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配水管网中生物膜的影响因素及相关的检测技术 璐 许仕荣 （湖南大学土木工程学院水工程与科学系，长沙 410082） 摘要：本文探讨了配水管网中影响生物膜生长的各种因素:营养物质、消毒剂、温度、生物膜龄及管材等等在不同情 况下对生物膜的影响。并介绍了几种生物膜的分析检测技术。 关键词：配水管网生物膜营养物质消毒剂温度生物膜龄管材检测技术 配水管网中的生物膜里生长着大量的微生物，数量大大多过水中的浮游微生物，成为藏污纳垢的场所。某些细菌 能腐蚀管壁，管道的锈蚀以及生物膜的胞外聚合物（EPS ）又会导致水中余氯的迅速减少。管道中出现生物膜后会影响 流速、水压等等，严重时导致爆管、 黑水”、红水”等水质事故。生物膜老化脱落后又使得饮用水的色度、浊度、大肠 杆菌指标都会明显增加。另外，异养菌平板计数（HPCs ）高会干扰指示微生物的检测，可能出现大肠杆菌阳性的水样， 导致不正确的水质信号，甚至会掩盖真实的微生物污染。生物膜中大肠杆菌的繁殖会导致粪便污染方面的水质不确定 性。管壁上的生物膜也会导致无脊椎动物的生长，从而引起用户抱怨。 Servais 的实物试验表明生物膜中的细菌数量与水中浮游细菌数量有线性关系。这与清华大学李爽、张晓健的结论相 同。LeChevallier 全面调查了饮用水配水系统后显示，配水系统中的大肠杆菌来自于管壁上的生物膜。 微生物要黏附在管壁上生长的原因，可能是因为这样使其更容易获取营养物质。如输水管壁上生成的生物膜能增强 机会致病菌 （包括军团菌属、分枝杆菌属和气单胞菌属）的繁殖。微生物分泌的胞外聚合物（EPS ）可能为微生物提供 了一个理想的可以长期居住的环境。这些有机高分子基质能将微生物紧紧包裹起来，使它们免受诸如抗生素或其它生 物活性化合物的周边环境影响。同时，也为某些厌氧菌提供了缺氧或无氧的环境。消毒剂存在的条件下，生物膜增长 的能力取决于生物膜中生物量的多少。 1 生物膜的影响因素 影响配水管网中生物膜生长的主要因素有：可生物降解有机物（BOM ）的浓度、消毒剂剩余量、温度、管材、腐蚀 的存在以及生物膜－水体界面上的剪 力。在Ollos 和 Servais 的研究中，看起来主要的控制因素是BOM 和消毒剂剩 余量。 1 1 营养物质（底物） 只需几μg/L 的底物浓度，运动的细菌就能脱离水体，附着于管壁上生长。Van der Kooij 研究的处理自地下水源的管 网水中，即使AOC 浓度明显低于阀值，气单胞菌也能利用浓度小于1μg/L 的生物成分（比如氨基酸）在管网中再生长。 推测是生物膜的形成会影响气单胞菌的繁殖，因为生物膜能在AOC 的浓度低于10μg/L 时生长。Van der Kooij 推断出 10μg 乙酸-碳/L 时，气单胞菌的增长率为0 07h。而Ndiongue S 和Huck P M 的试验中，添加250μgC/L 的BOM 后，生物膜中HPC 计数结果约增加了0 8 －1 8 logCFU/cm2 。 Changdy J P 发现悉尼水体 （消毒剂是氯胺时）中，虽然水中磷酸盐的浓度低于2μg/L ，但单独添加磷酸盐后管 网中生物膜几乎没有变化，说明磷并不是限制因子。可能是因为裂解的菌体细胞会释放出磷，或者生物膜基质本身会 积累磷。而在原水中同时添加乙酸和磷酸盐后，生物膜量就大大增加，所以有机碳浓度是生物膜生长的限制因子。 而李爽和张晓建认为管材和使用年限对生物膜的影响比AOC 大。 一些研究表明使用磷酸盐类的抑制剂来控制管网腐蚀，能改善管网水的生物稳定性，提高符合性数据 （compliance record ），使得管垢得到控制，同时保持了较好的余氯量。 在Batté M 和Koudj onou B 的研究这种磷酸盐类的抑制剂是否会对水的生物稳定性有影响。他们的研究中使用的 法国蒙特利尔市的饮用水属于碳－限制型。水样中添加磷后，无论使用哪种细菌计数方法 （HPC 、TOC、PEPA ），结果 表明生物膜中细菌密度都不受影响，蛋白质和糖类的总量也没有很大变化。但值得注意的是，生物膜中磷酸盐含量会 增多，而且他们认为磷酸盐的积聚主要发生在细胞外，胞外聚合物主要是聚合阴离子，猜测这样使得它们可能捕获有 机物质，反过来也就意味着磷酸盐等阴离子也能 捕获。这还需要进一步的研究。