第1章 绪论
　　1.1饮用水安全概述
　　1.1.1饮用水安全研究情况
　　水是生命之源，是保障人类生存和社会发展的必要资源。充足、安全、卫生的饮用水是生命健康的基本要求。安全饮用水和**的卫生设施是联合国 2030年可持续发展目标之一，对减少贫困、发展经济、保持健康生态等至关重要。当今人类面临的*严重的问题之一是全球饮用水危机。 2023年《联合国世界水发展报告》指出， 1983～2023年全球用水量以每年约 1%的速度增长，在人口增长、社会经济发展和消费模式变化的共同推动下，预计到 2050年，全球用水量仍将以类似的速度继续增长； 2023年，全球有 20亿人缺乏安全健康的饮用水， 36亿人缺少必要的卫生设施；发展中国家多种严重的疾病与饮用水不安全、卫生设施不足、卫生习惯不良直接相关。
　　我国淡水资源仅占全球总量的 5%～7%(Qiu，2010)。因此，面对有限的水资源和广泛的水污染，为 14亿中国人提供充足、安全、卫生的饮用水是一个巨大的挑战。据统计， 1996～2015年我国共有突发饮用水污染案例 219起，其中生物性污染、化学性污染、混合性污染案例各占总数的 26.0%、60.7%、13.3%(谈立峰等， 2018)。水污染环节主要有水源污染 (56.2%)、管网污染(23.7%)、自备供水污染(13.2%)及二次供水污染 (6.4%)。生物性污染事件的主要污染物为总大肠菌群，化学性污染事件的主要污染物为氨氮、亚硝酸盐、挥发酚类及砷。陈俊 (2015)对 2009～2014年成都市突发生活饮用水污染事件进行调查，发现在 26起生活饮用水污染事件中，生物性污染事件 3起，化学性污染事件 13起，混合性污染事件 10起。综合来讲，饮用水污染以水源污染为主，管网污染次之，且以化学性污染与生物性污染*为突出。
　　Wang等(2021a)从感官、化学指标、毒理学和微生物指标对我国 2007～2018年饮用水水质安全状况进行评估，结果表明我国各省份水质合格率在 50%～70%，江苏省合格率*高，云南、贵州、海南等省份合格率较低，这三个省份微生物指标合格率*低，均在 85%以下。我国饮用水卫生状况不理想，影响水安全的*大风险是微生物污染。同时，我国饮用水供水工程存在供水设施落后、设备老化、管网渗漏等不足。与化学性污染不同，微生物污染是增殖的、继发的和传染性的。微生物的爆炸式增殖会导致水质恶化，并产生异味或毒素，引起二次污染。水介导的致病微生物可通过饮食、气溶胶和接触传播，危害人类健康 (Zhou et al.，2021)。
　　1. 消毒副产物
　　消毒副产物 (disinfection by-product，DBP)指水中的各类天然有机物、人工有机物与消毒剂反应生成的可能对人体产生“三致”作用的副产物，这类物质具有高致癌性风险 (Rook，2002)。已经鉴定出 700多种不同的 DBP，其中包括含碳 DBP、含氮 DBP、亚硝胺类 DBP、甲醛等。
　　天然有机物 (natural organic matter，NOM)作为 DBP常见的前体物，含有各种官能团，如羧基、芳香环、氨基和羟基等，容易与氯反应。氯常与水中的 NOM发生亲电取代反应、加成反应、氧化反应等反应，其产物经过水解生成 DBP，同时氯也会与水中的溴化合物、碘化合物发生取代、加成等反应 (Bond et al.，2012)。氯与芳香族化合物发生亲电取代反应。在给电子基团和邻对位导向基团 (如苯丙醇)存在时，分别在 2、4和 6位发生分步氯代反应。芳香族化合物在亚硝酸盐存在下进行氯化反应时也可以作为卤硝基甲烷的前体。芳香族化合物的反应性可以用取代基的失电子或给电子影响来解释 (汪洪涛，2011；Deborde et al.，2008)。
　　2. 铁腐蚀
　　供水管道是城市饮用水分配系统中*重要的设施之一。我国现有的供水管道多为金属管道 (>90%)，并且金属管道在新建的管网设施中仍然占据主要地位 (>85%)(郭浩等， 2020)。金属管网的腐蚀问题是不可忽略的，金属管网的腐蚀通常导致管网易损化严重，腐蚀垢的存在吸附了大量的有机物和微生物，并且增大了管网运输阻力，从而限制管道的输水能力。
　　研究表明，饮用水供水金属管道的外层管垢平滑致密，而内衬管垢多孔密实。外层与内层管垢的主要成分分别为 α-FeOOH等三价铁化合物和 Fe3O4等二价铁与三价铁共同存在的化合物 (牛璋彬等， 2006)。另外，水质 (硫酸根离子浓度、氯离子浓度、溶解氧浓度、温度、 pH、碱度、钙硬度 )、微生物、水力条件的改变和水源水质的改变均会对金属管道腐蚀产生影响 (Wang et al.，2021a，2021b；郭浩等，2018；Hu et al.，2018；Sun et al.，2017；Masters et al.，2015；Liu et al.，2013a)。 Hu等(2018)分别针对铸铁管内输送混合水、地表水和地下水，研究水源切换对管道铁腐蚀的影响，结果表明 Cl.浓度或 SO42.浓度与铁的释放呈正相关作用，碱度和钙硬度则与铁释放呈负相关作用。郭浩等(2018)探究不同流速对腐蚀速率和腐蚀结构的影响，结果表明流速增加了管道腐蚀速率，腐蚀结构从 FeCO3和 Fe3O4逐渐转化成稳定性更强的 α-FeOOH。另外，生物膜对管道腐蚀起着重要作用，当铁氧化细菌在生物膜中占主导作用时会促进管道铁腐蚀，但当铁还原菌和硝酸还原菌成为生物膜的主要细菌时，可诱导铁在腐蚀过程中发生氧化还原循环，进而促进氧化铁的沉淀和腐蚀垢中 Fe3O4的形成，有效地抑制铁腐蚀 (Huang et al.， 2021)。
　　3. 二次供水
　　随着城市的快速发展，饮用水输配系统面临着供水范围变广、供水压力不足等问题，二次供水已经成为常用的解决高层市政供水压力不足问题的方法。二次供水可以通过直接在管道上加压，或是将储水箱中的水加压配送两种方式完成。然而，二次供水极易造成二次污染，病菌、重金属等导致的水污染事件层出不穷。 2021年 1月 16日，上海市某小区二次供水管道破裂引发污水渗入，自来水产生异味，并造成多位居民出现腹泻呕吐情况 (叶华等， 2021)；王松松等 (2018)对 2014～ 2016年烟台市饮用水水质进行检测，二次供水合格率仅为 73.33%，出厂水、末梢水合格率分别为 100.00%、82.92%，二次供水合格率显著低于出厂水和末梢水。
　　二次供水系统通常比较简单，主要由储水罐和水泵组成。一旦储水罐大小与用水量不匹配，可能引发换水量低、滞水时间长的风险，进而引起水体余氯衰减、金属释放、浊度增加及微生物增殖等问题 (Zhang et al.，2021a，2021b；Miyagi et al.， 2017)。研究表明，与一次供水相比，二次供水具有更高的微生物风险 (Hu et al.， 2021；王松松等， 2018；Li et al.，2018；Miyagi et al.，2017)。Hu等(2021)对我国东南部某大型城市 12个居民小区二次供水点进行采样并监测，结果显示二次供水系统中军团菌属(Legionella)丰度显著增加，同时在水箱中检测出肠球菌属 (Enterococcus)、棘阿米巴属 (Acanthamoeba)和哈曼属原虫 (Hartmannella vermiformis)等潜在病原微生物。 Li等(2018)同样发现在二次供水系统中，储水箱会诱导饮用水中微生物种群结构发生改变，在储水箱及后续管道中检测出嗜肺军团菌(Legionella pneumomhila)、棘阿米巴属 (Acanthamoeba)等致病微生物的基因。因此，应加强城市二次供水微生物风险监测的频率和范围，以达到防控水媒传染病的目的。
　　4. 机会致病菌
　　机会致病菌 (opportunistic pathogen，OPPP)是可通过水传播或气溶胶扩散的一类致病菌。它能够广泛适应市政管网环境，在市政管网中生存并繁殖。供水管道中常见 OPPP如表 1.1所示。大量研究对 OPPP的共同特征进行了报道，包括耐高温、较强的抗消毒剂能力、能够依附于生物膜生存、能够适应低溶解氧 (dissolved oxygen，DO)及低总有机碳 (total organic carbon，TOC)的寡营养环境等 (Huang et al.，2021； Tarazi et al.，2021；Wang et al.，2021b，2018；Lu et al.，2017；Falkinham III，2015；Falkinham III et al.，2015)。Huang等(2021)对我国华东地区 4个饮用水处理和分配系统中 OPPP的发生情况进行了调查，结果表明 OPPP的数量和浊度与化学需氧量 (chemical oxygen demand，COD)呈正相关关系，与自由氯浓度呈负相关关系。 Lu等(2017)利用定量聚合酶链反应 (qPCR)技术对浴室内自来水和淋浴水中 OPPP丰度进行检验， OPPP丰度由高到低分别为分枝杆菌 (Mycobacterium sp.)、军团菌 (Legionella sp.)、铜绿假单胞菌 (Pseudomonas sp.)和棘阿米巴 (Acanthamoeba sp.)。
　　表 1.1供水管道中常见的机会致病菌
　　此外，OPPP在饮用水分配系统中的生长与微污染物存在联系。微污染物增加了带有抗生素抗性基因 (antibiotics resistance gene，ARG)的细菌数量，同时促进耐药菌胞外聚合物 (extracellular polymeric substance，EPS)的产生，导致细菌聚集和吸附能力增强，增加耐氯能力，造成饮用水分配系统中颗粒相关 OPPP增多 (Wang et al.，2021a)。Zhang等(2021b)对我国北方某城市冬季供暖条件下室内管道滞留水体微生物种群结构进行调查，表明滞留之后分枝杆菌、假单胞菌等致病菌的丰度显著增加，温度和滞留时间与 OPPP丰度存在正相关关系。
　　1.1.2饮用水中的污染物
　　我国饮用水处理一般采用常规处理工艺，即混凝、沉淀、过滤、消毒，但是净化效果有限，不能完全去除水中的有害物质 (Shang et al.，2018；Su et al.，2018)。饮用水中常见的污染物如表 1.2所示。
　　表 1.2饮用水中常见污染物
　　续表
　　1.1.3饮用水水质评判标准
　　众所周知，长期接触受污染水体会对健康产生重大影响。饮用水中重金属、硝酸盐等污染物对人类的影响是慢性的，往往被定义为“无声的杀手”。因此，饮用水标准的充分性及其细致执行是维护人类健康重中之重的问题。与饮用水有关的大量疾病暴发证明了饮用水水质标准需要时刻起保障作用并且不断地重新评估，特别是要考虑各种新出现的污染物等。通过了解国内外水质指标情况，对现行的饮用水中微生物标准进行对比 (表 1.3)。
　　表 1.3国内外微生物标准对比
　　1)我国饮用水水质评判标准 2022年 3月 15日，新版《生活饮用水卫生标准》 (GB 5749—2022)发布，于
　　

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1饮用水安全概述 1
1.1.1饮用水安全研究情况 1
1.1.2饮用水中的污染物 4
1.1.3饮用水水质评判标准 6
1.2管道饮用水微生态特征 8
1.2.1管道饮用水微生物的来源 8
1.2.2管道内微生物增殖的影响因素 9
1.3管道饮用水微生物腐蚀 12
1.3.1微生物腐蚀机理 12
1.3.2微生物腐蚀的影响因素 15
参考文献 18
第2章 水环境微生态研究方法 24
2.1饮用水中的微生物数量检测方法 24
2.1.1异养平板计数法 24
2.1.2流式细胞术 26
2.2管道饮用水中的微生物活性检测技术 28
2.2.1生物化学发光仪检测水中 ATP 28
2.2.2 BIOLOG技术测定微生物活性 28
2.3高通量测序技术在管道饮用水中的应用 29
参考文献 32
第3章 冬季室**暖诱导供水管道滞留水体细菌增殖特征 35
3.1采样点概况及采样方法 36
3.2水体化学参数变化 38
3.2.1水体化学参数测定方法 38
3.2.2采暖期过夜滞留水体化学参数变化情况 39
3.3细菌细胞总数和 ATP的变化 41
3.3.1细菌细胞总数和 ATP测定方法 41
3.3.2细菌细胞总数和 ATP的变化情况 42
3.4细菌代谢多样性的比较 44
3.4.1 AWCD590nm的测定方法 44
3.4.2细菌代谢多样性的比较结果 45
3.5细菌昀大再生点的定位实验 47
3.6细菌群落多样性分析 49
3.7本章小结 54
参考文献 55
第4章 夏季过夜滞留诱导室内饮用水细菌增殖特征 58
4.1采样点与研究方法概述 58
4.2水质化学参数变化 60
4.3细菌数变化规律 65
4.4生物活性的演替规律 68
4.5水质与生物量的相关性分析 70
4.6本章小结 72
参考文献 72
第5章 过夜滞留诱导室**水管道真菌增殖特征 75
5.1饮用水中真菌研究概述 75
5.1.1饮用水中真菌增殖的危害 75
5.1.2饮用水主要污染来源及水质标准 75
5.1.3供水管道微生态的研究进展 76
5.1.4饮用水中真菌研究方法的研究进展 78
5.2材料与实验方法 80
5.3水质参数的变化规律 82
5.3.1温度变化规律 82
5.3.2 pH变化规律 83
5.3.3余氯浓度变化规律 84
5.3.4氨氮浓度变化规律 87
5.3.5硝氮浓度变化规律 88
5.3.6总氮浓度变化规律 90
5.3.7总磷浓度变化规律 91
5.3.8总铁浓度变化规律 92
5.3.9总有机碳浓度变化规律 94
5.4滞留水体真菌的增殖特征 95
5.5各水质指标的相关性分析 97
5.6本章小结 98参考文献 98
第6章 藻类有机物对饮用水水质及细菌增殖的影响 101
6.1实验方法 101
6.2滞留水水质参数分析 102
6.2.1余氯浓度变化特征 102
6.2.2氮浓度变化特征 103
6.2.3总磷浓度、总铁浓度和总有机碳浓度变化特征 105
6.3滞留水细菌生物量和生物活性分析 106
6.3.1滞留水细胞总数和 ATP浓度 106
6.3.2滞留水细菌碳源代谢活性 110
6.4滞留水细菌种群结构分析 111
6.5相关特性研究 115
6.6本章小结 117
参考文献 118
第7章 硝酸盐对蒙氏假单胞菌的腐蚀特性影响 121
7.1材料与方法 121
7.2水质化学参数变化 125
7.2.1硝氮浓度变化 125
7.2.2亚硝氮浓度变化 126
7.2.3氨氮浓度变化 127
7.2.4铁浓度变化 127
7.3蒙氏假单胞菌腐蚀速率测定与腐蚀产物特性分析 129
7.3.1蒙氏假单胞菌腐蚀速率测定 129
7.3.2蒙氏假单胞菌腐蚀产物特性分析 131
7.4本章小结 137
参考文献 137
第8章 不同分子量 NOM对氧化微杆菌的腐蚀特性影响 139
8.1材料与方法 139
8.2水质化学参数变化 142
8.2.1总铁浓度和 Fe2+浓度变化 142
8.2.2溶解氧浓度和 pH变化 144
8.2.3总有机碳浓度变化 145
8.3氧化微杆菌腐蚀速率与腐蚀产物特性分析 146
8.3.1氧化微杆菌腐蚀速率测定 146
8.3.2氧化微杆菌腐蚀产物特性分析 148
8.4本章小结 155 参考文献 156