天津凯英科技发展股份有限公司 天津市 300384
摘要：水的致病污染可给人体健康带来显着风险，细菌、病毒、原生动物和蠕虫可以通过人体直接接触水或饮用来感染，纵观历史进程在全球范围内曾发生多起微生物污染直接引发疾病暴发事件，因此对水体中多种类型的潜在传染性病原体进行监测和控制具有重大意义。本文根据笔者工作实践，对微生物技术在城市污水处理中的应用进行了分析和探讨。
关键词：微生物；技术；城市；污水；处理；应用
1 微生物学技术在供水工程中的应用
1.1 水中致病菌与指标菌的快速测定
水中存在的多种致病菌对人体健康造成威胁，传统方法是采用分离培养来鉴定其种类和数量，但是费时较长且无法检测一些难以人工培养的细菌，从而低估了细菌种类和数量的实际值。研究表明PCR技术测定大肠杆菌灵敏性佳，以大肠杆菌细胞计，检测限可达到每100 m L水中可检测到1个。通过PCR技术快速检测3种消毒方式水样中的大肠杆菌，并且与滤膜培养法的结果进行分析对比，研究显示PCR技术适合在臭氧和氯剂消毒的水样中应用，其测定效果一致性良好，但是对紫外线消毒的水样易检出假阳性。采用基因芯片法对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌、霍乱弧菌、军团菌、肠炎沙门菌等多种水体中可能存在的致病菌进行检测，研究结果显示该法能够同时特异性地对多种细菌进行快速检测，且灵敏度高、操作简单、稳定性和重复性较好。
1.2 水中病毒的快速测定
水体中病毒具有不易检测、感染性强且致病剂量小的特点，这使其成为最为危险的威胁人体健康的一种病原体。常规检测技术是先富集培养然后用电镜观察等，周期长、耗资大且精度较差，当前基因探针与扩增技术给快速检测病毒提供了重要方式。采用PCR技术检测水样中的肠道病毒与甲肝病毒，其耗时与传统细胞培养相较缩短了50%。通过RT-PCR技术监测海水甲肝病毒的污染状况，该方法检测病毒的灵敏性和定量分析的准确性很高。PCR法可以反映病毒污染水样的情况，但无法进一步辨别出病毒有无感染性，然而综合快速、敏感、特异、经济等因素，该技术在预防病毒传播疾病和评估水环境质量等方面工作中可发挥重要作用。对不同地理区域的20个编码轮状病毒分离株进行了基因芯片杂交的特异性检测，该技术可明确识别所有轮状病毒株，且显示与传统的分型检测对比结果一致。
1.3 水中病原原生动物检测
隐孢子虫、贾地鞭毛虫等是水环境中主要的病原原生动物，因具有芽孢、孢子囊等而对外界抵抗力较强造成饮用水安全风险，且数量较低、难以培养、不易检测，而微生物学检测克服了这些缺点，通过免疫磁分离PCR法对隐孢子虫卵囊进行超敏感和快速分子测定，研究显示其灵敏度能够实现于5~100 L饮用水中测出1个隐孢子虫。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
1.4 水中病原蠕虫检测
蛔虫、钩虫、蛲虫、绦虫、肝吸虫等蠕虫寄生于人体会引发蠕虫病，这在我国较为高发，蠕虫虫卵通常用显微镜检测，但由于虫卵较小不易检查且容易漏检，因此许多专家将微生物技术应用于蠕虫的研究，以期寻找更加快速、准确的检测方法。采用随机扩增多态性DNA-PCR方法研究了蠕虫的遗传变异，结果显示出种群之间的基因差别，表明遗传多样性的存在，对流行病学和有效控制感染具有重要意义，同时也说明该技术可用于检测水中蠕虫。研究建立了肝吸虫虫卵DNA的提取和PCR检测方法，为特异性、快速检测虫卵以及预防蠕虫污染水质提供科学依据。
1.5 管网微生物种群分析
给水管网中分支杆菌、嗜肺军团菌等众多病原微生物可以在生物膜中生存增长，当水力条件变化时生物膜脱落会造成水体污染，故加强对生物膜中微生物种群的监测和分析有助于保障安全供水。将荧光定量PCR技术与传统异养菌培养法结合，辅以流式细胞仪、扫描电镜和高通量测序方法，综合分析了不同管道材料给生物膜微生物种群造成的影响，研究表明细菌总数、异养菌数以及微生物多样性有一定规律，均体现为不锈钢复合管<镀锌管<灰铸铁管，但镀锌管中存在较高比例的活菌，这给日后供水管材的选择提供一定指导。
2分子微生物学技术在污水处理中的应用
2.1 在生物脱氮系统中对优势菌的分析
硝化菌和氨氧化菌的数量和空间分布与微生物硝化反硝化过程息息相关，可作为调控污水脱氮工艺的参数，但传统的检测方法步骤分为分离、富集、分类、鉴定等，较为繁琐且耗时较长。通过实时荧光定量PCR技术研究检测出垃圾渗滤液处理厂存在AOA、AOB、NOB及ANAMMOX多种脱氮微生物。升流式厌氧污泥床ANAMMOX工艺对低温低氨氮生活污水的处理效果，定量PCR检测表明30℃与16℃时混合液中厌氧氨氧化菌的丰度不同，且降温过程中优势菌种发生了变化。
2.2 在生物除磷系统中的聚磷菌分析
污水处理的生物除磷系统通过聚磷菌厌氧释磷、好氧吸磷来实现，借助微生物学技术可深入分析微生物的代谢特性，有助于进一步深入研究除磷机理、优化除磷工艺。利用PCR-DGGE技术研究不同条件下除磷污泥的微生物种群，结果表明碳源类型及电子受体对种群数量和群落结构均造成影响，且碳源对反硝化除磷污泥有明显影响。通过PCR-DGGE技术探究厌氧/好氧SBR反应器中除磷系统不同阶段的微生物种群特点，分别分析启动期、稳定期及恶化期的优势聚磷菌种群。通过FISH技术研究SBR反应器中微生物在启动阶段的特征，结果表明在快速增殖阶段，聚磷菌菌体较小、结构较为松散，随后菌体体积持续变大并形成致密团状，这时达到较好的处理效果。通过FISH技术检测2个反应器中富集培养的优势菌，结果显示PAOs与DPAOs为同一菌属。
2.3在优化污水处理工艺中的指导作用
污水生物处理伴随着多种菌种的共同作用，因此研究分析工艺中微生物的种群结构和种类数量并探究功能菌在降解污染物的作用有助于优化处理工艺。利用PCR-SSCP技术分析芦苇人工湿地微生物的分布和特性以阐明微生物在降解污染物中的作用，研究表明硝化、反硝化细菌及异养菌随季节性改变，人工湿地不同营养水平与微生物功能群分布具有相关性，入口区微生物DNA多样性高于出口区，湿地中的优势菌为芽孢杆菌属。通过PCR-TGGE技术监测A/O反应器耐盐微生物的驯化状况，结果显示微生物的种群比较丰富，而且驯化出耐高盐度的优势菌群。针对处理4种不同污废水的活性污泥，通过巢式PCR-DGGE技术来分析比较不同系统中的微生物种群，为改进生物处理工艺提供了重要指导。
3 结语
微生物学技术加大了水环境微生物研究的广度和深度，但是该技术也存在有不足之处，比如前述PCR技术在水样处理过程中可能引入抑制剂造成结果偏差，FISH技术检测可能受微生物自身荧光特性影响而出现假阳性结果，因此在现有技术基础上不断进行改进和优化是未来研究的一个重要方向。另外当前现有技术用于致病微生物鉴定的定性研究较为广泛和成熟，而定量分析有望进一步研究完善。微生物学技术目前主要应用于理论分析，为改良水处理工艺提供一定支撑，未来如何将该技术运用在实际工程的实践和指导也是重要的发展方向，比如利用基因工程技术构建工程菌，从而实现难降解污染物的高效降解、重金属离子的吸附去除等。将微生物学技术和传统分离培养技术相结合，并辅以扫描力显微镜、流式细胞仪和DNA自动测序仪等先进分析仪器，应用于水处理中并不断完善与发展，必将推动水体微生物的研究检测并促进水行业的进一步发展。
参考文献：
[1]孟静，赵媛媛，阿斯亚.新疆水源性隐孢子虫的检测[J].中国病原生物学杂志，2011，6（1）：42-45.
[2]杨建雄.分子生物学[M].北京：化学工业出版社，2009.
论文作者:张晓丹
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/20
标签：微生物论文; 技术论文; 种群论文; 蠕虫论文; 病毒论文; 微生物学论文; 快速论文; 《基层建设》2017年第35期论文;