饮用水给水系统中微生物群落时空分布及其动态变化规律研究

发布时间：2017-05-10 06:07

  本文关键词：饮用水给水系统中微生物群落时空分布及其动态变化规律研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：城市饮用水水质安全问题既是重大社会安全问题,也是《国家“十二五”科技和技术发展规划》明确需要亟待解决的重大民生科技问题之一,重要性不言而喻。我国东部地区社会经济快速发展、农业面源污染严重,高有机物、高氨氮、高藻是该地区水源水质特征,成为影响村镇饮用水安全的主要原因。在饮用水给水系统中微生物广泛存在,生物安全问题由于其隐蔽性更容易成为饮用水潜在隐患。本文系统研究了饮用水给水系统微生物群落时空分布。主要结论如下：1)探明了不同给水处理工艺饮用水生物稳定性及其微生物群落时空分布规律。东部河网微污染水源经生物预处理、常规处理和深度处理工艺处理后,出厂水水质比较稳定,满足饮用水卫生标准,但出厂水仍具有生物不稳定性潜在威胁,针对有机物,特别是生物可同化有机碳(AOC)去除的处理工艺有待进一步提升。给水处理系统中生物膜微生物种类要明显多于水体。生物氧化池细菌中硝化螺菌属丰度较高(10-20%),而沉淀池中则是蓝细菌丰度较高(25%),臭氧发生池中微生物群落多样性水平最低,出厂水中假单胞菌和鞘氨醇单胞菌比例较高(7%-10%)。夏季微生物种类明显多于冬季。对于细菌群落,冬季变形菌门、蓝细菌门、放线菌门和拟杆菌门占优,分别占33%、20%、12%和15%,而夏季拟杆菌门丰度显著减少(3%)。对于真核微生物群落,冬季优势菌为Purpureocillium,丰度高达85%；夏季真核微生物群落Purpureocillium、Davidiella、Alternaria、Phoma Leptosphaerulina均占一定比例(3%-5%)。2)探明了供水管网系统中水厂和供水管网末梢不同管龄管道生物膜细菌群落分布规律。水厂和管网末梢生物膜细菌数量差异不大,总细菌数为107-109个/cm2,可培养细菌数(HPC)为105-106 CFU/cm2。但水厂和管网末梢生物膜属水平上的细菌群落组成存在差异,水厂生物膜丰度较高的细菌主要包括黄杆菌属(6.22%)、丛毛单胞菌属(5.38%)、另类希灭氏菌(5.03%)、芽单胞菌属(3.75%)和代尔夫特菌属(2.54%)等；管道末梢生物膜主要为不动杆菌属(7.75%)、生丝微菌属(4.47%)、假单胞菌菌属(2.00%)和寡养单胞菌属(1.95%)等。管道生物膜细菌密度在较短时间内(1年)达到稳定数量107-108个/cm2,并随时间逐渐适应管网贫营养环境,管龄从1年增加到2年,生物膜细菌HPC由105CFU/cm2增加为106 CFU/cm2,RNA转录量由105拷贝/cm2增加为107拷贝/cm2,生物膜细菌群落组成α-变形菌纲逐渐成为优势种,丰度由30%增加到66%。检测到大肠菌群、沙门氏菌和志贺氏菌在管网生物膜中存在,密度最大可达104 CFU/cm2,水厂生物膜条件致病菌检出率为44%,高于管网末梢22%；管龄越长生物膜中条件致病菌数量越多,检出率越高。3)探明了供水管网系统大管径管道生物膜细菌群落径向空间分布规律。供水管网大管径管道生物膜细菌群落具有径向空间分布规律。管道生物膜密度、TS和VS含量沿管壁从上部到下部逐渐增大。管道生物膜生物量集中于管道上、下部,管道上部和下部生物膜细菌数量共占管壁生物量80%以上,生物膜细菌总数和HPC数量分别为106-108个/cm2和105-107 CFU/cm2,比管道中部高1-2个数量级。管道不同部位生物膜细菌群落有各自生态位,生物膜细菌共同OTUs不超过16%。管道上部和下部生物膜中有明显优势细菌存在,而管道中部生物膜细菌群落分布均匀,多样性水平最高,生物膜假单胞菌菌属、鞘氨醇单胞菌属、生丝微菌属等20多个属丰度在1%以上。检测到大肠埃希氏菌、表皮葡萄球菌等多种病原菌在生物膜中存在,其中大肠埃希氏菌检出率为100%,平均丰度达1.39%,与管壁上、下部相比,管壁中部生物膜病原菌丰度较高,管壁中部生物膜与水体互动频繁,这一区域生物膜脱落进入水体引起水质安全的风险应引起关注。
【关键词】：饮用水水质安全 给水处理系统 供水管网系统 微生物群落 时空分布 条件致病菌
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R123
【目录】：

• 致谢6-7
• 序言7-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-15
• 1 引言15-29
• 1.1 饮用水卫生现状15-16
• 1.2 饮用水输送系统及其微生物群落研究进展16-26
• 1.2.1 给水处理系统及其微生物群落16-20
• 1.2.2 供水管网系统及其微生物群落20-26
• 1.3 论文研究目标及基本思路26-29
• 2 给水处理系统微生物群落时空分布29-49
• 2.1 材料与方法29-33
• 2.1.1 给水处理系统及其工艺29-30
• 2.1.2 采样布点30-31
• 2.1.3 理化指标检测31-32
• 2.1.4 微生物指标检测32-33
• 2.1.5 数据分析33
• 2.2 结果与讨论33-47
• 2.2.1 不同给水处理工艺运行效果33-35
• 2.2.2 不同给水处理工艺饮用水生物稳定性35-37
• 2.2.3 给水处理系统细菌群落研究37-43
• 2.2.4 给水处理系统真核微生物群落研究43-47
• 2.3 小结47-49
• 3 供水管网系统不同位置生物膜细菌群落分布49-63
• 3.1 材料与方法49-52
• 3.1.1 中试实验装置简介49-50
• 3.1.2 生物膜样品采集50
• 3.1.3 生物膜样品预处理50-51
• 3.1.4 理化指标检测51
• 3.1.5 微生物指标检测51-52
• 3.1.6 数据分析52
• 3.2 结果与讨论52-61
• 3.2.1 中试系统饮用水水质情况52-53
• 3.2.2 生物膜理化参数53-55
• 3.2.3 生物膜细菌数量55-56
• 3.2.4 生物膜条件致病菌数量56-57
• 3.2.5 生物膜细菌群落多样性57-58
• 3.2.6 生物膜细菌群落组成58-61
• 3.3 小结61-63
• 4 供水管网系统大管径管道生物膜细菌群落径向空间分布63-75
• 4.1 材料与方法63-65
• 4.1.1 饮用水供水管网63
• 4.1.2 生物膜样品采集63-64
• 4.1.3 生物膜样品预处理64
• 4.1.4 理化参数测定64
• 4.1.5 微生物指标检测64-65
• 4.1.6 数据分析65
• 4.2 结果与讨论65-74
• 4.2.1 管道水质情况65-66
• 4.2.2 生物膜理化参数66-67
• 4.2.3 生物膜细菌数量67-69
• 4.2.4 生物膜细菌群落多样性69
• 4.2.5 生物膜细菌群落组成69-73
• 4.2.6 生物膜病原菌分布73-74
• 4.3 小结74-75
• 5 结论与展望75-79
• 5.1 主要结论75-77
• 5.2 创新点77
• 5.3 建议与展望77-79
• 参考文献79-89
• 个人简介89-91
• 硕士阶段取得的科研成果91-92

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