溫度對超濾出水中細菌生長的影響

概述：超濾出水中存在的一定量小分子的有機物為異養(yǎng)菌生長提供了碳源，可能導致細菌在管網(wǎng)中繼續(xù)生長。通過配水實驗對超濾出水在不同溫度下的異養(yǎng)菌總數(shù)、微生物活性、濁度等指標進行分析研究。結果表明，超濾出水中仍有少量細菌存在，這些細菌能夠在超濾出水的水質條件下增殖，當水溫為22℃和15℃時，HPC增長了3個數(shù)量級，即使在5℃時，HPC也增長了2個數(shù)量級。溫度是影響超濾出水中細菌生長的關鍵因素之一。

近年來隨著源水水質的進一步惡化，膜技術的不斷成熟，超濾在飲用水處理中獲得了廣泛應用。相對于傳統(tǒng)工藝，超濾對濁度、顆粒物、膠體、大分子有機物的去除率較高，能有效的控制“兩蟲”、細菌等微生物，是保證水的微生物安全性的有效技術[1]。但超濾對小分子有機物的去除能力有限[2]，這可為異養(yǎng)菌的生長提供一定的營養(yǎng)物質，可能導致細菌在管網(wǎng)中繼續(xù)生長。
在影響細菌生長的諸多因素中，溫度非常重要，它可以直接或間接影響微生物生長的所有因素[3]。許多研究者發(fā)現(xiàn)微生物的生長繁殖速度隨著水溫的升高加快[4-5]；水溫在15℃以上時微生物活性顯著提高[6-7]。LeChevallier[8]的研究也發(fā)現(xiàn)實際管網(wǎng)中細菌的生長與水溫有密切關系，即使在水溫5℃時管網(wǎng)中仍有細菌生長。
本研究通過分析不同溫度下超濾出水各個水質指標的變化情況，來反映溫度對超濾出水中細菌生長的影響，為超濾出水水質穩(wěn)定性的研究提供一定的參考。
1、?材料與方法
1.1 實驗方法
經(jīng)過調查研究，根據(jù)實際管網(wǎng)中溫度的變化情況，選定5℃、15℃和22℃分別代表冬季、春秋季及夏季的水溫進行靜態(tài)試驗。將超濾出水放入不同溫度（5℃，15℃，22℃）的環(huán)境下，每隔一定時間測定水樣的濁度、微生物活性和HPC等指標。
1.2 實驗用水和超濾膜
根據(jù)微污染水源水的水質情況，采用自來水、生活污水和微囊藻按100：1：0.0025的比例配制水源水，經(jīng)過超濾處理后作為實驗原水。所配制的微污染水源水及超濾出水水質如表1所示。

超濾膜為PVDF中空纖維膜，膜孔徑為0.01μm，膜通量控制在15 L/(m2?h)，處理水量為1L/h。
1.3 分析方法
常規(guī)水質指標的測定均按國家標準分析方法進行[9]。異養(yǎng)菌平板計數(shù)HPC (Heterotrophic Plate Counting) 采用R2A培養(yǎng)基，22℃培養(yǎng)7d計數(shù)[10]。采用電子傳遞體系(ETS)活性來表征體系中微生物的活性。取2mL水樣置于20mL的比色管中，加入2mL的Tirs-HCl緩沖液(pH = 8.4)及1mL的Na2SO3溶液和2mL的TTC溶液(0.4%)。將混合液放入37℃恒溫振蕩器內(nèi)培養(yǎng)10min，然后加入5mL丙酮并充分搖勻，在90℃恒溫水浴鍋中抽提10min后，在4000r/min下離心處理10min，取上清液測定485nm處的吸光度，通過標準曲線計算出TTC的量，以此來表征ETS活性[11]。

2、?結果與討論
2.1 不同水溫下HPC隨時間的變化
圖1所示為超濾出水在不同溫度條件下細菌的生長情況。

如圖1所示，隨著時間的延長，超濾出水在不同溫度下異養(yǎng)菌總數(shù)（HPC）相差較大，溫度越高，水中的細菌生長越多。第7天時，水溫22℃下的HPC已達到5.98×106CFU/ml，15℃下為1.55×106CFU/ml，而5℃下只有2.75×105CFU/ml。從第7d以后的平均值看來，22℃下的細菌比15℃的多了一倍，比5℃的高了一個數(shù)量級。從總體看，前期各個溫度下的細菌總數(shù)均有所增加，穩(wěn)定一段時間之后，活性都在下降。這可能是隨著時間的延長，水中的營養(yǎng)物質不斷減少所致。
可以認為水溫較低時，細菌處于較低的代謝水平，生長速率較低；水溫較高時，細菌的代謝能力增強，生長速率也相應增加。這說明細菌的生長受溫度影響非常大，溫度是影響細菌生長的關鍵因素。
2.2 不同水溫下微生物活性（ETS）隨時間的變化
由于自然環(huán)境中大多數(shù)微生物是不可培養(yǎng)的，因此異養(yǎng)菌計數(shù)（HPC）具有一定的局限性，而電子傳遞體系(ETS)活性可指示出系統(tǒng)中微生物的新陳代謝活力，可以間接反映水中微生物的生長變化，對于部分不可培養(yǎng)的微生物具有一定的指示作用，是HPC的良好補充。圖2所示為不同溫度下細菌ETS活性隨時間的變化情況。

從圖2中可以看出，溫度越高，微生物活性越高：實驗開始時，22℃下的活性僅比15℃下的高0.4μg/ml，而在隨后的3-13d，22℃下的活性至少比15℃下的高0.8μg/ml；相比來說，雖然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℃。與圖1相比，微生物活性在第3天達到了最高值，比HPC提前了4天。可以認為在超濾出水中存在著較多的不可培養(yǎng)的微生物。這說明僅靠異養(yǎng)菌計數(shù)（HPC）來評價超濾出水中微生物的生長繁殖情況是不夠的。
2.3 不同水溫下濁度隨時間的變化
濁度是水透明程度的量度，它與水中懸浮物的含量、雜質的成分等因素有關，而超濾出水中含有較少的懸浮物和顆粒物，細菌的生長會引起的濁度的變化。濁度與微生物數(shù)量有一定的相關性，在一定條件下，濁度在一定程度上可以便捷、有效、快速地反映超濾出水中細菌的變化情況，以彌補異養(yǎng)菌計數(shù)（HPC）耗時較長的不足。
圖3所示為不同溫度下水樣的濁度隨時間的變化。

從圖3可以看出，水樣濁度隨時間的推移逐漸升高，前6天濁度值均較低，隨后溫度越高，濁度增長越快，濁度值越高：第13d時，5℃、15℃和22℃下的濁度分別已達到0.219NTU、0.271NTU和0.444NTU。對比圖1，可以發(fā)現(xiàn)水樣的HPC前6天時較少，在第7d達到最大值，而且溫度越高，水中細菌越多?？梢哉J為，水中細菌的生長、繁殖及其衰亡是濁度增長的一個重要因素。溫度較高時，一方面水中細菌生長繁殖較快，數(shù)量較多，可以增加濁度；另一方面，隨著時間的延長，水中可供細菌生長繁殖的營養(yǎng)物質減少，使得細菌不斷衰亡，這樣產(chǎn)生的殘體等也會使?jié)岫壬?。因此，濁度在一定程度上可以反映超濾出水中細菌的生長變化情況。

3、結論
（1）雖然超濾工藝可以很好地截留細菌，但是由于超濾膜孔徑不均、反沖洗等原因，出水中仍有細菌存在，而這部分細菌能夠利用水中的營養(yǎng)物質迅速繁殖。
（2）超濾出水在靜態(tài)培養(yǎng)條件下，HPC一般在第7d可達到最大值。而ETS活性在3天時即可達到最大。
（3）濁度在一定程度上可以反映超濾出水中細菌的生長變化情況。