复合污染地下水供水系统中丝状真菌爆发与控制机理

The outbreak of filamentous fungi in composite contaminated groundwater would result in the formation of fungi based microbial flocs, the production of fungal toxins and an increase of odour, which seriously deteriorate the drinking water safety. However, the traditional simple groundwater treatment processes are not efficient enough to control the filamentous fungi. The present proposal is to figure out the fungi ecology of groundwater and the inactivation kinetics, which would be mainly performed by high-throughput sequencing and fluorescence staining methods, and the final target is trying to control the outbreak of fungi in the groundwater. The research works would focus on: (1) Screen the optimal methods for rapid determining filamentous fungi in water, clarify the polluted characteristics of filamentous fungi, and track the source of fungal contamination in the groundwater; (2) Explore the growth and reproduction of fungal spores and hyphate in both water and pipes, determine the cruical water quality and enviormental conditions for controlling the extensive growth of fungi, and finally estabilish the feasible method for controlling the ourbreak of fungi through the inhibition of fungal growth during water transportation and distribution; (3) Figure out the inactivation kinetics, cellular structure damage and the mechansims by various disinfectants regarding the fungal spores and hyphate in both water and pipes, and establish the high efficient control technology for fungi by oxidants through in situ dynamic simulation, and finally obtain the optimal operation conditions. This study is helpful for providing scientific understanding and methods to inhibit the potential biological risks from fungi contamination in groundwater, and lay a foundation for improving drinking water safety.

复合污染地下水供水系统中丝状真菌大量繁殖，形成微生物絮体、产生真菌毒素并引发嗅味，严重影响供水安全，而传统简单的地下水处理工艺对丝状真菌控制效果较差。本项目以地下水供水系统丝状真菌灭活控制机理为切入点，以高通量测序和荧光染色技术为主要手段，以控制丝状真菌爆发为目标，重点开展：（1）筛选丝状真菌快速测定方法，解析地下水供水系统丝状真菌污染特征，探明地下水供水系统中丝状真菌来源；（2）解析丝状真菌孢子及菌丝体在水相及管壁生长繁殖机理，阐明丝状真菌在管网输配过程中爆发的关键水质条件和环境因子，建立通过抑制丝状真菌生长而控制其爆发的技术方法；（3）解析水相及管壁丝状真菌氧化灭活效能、细胞结构损伤和作用机理，通过原位动态模拟，建立丝状真菌高效氧化灭活的技术方法并优化操作条件。以上研究将为有效控制复合污染地下水供水系统中丝状真菌的爆发提供科学依据和技术方法，提高饮用水生物安全性。

近年来随着经济的发展，人们对饮用水安全问题越来越关注。在饮用水生物安全性方面，由于真菌不像病毒和病原菌在饮用水中会造成急性毒性，没有引起人们足够的重视。但是普遍存在于水源水中的真菌大量爆发会造成严重的饮用水供水安全问题，如嗅味、浊度、肉眼可见颗粒物超标、产生真菌毒素，造成过敏性肺炎、哮喘、皮肤感染等健康问题。.本研究以地下水中丝状真菌为研究对象，主要研究了地下水供水系统中真菌数量、活性及种属季节性演替规律；地下水中真菌和管网附着真菌生长繁殖规律及生物膜形成规律；不同消毒剂对真菌的灭活控制效率、灭活影响因素、灭活机理以及管网模拟系统中真菌的灭活控制方法和条件。主要得出以下结论：.（1）西北某市地下水源水中分出离出分属于18种不同属的真菌，其中青霉属、枝孢属、支顶孢属、曲霉属是优势属。在输水管网中分离出12种不同属真菌，优势菌群为曲霉属、青霉菌属、支顶孢属、链格孢属。.（2）真菌的生长过程是由菌丝顶端细胞的不断分裂而实现的，其生长曲线分为生长延滞期、迅速生长期、衰退期。适宜的pH值为7.4~8.1，适宜的温度为20~25℃。碳元素对三种真菌生长的影响最大，当碳氮比为10：1时，最适合真菌生长。.（3）结合胞内物质泄漏、疏水性、SEM分析和FCM分析可知，氯、二氧化氯及O3等化学消毒剂灭活的主要原理是对细胞表面进行破坏攻击，增加细胞膜通透性，进而使得细胞破裂。UV并没有直接破坏真菌孢子的细胞膜，而是直接辐射穿透或者通过细胞膜的运输系统渗入孢子内，破坏核酸，同时提高胞内的活性氧水平，使一些胞内物质失活，以致细胞死亡。.（4）对模拟管网中真菌的控制，单独紫外线灭活剂量为80 mJ/cm2时，灭活率为91.5%。单独氯灭活时，氯浓度2.0 mg/L，作用30 min，真菌灭活率达到89%。紫外-氯顺序灭活时，紫外剂量为40 mJ/cm2、加氯量为1.0 mg/L，可以达到90%以上的灭活率。.以上研究为有效控制复合污染地下水供水系统中丝状真菌的爆发提供了科学依据和技术方法，有助于提高饮用水生物安全性。