结构特征进行了比较研究，认为采用分子生物学方法能够比较全面地检测微生物群落，有利于准确评价饮用水中的微生物安全性[15]。Nele等采用实时荧光定量PCR，在保守序列16SrRNA基因处设计引物，利用双探针杂交对77个水样中44种军团菌进行检测，检测准确率达到98.7%，敏感性为l fg左右[16]。单链构象多态性（SSCP）技术是Orita等[17]建立的，它是以微生物基因组信息为基础，以核糖体小亚基RNA基因为靶对象从而实现分析群落动态的目的，刘小琳采用异养菌平板计数（HPC）和SSCP技术，分析了北京市第九水厂管龄接近、管材和余氯浓度不同的2个样品异养菌数目和种类，细菌计数结果表明，2个样品微生物数量有较大差异；SSCP电泳及测序结果则显示2个样品中4条相同条带与蜡状芽孢杆菌、假单胞菌、苏云金芽孢杆菌和溶血不动杆菌的同源性分别为100%、99%、100%和97%[18]。李俊等采用法国梅里埃API细菌鉴定方法，对取自实验室模拟给水管网的水样检测，鉴定了32株细菌，分别属于假单胞菌属、金黄杆菌属等10个属，且大部分为致病菌，表明给水管网中存在一定的微生物风险[19]。16S rRNA序列分析技术是通过PCR扩增、克隆文库建立、核酸测序、核酸探针杂交等分子操作从微生物样本中的16S rRNA 基因片段中获得微生物群落的绝大部分微生物种的16S rRNA/rDNA序列信息，再与16S rRNA基因数据库中的序列数据或基因数据库中的rDNA序列数据进行比较，从而确定其在进化树中的位置、评价微生物群落的生物遗传多态性和系统发生关系。Kalmbach利用高度特异性的16S rRNA探针证明了2种新发现的属于变形杆菌的优势地位[20]。

现代分子生物学技术在饮用水生物稳定性方面的研究方兴未艾，基于16S rRNA/rDNA序列分析的PCR、DGGE、RFLP、克隆、测序和系统发育分析等分子生态学技术，为研究环境微生物提供了有力的研究手段，能够更快捷、准确地提供环境微生物的相关信息，如果能同时采用多种分子生态学技术，互补不足，辅以流式细胞仪、原子力显微镜等先进手段，并结合传统的分离培养方法，必将对饮用水管网系统中微生物研究产生更大的推动作用。

3给水管网微生物生长影响因素

饮用水管网中的微生物系统是一个复杂的、动态变化的系统，微生物的新陈代谢和生长繁殖受诸多因素的影响，微生物的生长（再生长）可分为2种：一种是出厂水中含有较多的细菌进入管网而引起自来水中细菌的增加；另一种是由管网中细菌的生长繁殖引起的自来水中细菌的增加。在出厂水正常消毒的情况下，后者是引起自来水中细菌生长的主要途径。

进入管网的微生物是管网中微生物的来源之一，Mathieu等利用管网模拟系统研究了细菌的流通量对管网中生物膜的影响，结果表明，进水中每增加1-log 的细菌将产生0.31-log的生物膜密度的增量[21]。

有机营养物质是管网中细菌得以再生长的保证，Soumya等人的研究表明，管网中微生物的增长是消毒剂灭活和细菌再生长的互动过程，并给出了类似于mond方程式的生物稳定性曲线[22]。

管网中的消毒剂余量是影响微生物生长的重要因素，在管网中投加一定浓度的消毒剂抑制微生物生长是保持饮用水稳定的常用办法，但是过高的投加量会导致饮用水的化学不稳定，因此管网中的消毒剂投加量是有限度的，不能完全抑制管网中细菌的生长，Reilly的研究表明在余氯质量浓度高于0.2mg·L-1时有63%的水样检出了大肠杆菌[24]。消毒剂的种类对管

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