供水管网中的耐氯菌群及其耐氯机制研究

发布时间：2019-01-26 16:30

【摘要】：由于氯的消毒效率高、稳定性好、易于使用、成本低廉等优势,氯仍然是全世界使用最广泛的消毒剂。加氯消毒的过程本身就是对耐氯性细菌选择的过程。这些存在于供水管网中的耐氯菌会对饮用水的安全性造成巨大危害。为解决这一问题,本文对供水管网中的耐氯菌群及其耐氯机制进行研究,以期为供水管网中的饮用水的微生物安全的评估、预防和控制提供理论基础。对东北某市从水厂到供水管网末端不同采样点的主体水和生物膜进行了耐氯菌检测,并利用Illumina Mi Seq高通量测序技术对生物膜中耐氯菌的多样性进行了分析。结果表明,耐氯菌在该供水管网中普遍存在,生物膜中耐氯菌数目至少高于主体水中耐氯菌数目1个数量级。在水厂清水池池壁的生物膜细菌多样性较低,但在管网输送过程中多样性会逐渐增加,在树状管网末端细菌多样性也会显著增加。在供水管网的前中端,Pseudomonas、Bacillus、Acinetobacter、Sphingobium、Sphingomonas、Acidovorax和Rhodopseudomonas属的细菌占据优势地位且相对较为耐氯;在供水管网末端非耐氯性细菌占据优势地位,并存在一定比例的硝化细菌(Nitrosomonadaceae和Nitrospira)。针对供水管网中不同管材和流速等条件,运用异养菌计数法、流式细胞仪计数法、PCR-DGGE等分析技术,通过供水管网模拟系统和生物膜挂片旋转反应器,研究了大于0.97 mg/L的余氯浓度条件下的管材和流速对主体水和生物膜中耐氯菌生长的影响。结果表明,管材对耐氯菌数量和种群结构影响均较大,而流速只对生物膜耐氯菌数量影响较大。生物膜基本成熟时,5种管材生物膜上的耐氯菌数量大小顺序为:铸铁水泥砂浆铜PE304不锈钢。γ变形菌纲中的Moraxella和α变形菌纲中的Sphingomonas在5种管材中均存在。除水泥砂浆管材外,厚壁菌门(Firmicutes)中的Bacillus在4种管材中均存在。其它耐氯菌则只存于1~3种管材中。值得注意的是,在已鉴定的17种耐氯菌中,有11种为条件致病菌。为了解供水管网中耐氯菌的种群多样性和种群间相互作用对生物膜形成和耐氯性的影响,利用96孔微量细胞培养板振荡培养法,对在供水管网模拟系统中分离的5种耐氯菌进行单一菌种及双菌、4种或5种多菌混合培养形成生物膜,对经72 h培养的生物膜加入不同浓度的余氯,并测定了不同时期、不同处理的生物膜的生物量、活性和细菌总数。结果表明:经72 h培养后,所有单一菌种、双菌和多菌均能形成生物膜。其中,单一菌种生物膜中Acinetobacter sp.表现为最强的生物膜形成能力,Acidovorax defluvii表现为最弱的生物膜形成能力。在双菌混合生物膜形成过程中,Acidovorax+Acinetobacter,Sphingomonas+Bacillus,Sphingomonas+Acidovorax和Acidovorax+Microbacterium表现为协作关系;Acinetobacter+Microbacterium,Sphingomonas+Microbacterium和Sphingomonas+Acinetobacter表现为竞争关系,Acidovorax+Bacillus,Bacillus+Acinetobacter和Bacillus+Microbacterium表现为中性关系。在整个培养期内,多菌混合均表现为强的生物膜形成能力,Microbacterium laevaniformans对5种菌混合生物膜具有弱的抑制作用;Acinetobacter sp.,Acidovorax defluvii和Bacillus cereus对5种菌混合生物膜具有弱的促进作用;Sphingomonas sp对5种菌混合生物膜先表现出弱的促进作用,后表现出为弱的抑制作用。五种耐氯菌的耐氯性由强至弱分别为:Bacillus cereusSphingomonas sp.Acidovorax defluviiMicrobacterium laevaniformansAcinetobacter sp.。Bacillus cereus耐氯性最强,是因为产生了芽孢,0.6 mg/L和1 mg/L的余氯是产生芽孢的最佳浓度。在双菌生物膜中,由于Microbacterium laevaniformans与其它4种耐氯菌多为竞争或中性关系,因此与Microbacterium laevaniformans混合的双菌生物膜细菌的耐氯性也会受到一定程度的抑制。与单一菌种、双菌生物膜相比,多菌生物膜显著提高了细菌的耐氯性,Bacillus cereus存在时,多菌生物膜细菌的耐氯性提高程度最大,而Microbacterium laevaniformans存在时则会抑制多菌生物膜细菌的耐氯性。在实际供水中可以通过控制这两种耐氯菌的生长来改变供水管网生物膜细菌的耐氯性。
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【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU991.25
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本文编号：2415667