揭秘荷兰无氯饮用水：水质背后的关键影响因素

2022 年，《总环境科学》（Science of the Total Environment）期刊发表了一项由荷兰科学家 K.L.G. Learbuch 等人完成的研究，该研究聚焦荷兰无氯饮用水分配系统，深入探究了饮用水来源、生长潜力和管材类型对水中及生物膜中细菌群落组成和生物量浓度的影响，为无氯饮用水系统的水质保障提供了重要的科学依据。

在荷兰、丹麦、瑞士等国家，饮用水分配系统通常不维持消毒余氯，而是通过降低水中可生物降解有机碳（BDOC）来抑制微生物生长，保障水质安全。然而，微生物在分配系统中的生长仍可能导致一系列问题：机会致病菌在生物膜中滋生会威胁公众健康；微生物代谢产物会引发水质的色、嗅、味问题；生物膜还可能加速管材腐蚀、堵塞水表，影响供水系统的正常运行。此前的研究多单独关注某一因素对饮用水微生物群落的影响，难以明确各因素的相对重要性。因此，该研究旨在系统评估饮用水来源（地下水或地表水）、生长潜力和管材类型这三个关键变量，找出对无氯饮用水分配系统中细菌群落组成和生物量浓度影响最大的因素，为优化无氯饮用水生产和分配工艺提供科学指导。

研究团队在荷兰全国范围内选取了 10 个不同的无氯饮用水分配系统，其中 6 个以地下水为水源，4 个以地表水为水源。根据可同化有机碳（AOC-A3）、生物量生产潜力（BPP）和颗粒 / 高分子有机碳（PHMOC）等指标，将饮用水的生长潜力划分为高、中、低三个等级。采样管材包括聚氯乙烯（PVC-U）、聚乙烯（PE）、铸铁（CI）和石棉水泥（AC）四种常见管材，在每个分配系统的不同位置采集水样和生物膜样品。

为全面分析样品的微生物特性，研究团队采用了多种检测方法：通过三磷酸腺苷（ATP）检测评估生物量浓度；利用 Illumina MiSeq 平台对 16S rRNA 基因的 V4 高变区进行测序，分析细菌群落组成和多样性；运用主坐标分析（PCoA）和置换多元方差分析（PERMANOVA）统计方法，探究不同因素对细菌群落组成的影响；通过热图展示优势细菌属的相对丰度，明确群落结构的差异。

研究结果表明，饮用水的生长潜力是影响无氯饮用水分配系统中细菌群落组成和水中生物量浓度的最关键因素。生长潜力低的饮用水中，ATP 浓度显著低于生长潜力中等和高的饮用水，细菌群落组成也与后两者存在显著差异。饮用水来源（地下水 vs 地表水）对细菌群落组成也有显著影响，地下水和地表水来源的饮用水及其生物膜的细菌群落各自聚类，差异明显。而管材类型对细菌群落组成和生物量浓度均无显著影响，不同管材表面的生物膜细菌群落结构相似。此外，研究还发现，水中和生物膜中的细菌群落存在显著差异，生物膜中的 ATP 浓度远高于水中，表明生物膜是微生物的主要栖息地。

该研究的现实意义重大。它明确了无氯饮用水分配系统中水质调控的核心靶点 —— 饮用水的生长潜力，为饮用水处理工艺的优化提供了明确方向。饮用水处理厂可通过强化去除可生物降解有机碳，降低饮用水的生长潜力，从源头抑制微生物生长，减少生物膜形成和机会致病菌滋生的风险。对于饮用水分配系统的设计和改造，无需过度关注管材类型的选择，应将重点放在优化水处理工艺、降低饮用水生长潜力上。同时，该研究强调了在饮用水水质研究中，需同时关注水相和生物膜相的微生物特性，才能全面了解分配系统的微生物生态，为水质安全保障提供更全面的科学支撑。这一研究成果对荷兰及其他采用无氯饮用水分配系统的国家具有重要的指导意义，有助于进一步提升无氯饮用水的水质安全性和稳定性。

原文链接：http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.154940