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在水资源短缺背景下，饮用水回用受关注。研究人员对饮用水回用处理流程各环节微生物进行宏基因组测序研究。结果显示处理过程中微生物群落变化大，BAC 过滤器能降解芳香化合物。这为优化处理工艺提供依据。
随着全球气候变化，水资源短缺问题日益严峻，饮用水回用成为许多干旱地区解决水危机的重要途径。传统的饮用水处理工艺在去除一些持久性污染物方面存在不足，而微生物在新型处理工艺中的作用尚不明确。此前研究方法存在局限，无法全面深入了解微生物群落的功能和多样性。为了更深入地探究饮用水回用系统中微生物的奥秘，来自国外的研究人员开展了一项具有重要意义的研究。
该研究聚焦于一个包含初级澄清、活性污泥硝化与部分反硝化、三级过滤、臭氧化、生物活性炭（BAC）过滤、膜过滤、反渗透以及紫外线 / 高级氧化（UV/AOP）等多环节的饮用水回用处理系统。研究人员在各个处理单元的特定位置采集样本，涵盖未处理废水以及各处理工艺的出水，还收集了活性污泥混合液和 BAC 过滤介质上的生物质样本。
研究人员运用了多种先进技术方法来深入剖析这些样本。首先是宏基因组鸟枪法测序（Shotgun sequencing），它能全面检测微生物群落的基因信息，揭示其系统发育和功能多样性。通过这种方法，研究人员对样本中的微生物 DNA 进行测序，获取海量基因数据。之后利用 PRINSEQ 软件评估数据质量，去除低质量数据，再用 FLASH 软件合并配对末端读取数据，并用 FOCUS 模型进行微生物分类注释。为了分析微生物群落结构的差异，研究人员使用主坐标分析（PCoA）和置换多元方差分析（PERMANOVA）等统计方法，这些方法能有效评估不同样本间微生物群落的相似性和差异性。
在微生物多样性指标方面，研究发现微生物多样性在二级和三级废水处理过程中总体呈上升趋势，二级处理出水的物种数量最多，香农多样性指数（Shannon Diversity index）和均匀度（evenness）较高。但在高级处理过程中，除 BAC 过滤出水外，微生物多样性明显降低。BAC 过滤出水的多样性指数最高，这可能与 BAC 过滤的生物过程以及生物膜的脱落有关。
微生物群落特征和优势菌群方面，在整个处理过程中，变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）相对丰度较高。在 BAC 过滤生物膜中，根瘤菌目（Rhizobiales）尤其是慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）的两个物种显著富集，这可能对下游膜的生物污染有潜在影响，但实际设施运行中膜污染速率较低。在未处理废水中，一些潜在致病微生物相对丰度较高，经过高级处理后，这些微生物的相对丰度大幅下降。
从元基因组变化来看，不同处理位点的微生物群落组成差异巨大。处理过程中，活性污泥和 BAC 过滤显著增加了微生物多样性，而臭氧化则降低了多样性。研究还检测到一些在多个样本中都存在的微生物物种，它们具有形成孢子和生物膜等特性，有助于在处理过程中存活。同时，虽然在多个样本中检测到潜在致病微生物的 DNA 序列，但在高级处理阶段，除了弧菌属（Vibrio），其他潜在致病微生物的相对丰度很低。
关于 BAC 过滤器微生物群落的代谢潜力，研究发现 BAC 过滤介质上与 “芳香化合物代谢” 相关的基因显著富集，其中大部分是与有氧外周和中枢途径相关的基因，这表明 BAC 过滤器为微生物降解芳香化合物提供了适宜环境。进一步分析发现，慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）和红假单胞菌属（Rhodopseudomonas）等微生物在芳香化合物降解中发挥重要作用。这些微生物能降解多种芳香化合物，包括一些可能导致膜污染的物质，这对防止下游反渗透（RO）膜的有机污染具有重要意义。
研究结论表明，饮用水回用处理系统中各处理单元对微生物群落组成有显著影响，潜在致病微生物在处理过程中逐渐减少，最终出水微生物 DNA 含量极低。BAC 过滤器在芳香化合物降解方面具有重要作用，但其中的微生物也可能对下游膜产生生物污染影响。该研究为优化饮用水回用处理工艺提供了重要依据，有助于减少下游膜的化学污染，提高处理系统的效率和安全性。然而，研究也存在一些局限性，如测序技术和数据分析方法的潜在误差、参考基因组数据库的影响以及无法确定微生物的活力和基因表达情况等。未来研究可从多个方向展开，例如在其他饮用水回用处理系统中重复该研究，探究微生物群落的时间变化趋势以及优化操作条件对微生物群落和污染物降解的影响等。通过这些进一步研究，有望更深入地理解饮用水回用系统中微生物的作用，为保障饮用水安全提供更有力的支持。
