温度对超滤出水中细菌生长的影响

概述：超滤出水中存在的一定量小分子的有机物为异养菌生长提供了碳源，可能导致细菌在管网中继续生长。通过配水实验对超滤出水在不同温度下的异养菌总数、微生物活性、浊度等指标进行分析研究。结果表明，超滤出水中仍有少量细菌存在，这些细菌能够在超滤出水的水质条件下增殖，当水温为22℃和15℃时，HPC增长了3个数量级，即使在5℃时，HPC也增长了2个数量级。温度是影响超滤出水中细菌生长的关键因素之一。

近年来随着源水水质的进一步恶化，膜技术的不断成熟，超滤在饮用水处理中获得了广泛应用。相对于传统工艺，超滤对浊度、颗粒物、胶体、大分子有机物的去除率较高，能有效的控制“两虫”、细菌等微生物，是保证水的微生物安全性的有效技术[1]。但超滤对小分子有机物的去除能力有限[2]，这可为异养菌的生长提供一定的营养物质，可能导致细菌在管网中继续生长。
在影响细菌生长的诸多因素中，温度非常重要，它可以直接或间接影响微生物生长的所有因素[3]。许多研究者发现微生物的生长繁殖速度随着水温的升高加快[4-5]；水温在15℃以上时微生物活性显著提高[6-7]。LeChevallier[8]的研究也发现实际管网中细菌的生长与水温有密切关系，即使在水温5℃时管网中仍有细菌生长。
本研究通过分析不同温度下超滤出水各个水质指标的变化情况，来反映温度对超滤出水中细菌生长的影响，为超滤出水水质稳定性的研究提供一定的参考。
1、 材料与方法
1.1 实验方法
经过调查研究，根据实际管网中温度的变化情况，选定5℃、15℃和22℃分别代表冬季、春秋季及夏季的水温进行静态试验。将超滤出水放入不同温度（5℃，15℃，22℃）的环境下，每隔一定时间测定水样的浊度、微生物活性和HPC等指标。
1.2 实验用水和超滤膜
根据微污染水源水的水质情况，采用自来水、生活污水和微囊藻按100：1：0.0025的比例配制水源水，经过超滤处理后作为实验原水。所配制的微污染水源水及超滤出水水质如表1所示。

超滤膜为PVDF中空纤维膜，膜孔径为0.01μm，膜通量控制在15 L/(m2•h)，处理水量为1L/h。
1.3 分析方法
常规水质指标的测定均按国家标准分析方法进行[9]。异养菌平板计数HPC (Heterotrophic Plate Counting) 采用R2A培养基，22℃培养7d计数[10]。采用电子传递体系(ETS)活性来表征体系中微生物的活性。取2mL水样置于20mL的比色管中，加入2mL的Tirs-HCl缓冲液(pH = 8.4)及1mL的Na2SO3溶液和2mL的TTC溶液(0.4%)。将混合液放入37℃恒温振荡器内培养10min，然后加入5mL丙酮并充分摇匀，在90℃恒温水浴锅中抽提10min后，在4000r/min下离心处理10min，取上清液测定485nm处的吸光度，通过标准曲线计算出TTC的量，以此来表征ETS活性[11]。

2、 结果与讨论
2.1 不同水温下HPC随时间的变化
图1所示为超滤出水在不同温度条件下细菌的生长情况。

如图1所示，随着时间的延长，超滤出水在不同温度下异养菌总数（HPC）相差较大，温度越高，水中的细菌生长越多。第7天时，水温22℃下的HPC已达到5.98×106CFU/ml，15℃下为1.55×106CFU/ml，而5℃下只有2.75×105CFU/ml。从第7d以后的平均值看来，22℃下的细菌比15℃的多了一倍，比5℃的高了一个数量级。从总体看，前期各个温度下的细菌总数均有所增加，稳定一段时间之后，活性都在下降。这可能是随着时间的延长，水中的营养物质不断减少所致。
可以认为水温较低时，细菌处于较低的代谢水平，生长速率较低；水温较高时，细菌的代谢能力增强，生长速率也相应增加。这说明细菌的生长受温度影响非常大，温度是影响细菌生长的关键因素。
2.2 不同水温下微生物活性（ETS）随时间的变化
由于自然环境中大多数微生物是不可培养的，因此异养菌计数（HPC）具有一定的局限性，而电子传递体系(ETS)活性可指示出系统中微生物的新陈代谢活力，可以间接反映水中微生物的生长变化，对于部分不可培养的微生物具有一定的指示作用，是HPC的良好补充。图2所示为不同温度下细菌ETS活性随时间的变化情况。

从图2中可以看出，温度越高，微生物活性越高：实验开始时，22℃下的活性仅比15℃下的高0.4μg/ml，而在随后的3-13d，22℃下的活性至少比15℃下的高0.8μg/ml；相比来说，虽然5℃下的和15℃下的活性相差不大，但是仍可看出，15℃下活性高于5℃。与图1相比，微生物活性在第3天达到了最高值，比HPC提前了4天。可以认为在超滤出水中存在着较多的不可培养的微生物。这说明仅靠异养菌计数（HPC）来评价超滤出水中微生物的生长繁殖情况是不够的。
2.3 不同水温下浊度随时间的变化
浊度是水透明程度的量度，它与水中悬浮物的含量、杂质的成分等因素有关，而超滤出水中含有较少的悬浮物和颗粒物，细菌的生长会引起的浊度的变化。浊度与微生物数量有一定的相关性，在一定条件下，浊度在一定程度上可以便捷、有效、快速地反映超滤出水中细菌的变化情况，以弥补异养菌计数（HPC）耗时较长的不足。
图3所示为不同温度下水样的浊度随时间的变化。

从图3可以看出，水样浊度随时间的推移逐渐升高，前6天浊度值均较低，随后温度越高，浊度增长越快，浊度值越高：第13d时，5℃、15℃和22℃下的浊度分别已达到0.219NTU、0.271NTU和0.444NTU。对比图1，可以发现水样的HPC前6天时较少，在第7d达到最大值，而且温度越高，水中细菌越多。可以认为，水中细菌的生长、繁殖及其衰亡是浊度增长的一个重要因素。温度较高时，一方面水中细菌生长繁殖较快，数量较多，可以增加浊度；另一方面，随着时间的延长，水中可供细菌生长繁殖的营养物质减少，使得细菌不断衰亡，这样产生的残体等也会使浊度升高。因此，浊度在一定程度上可以反映超滤出水中细菌的生长变化情况。

3、结论
（1）虽然超滤工艺可以很好地截留细菌，但是由于超滤膜孔径不均、反冲洗等原因，出水中仍有细菌存在，而这部分细菌能够利用水中的营养物质迅速繁殖。
（2）超滤出水在静态培养条件下，HPC一般在第7d可达到最大值。而ETS活性在3天时即可达到最大。
（3）浊度在一定程度上可以反映超滤出水中细菌的生长变化情况。