冲洗程序对饮用水管网生物稳定性及微生物入侵易感性的影响机制研究

本研究通过中试规模饮用水管网系统，探究传统冲洗（含/不含氯消毒）对管网生物稳定性的影响。研究发现氯化冲洗虽促进土著菌（如Sphingopyxis spp.）再生（3.8×105 vs 2.0×105 cells/mL），但加速了入侵菌（Aeromonas media/Pseudomonas putida/Serratia fonticola）的衰亡（如S. fonticola衰减速率为-0.082 h?1）。该成果为优化管网维护策略提供了关键数据支撑。

　　

冲洗程序对饮用水管网生物稳定性及微生物入侵易感性的影响

传统无氯冲洗对生物膜影响有限

研究采用三组平行PVC管网环路（DN 80 mm）模拟实际工况，发现传统无氯冲洗（流速0.5 m/s，剪切力0.70 N/m²）对成熟生物膜（培养1年）的细胞密度（~4×10⁶ cells/cm²）和群落结构无显著改变。16S rRNA测序显示生物膜优势菌门为变形菌门（Proteobacteria，50%）和浮霉菌门（Planctomycetota，10%），冲洗后未发生显著更替。这与全尺度管网中年轻生物膜易受剪切力影响的现象形成对比，提示成熟生物膜因胞外聚合物（EPS）结构稳定而具有更强抗冲洗能力。

氯化冲洗引发土著菌爆发性再生

添加次氯酸钠（0.5 mg/L Cl₂）的冲洗使环路1在后续12天内出现土著菌Sphingopyxis spp.的爆发增长（相对丰度达68.5%），细胞浓度（3.8×10⁵ cells/mL）显著高于未冲洗对照组。流式细胞术检测显示该环路表型多样性降低，ATP浓度升至50.3 ng/L（对照组仅6.8 ng/L）。研究者认为氯消毒导致的细胞裂解释放有机质（TOC短暂升至4.43 mg/L），为寡营养环境中的土著菌提供了"腐生生长"契机。

入侵菌衰亡动力学呈现温度依赖性

通过接种三种指示菌（初始浓度100-600 CFU/100 mL）发现：

1. Aeromonas media衰变最快（13小时即不可检出），其衰减速率为Pseudomonas putida的10倍；
2. 氯化冲洗环路中P. putida和S. fonticola衰亡加速（20°C时k值分别为-0.082 h^?1和-0.042 h^?1），归因于土著菌竞争；
3. 高温（20°C）延缓所有入侵菌衰亡，S. fonticola在未冲洗环路生物膜中检出（5 cells/cm²），证实温度对菌群定植的促进作用。

管网生物稳定性管理的双重博弈

研究揭示了氯化冲洗的辩证效应：虽能快速清除入侵菌（如使S. fonticola存活时间从184小时缩短至111小时），但会破坏微生物平衡。这种"控制-再生"的博弈关系为管网维护策略优化提供了新视角，建议在处置污染物入侵时综合评估冲洗强度与后续生态风险。