典型污水处理工艺中病原微生物的分子生态解析及其调控策略研究

水资源的短缺使得大量的再生水被用作绿化和景观用水，水中所携带的病原体时刻威胁着环境安全。本研究从保护人体健康的角度出发，选择污水中高致病性的肠道病原菌(大肠杆菌、沙门氏菌)和病原虫（蓝氏贾第鞭毛虫和隐孢子虫)作为研究对象，利用荧光原位杂交、定量PCR等分子生物学技术并结合其它国际先进检测方法，对原废水、活性污泥工艺的各处理单元、二沉池出水以及剩余污泥中病原体的分布状况和数量变化展开全程追踪研究,查明病原体在活性污泥絮体微生境中的生态分布特征，揭示其主要归趋途径；同时结合实验室模拟的方法剖析典型工艺类型（A2/O、氧化沟、SBR）和调控参数（曝气量、污泥龄、污泥浓度、污泥负荷、水力停留时间等）对病原体的数量削减所产生的影响。研究结果将有助于优化现有污水处理工艺的运行与调控，解决污水处理厂出水中病原体超标的现实问题，并为水环境的生态安全和废水资源化提供技术支持。

为了查明不同污水处理系统中工艺类型和运行参数对病原菌去除效果的影响，本研究选取北京市四个典型的污水处理系统（A2/O工艺、氧化沟工艺、A/O工艺、SBR工艺）进行连续取样，并采用常规的污水水质监测技术与克隆文库测序分析、实时定量PCR等现代分子生物学技术相结合的方法，逐步揭示污水处理系统中病原菌的分布特征与变化趋势。研究内容包括四个典型城市污水处理厂病原菌情况调查以及其与相关水质参数的相关性研究、氧化沟处理工艺夏季病原菌的调查研究、A/O处理工艺中军团菌的多样性及优势菌种的调查，取得的主要研究成果如下：.（1） 在四个典型的城市污水处理厂中，大肠杆菌在所有的污水处理流程中都可以检出，其数值根据进水来源的不同而有所差异。结果显示：夏季的大肠杆菌浓度高于其它季节1个数量级左右，呈现一定的季节变化特征。沙门氏菌的数量较小，其进水浓度在100-1000 copies/ml附近，在16次检测中，有2次完全没有检出。军团菌的进水浓度在100-100000copies/ml之间， 并且在污水处理过程中，军团菌显示出较强的耐受性，出水浓度并没有明显减少。.回归分析表明，大肠杆菌对于水质参数有较高的相关性，相关系数R2在0.7左右，显示为指数相关或乘幂相关。沙门氏菌对于水质参数的相关性次之，R2在0.5左右。军团菌对于水质参数较不敏感，R2在0.2左右，相关性小。. （2）在病原菌浓度较高的夏季，对于污水处理效果较稳定的氧化沟工艺进行连续三次调查取样。与其它处理工艺不同的是，军团菌16S rDNA基因在氧化沟活性污泥中检出量较小，大约是10-100 copies/ml，但在出水样品中的数量与进水差别不大，在10000-100000copies/ml左右。.（3） A/O污水处理工艺存在一定量的军团菌，克隆文库显示：军团菌的多样性在污水处理过程中，有一定的变化。进水的多样性较低，军团菌多以L.pneumophila为主。在后续的处理过程中，L.pneumophila逐渐减少，其它种类的军团菌增多，多样性也得到了进一步的增加。在出水中，L.ansia 为优势菌种，军团菌多样性最为丰富。