活性炭-超滤深度处理工艺中细菌群落时空分布及动态变化规律

蔡广强; 张金松; 刘彤宙; 尤作亮; 周常

doi:10.12030/j.cjee.202008166

活性炭-超滤深度处理工艺中细菌群落时空分布及动态变化规律

1.
哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院，深圳 518055
2.
深圳市水资源利用与环境污染控制重点实验室，深圳 518055
3.
深圳市水务(集团)有限公司，深圳 518031
4.
广州大学土木工程学院，深圳 510006

作者简介: 蔡广强(1989—)，男，博士研究生，工程师。研究方向：饮用水安全保障。E-mail：guangqiangcai@163.com

通讯作者: 刘彤宙(1977—)，男，博士，副教授。研究方向：水处理技术。E-mail：liutongzhou@hit.edu.cn;

基金项目:
国家水体污染控制与治理科技重大专项(2015ZX07406-004)；深圳市国家和省计划配套项目(GJHS20170314150756225)；深圳市水务(集团)有限公司内部课题(2016YT12)
中图分类号: TU991.2

Spatiotemporal distribution and dynamic variation of bacterial communities in granular activated carbon-ultrafiltration advanced treatment process

1.
School of Civil and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology, Shenzhen, Shenzhen 518055, China
2.
Key Laboratory of Water Resource Utilization and Environmental Pollution Control in Shenzhen, Shenzhen 518055, China
3.
Shenzhen Water Affairs (Group) Co. Ltd., Shenzhen 518031, China
4.
School of Civil Engineering, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China

Corresponding author: LIU Tongzhou, liutongzhou@hit.edu.cn ;

摘要: 利用NovaSeq6000高通量测序技术对夏季和冬季我国南方某采用活性炭-超滤深度处理工艺自来水厂工艺过程中的细菌群落进行解析，以探究该工艺过程中细菌群落的分布和变化规律。结果表明，出厂水浊度、菌落总数等水质指标均符合国标GB 5749-2006的要求。混凝沉淀、超滤和消毒对细菌群落多样性起到去除作用，且夏季去除率明显高于冬季；夏季和冬季优势菌门均为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）等，但在属水平上细菌群落组成存在明显差异。此外，检测到的条件致病菌属主要包括分支杆菌属(Mycobacterium)和假单胞菌属(Pseudomonas)，其在核心微生物中合计占比为5.56%。活性炭-超滤深度处理工艺过程中细菌群落具有明显的时空变化规律。
- 饮用水 /
- 活性炭-超滤深度处理工艺 /
- 细菌群落 /
- 时空分布 /
- 动态变化
Abstract: The bacterial communities in a granular activated GAC-UF advanced treatment process drinking water plant in the south of China were analyzed using NovaSeq6000 high throughput sequencing technology in summer and winter, in order to gain insight into the distribution and variation of those bacterial communities in this process. The results showed that the water quality indicators such as turbidity and total plate count in finished water all met the standards for drinking water quality GB 5749-2006. The bacterial community diversities were removed by the coagulation sedimentation, UF and disinfection, and the removal rates in summer were significantly higher than those in winter. The dominant phyla in both summer and winter were Proteobacteria, Actinobacteria, etc., but significant differences in bacterial community composition were found at the genus level. Additionally, Mycobacterium and Pseudomonas were the main potential pathogenic genera, and their total proportion in core microorganisms was 5.56%. In a word, the results provided evidence of distinct spatiotemporal variation of bacterial communities in the GAC-UF advanced treatment process, and contributed to microbiological safety assurance of drinking water.
- drinking water /
- granular activated carbon-ultrafiltration advanced treatment process /
- bacterial community /
- spatiotemporal distribution /
- dynamic variation
石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种类石墨烯层状二维结构的聚合物半导体，其内部七嗪环结构单元使其具有较高的化学和热稳定性，较低的带隙能量使其可有效吸收可见光^[1-2]，这些特性使g-C₃N₄成为具有较好应用前景的光催化材料。但在实际研究中发现，g-C₃N₄存在光生电子与空穴易于复合、比表面积小等不足^[3]，这在一定程度上限制了其光催化活性。研究人员通过将其与其他半导体材料复合^[4]、助催化剂修饰^[5]、染料敏化^[6]、形貌结构优化^[7]等方法，提高g-C₃N₄的可见光吸收能力和载流子迁移与分离效率，从而加强其催化效果。

利用碳量子点(CQDs)负载修饰半导体光催化剂，可以提高光的利用率和催化效率^[8-9]。CQDs本身具有良好的导电性，既可以作为电子供体也可以作为电子受体^[10]，有利于光生电子的快速迁移。此外，由于CQDs光化学稳定性高，具有上转换性等特有光学性质^[11]。HU等^[12]制备了CQDs/BiOCOOH/uCN光催化剂，构建Z型电荷转移机制，引入CQDs作为电子穿梭桥，从而提高了磺胺噻唑降解率。因此，将CQDs引入g-C₃N₄，二者之间以π-π键相连^[13]，形成异质结结构，可有效抑制载流子空穴复合效率，从而增强材料的光催化活性。

本研究基于g-C₃N₄与CQDs的结构和性能特点，采用水热法制备了CQDs与g-C₃N₄质量比为10%的CQDs/g-C₃N₄复合光催化材料，且将其用于盐酸四环素的光催化降解，通过FESEM、FETEM、XRD、XPS以及UV-vis等方法表征了催化剂形貌和结构变化，并考察了该催化剂在可见光下对盐酸四环素的降解效果，进一步探究了CQDs/g-C₃N₄复合材料的光催化机制。

1.   材料与方法

1.1   试剂与仪器

所用试剂：三聚氰胺(C₃H₆N₆)、柠檬酸(C₆H₈O₇)、尿素(CH₄N₂O)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF，C₃H₇NO)、盐酸四环素(C₂₂H₂₅ClN₂O₈)、无水乙醇(C₂H₅OH)、氨水(NH₃·H₂O)和盐酸(HCl)均为分析纯；所有实验用水均为超纯水。

所用仪器包括：XL-30 ESEM FEG型场发射扫描电子显微镜(美国FEI有限公司)；Tecnai G2 20型场发射透射电子显微镜(美国FEI有限公司)；BRUCKR D8 ADVANCE型X射线粉末衍射仪(德国布鲁克公司)；ESC ALAB 250型X射线光电子能谱仪(美国Thermo公司)；UV3600型紫外-可见近红外分光光度计(日本岛津公司)；CHI1660C型电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)。

1.2   g-C₃N₄的制备

在槽型坩埚中放入适量三聚氰胺粉末，并将其置于管式炉内，以350 mL·min⁻¹的速率向管内通5 min氮气排净空气。随后，设置管式炉升温速率为5 ℃·min⁻¹，升温至600 ℃，煅烧6 h后得到g-C₃N₄样品，随炉自然冷却至室温，取出后研磨成粉末。将制备的g-C₃N₄样品与适量的无水乙醇混合均匀，放入超声波仪器中，将剥离后的样品放在60 ℃条件下烘干备用。

1.3   CQDs/g-C₃N₄样品制备

称取1 g制备的g-C₃N₄样品，溶于10 mL DMF中，同时称取适量柠檬酸和尿素调整CQDs与g-C₃N₄的质量百分比为10%，将其加入上述溶液，搅拌至其完全溶解。将混合溶液转移至50 mL聚四氟乙烯反应釜中，在160 ℃下恒温反应4 h后自然冷却至室温。冷却后取出样品离心15 min，用无水乙醇反复洗涤3次，60 ℃条件下烘干得到10%CQDs/g-C₃N₄样品。

1.4   光催化实验

选用300 W氙灯(400~800 nm)作为可见光光源。配制10 mg·L⁻¹盐酸四环素水溶液，溶液pH用HCl和NaOH水溶液进行调节。称取g-C₃N₄和CQDs/g-C₃N₄催化剂分散于250 mL盐酸四环素水溶液中，在避光状态下以700 r·min⁻¹搅拌10 min进行吸附。随后打开氙灯光源，每隔10 min取样2.5 mL，将所取样品用0.45 μm针式过滤器过滤，最后用紫外-可见分光光度计测定所得滤液吸光度值，计算盐酸四环素的降解率。

2.   结果与讨论

2.1   催化剂表征结果

由图1可以看出，g-C₃N₄样品在2θ为12.94°和27.59°处出现的特征衍射峰，分别对应g-C₃N₄的(100)和(002)晶面^[14]。这说明样品为纯相g-C₃N₄。其中(100)晶面与g-C₃N₄面内三嗪基基团相对应，(002)晶面与芳香环层间堆积相对应^[15]。负载CQDs的复合材料中同样出现了对应的特征衍射峰，无其他明显杂峰。复合材料中由于CQDs的引入，衍射峰半峰宽增加且发生红移，晶粒尺寸减小，衍射峰强度减弱。这说明样品结晶度降低，但变化幅度并不明显。由此可以看出，碳量子点的负载对氮化碳本身的结构影响不大。

图 1 纯g-C₃N₄以及10%CQDs/g-C₃N₄样品XRD图谱

Figure 1. XRD patterns of pure g-C₃N₄ and 10%CQDs/g-C₃N₄

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由图2可以看出，g-C₃N₄基材料呈现出类石墨层状堆叠，具有不规则分布无定型团聚特征。与纯g-C₃N₄相比，负载CQDs的样品形貌未发生明显改变，CQDs的引入使得材料表面更加粗糙，团聚颗粒粒径变小。图2(c)和图2(d)分别为g-C₃N₄和10%CQDs/g-C₃N₄的EDS的表征结果。纯g-C₃N₄和10%CQDs/g-C₃N₄材料中都只含有C、N 2种元素，说明制备的样品具有较高的纯度。

图 2 g-C₃N₄和10%CQDs/g-C₃N₄的FESEM和EDS图谱

Figure 2. FESEM and EDS images of g-C₃N₄ and 10%CQDs/g-C₃N₄

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为进一步探究材料形貌变化，对纯g-C₃N₄和10%CQDs/g-C₃N₄样品进行了FETEM表征。在图3(a)中可以清晰地观察到g-C₃N₄样品的层状结构。这进一步证明g-C₃N₄为二维薄纳米片，表面相对光滑。由图3(b)可以看到，10%CQDs/g-C₃N₄表面可以明显观察到量子点分布。这说明量子点的成功负载。与纯g-C₃N₄相比，CQDs的负载并未明显改变材料形貌。由图3(c)可以看到，10%CQDs/g-C₃N₄样品表面量子点粒径为4~5 nm。

图 3 FETEM图谱g-C₃N₄、10%CQDs/g-C₃N₄、CQDs

Figure 3. FETEM images of g-C₃N₄, 10%CQDs/g-C₃N₄, CQDs

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为确定样品表面各元素化学状态变化情况，对纯g-C₃N₄与10%CQDs/g-C₃N₄样品进行了XPS分析。由图4(a)可见，纯g-C₃N₄与10%CQDs/g-C₃N₄样品图谱中含有明显的C1s和N1s的信号峰。这说明样品由C、N元素组成。由图4(b)可以看出，10%CQDs/g-C₃N₄在284.61 eV和288.42 eV处的信号峰分别对应N—C=N和C=C键作用。与纯g-C₃N₄相比，在286.22 eV处出现的信号峰对应CQDs中的sp₂杂化碳，说明CQDs已成功被负载^[16-17]。由图4(c)可见，在398.40、399.5和400.55 eV处的信号峰分别对应C=N—C、N—(C)₃和C—N—H键^[18]。负载CQDs后，C=N—C键峰面积增加，说明CQDs与g-C₃N₄二者之间存在化学相互作用^[19]，导致碳氮共轭π键强度增加。

图 4 纯g-C₃N₄与10%CQDs/g-C₃N₄样品的XPS图谱

Figure 4. XPS spectra of pure g-C₃N₄ and 10%CQDs/g-C₃N₄ samples

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采用紫外-可见漫反射光谱图进一步探究了CQDs的引入对催化材料的光学性质的影响。由图5(a)中可以看出，与纯g-C₃N₄材料相比，10%CQDs/g-C₃N₄在可见光波长范围内表现出了较强的光吸收特性，复合材料的吸收带边向可见光区发生了红移。这说明碳量子点的引入增强了材料的可见光吸收响应^[20]。根据Kubelka-Munk公式，作如图5(b)所示切线图，得到g-C₃N₄和10%CQDs/g-C₃N₄的禁带宽度分别为2.55 eV和2.36 eV。由此可见，CQDs的掺杂使材料的禁带宽度变低，有利于光催化反应中电子的迁移和分离，提高了材料光催化活性。

图 5 纯g-C₃N₄与10%CQDs/g-C₃N₄样品的UV-vis图谱

Figure 5. UV-vis spectra of pure g-C₃N₄ and 10%CQDs/g-C₃N₄ samples

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电化学阻抗谱中高频区半圆直径的大小可表征电子迁移和分离效率，直径越小，催化材料中电荷转移阻抗越小^[21]。由图6(a)可见，与纯g-C₃N₄相比，10%CQDs/g-C₃N₄具有较小的半圆直径。这说明CQDs的负载增强了材料迁移和分离载流子的效率，光生电子更容易发生跃迁，进而可提高材料催化活性；同时也进一步说明CQDs与g-C₃N₄之间存在化学键使电子可以在两相间实现转移。图6(b)反映了纯g-C₃N₄和10%CQDs/g-C₃N₄的光响应电流。二者均具有快速的光电流响应，10%CQDs/g-C₃N₄的响应值明显高于纯g-C₃N₄，这说明10%CQDs/g-C₃N₄对载流子的分离效率更高^[22]，更有利于光催化反应中载流子的参与。

图 6 g-C₃N₄与10%CQDs/g-C₃N₄样品的电化学阻抗图谱和光响应电流图

Figure 6. EIS spectrum and transient photocurrent responses of g-C₃N₄ and 10%CQDs/g-C₃N₄ samples

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2.2   光催化降解效果

图7(a)为300W氙灯照射下0.3 g纯g-C₃N₄和10%CQDs/g-C₃N₄对10 mg·L⁻¹盐酸四环素的降解效率。在可见光照射下，纯g-C₃N₄对盐酸四环素具有一定的降解效果，光照110 min时降解率达到45.46%；而CQDs/g-C₃N₄复合材料对盐酸四环素的降解效果明显高于纯g-C₃N₄，光照110 min时对盐酸四环素的降解率为99%。以上结果说明CQDs的引入提高了复合材料的光催化活性。

图 7 盐酸四环素降解曲线和10%CQDs/g-C₃N₄样品Zeta电位图

Figure 7. Degradation curve of tetracycline hydrochloride and Zeta potentials of 10%CQDs/g-C₃N₄

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在室温条件下，探究了10%CQDs/g-C₃N₄的投加量对降解10 mg·L⁻¹盐酸四环素的影响。如图7(b)所示，投加0.1、0.2、0.3和0.4 g的催化剂在避光状态下对盐酸四环素的去除率分别为31.2%、34.2%、43.2%和45.8%。当催化剂投加量为0.1 g时，10%CQDs/g-C₃N₄在光照110 min后对盐酸四环素的去除率为82%；当增加10%CQDs/g-C₃N₄投加量时，去除率也明显提升，这是因为催化剂的增加为光催化反应提供了更多的活性点位。催化剂投加量为0.3 g时，去除率提升到99%；当投加量继续增加至0.4 g时，去除率降解率接近100%。考虑到经济因素，选取0.3 g 作为10%CQDs/g-C₃N₄光催化剂的最佳投放量。

反应体系的pH可在一定程度上影响目标污染物和催化剂表面的带电情况、二者之间的相互作用关系以及活性物质的形成。本研究在pH为4~9时，考察了pH对0.3 g 10%CQDs/g-C₃N₄光催化降解盐酸四环素的影响。随着pH的升高，10%CQDs/g-C₃N₄对盐酸四环素的去除率逐渐增大，在pH为7时达到最大，随后随着pH的升高而降低。因此，本研究中最佳pH为7。

如图7(d)所示，测得10%CQDs/g-C₃N₄复合材料在不同pH条件下的Zeta电位，得到材料等电点为5.4。当溶液中pH低于催化材料的等电点时，催化剂材料表面带正电荷，反之则带负电荷。四环素的pK_a1=3.3、pK_a2=7.7、pK_a3=9.7，当3.3<pH<7.7时，溶液中的四环素以两性离子形态存在^[23]。因此，当催化剂与四环素带异种电荷时，二者之间相互吸引，可提高对污染物的去除效率^[24]，在pH=7时四环素去除率达到最大；另一方面，在酸性条件下，H⁺浓度的增大，会抑制·OH的形成，从而不利于光催化反应的进行。

催化剂材料的稳定性和可重复利用性是影响其实际应用的一项重要因素，因此，对10%CQDs/g-C₃N₄材料进行了循环实验，共重复光催化降解盐酸四环素实验5次。每次实验后回收催化剂用超纯水反复冲洗，并在60 ℃条件下烘干供下一次循环实验使用。由图8可以看出，10%CQDs/g-C₃N₄在5次循环光催化实验中对盐酸四环素均表现出良好的降解性能，降解率由99%下降至97%，且这一过程中催化剂基本无损耗。因此，10%CQDs/g-C₃N₄具备良好的稳定性和可重复利用性。

图 8 10%CQDs/g-C₃N₄样品循环利用性能

Figure 8. Recycling of 10%CQDs/g-C₃N₄ samples

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2.3   光催化机制

在光催化降解有机物的反应过程中，催化剂表面产生具有氧化性的自由基活性物质，如空穴(h⁺)、羟基自由基(·OH)以及超氧自由基(·O₂⁻)，与污染物发生反应将其氧化^[25]。为探究10%CQDs/g-C₃N₄复合材料光催化降解盐酸四环素反应中起主要作用的活性物质，在实验过程中分别加入250 mmol·L⁻¹草酸铵、叔丁醇和对苯醌作为抑制剂，观察对降解盐酸四环素的影响。如图9(a)所示，对苯醌的加入对盐酸四环素的降解并未产生明显影响，光照110 min后最终去除率为91%，草酸铵的加入使得去除率下降到70%，而叔丁醇对于光催化降解的抑制作用十分显著，最终去除率仅为50%。由此可以推断，·OH在10%CQDs/g-C₃N₄光催化降解盐酸四环素反应中为主要活性物质。

图 9 10%CQDs/g-C₃N₄样品不同抑制剂条件下的降解曲线和ESR光谱

Figure 9. Degradation curve with different inhibitors and ESR spectra of 10%CQDs/g-C₃N₄ samples

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为了进一步探究10%CQDs/g-C₃N₄复合材料光催化反应机理，进行了电子自旋共振(ESR)测试。如图9(b)所示，黑暗状态下没有检测到ESR信号；光照条件下可看到明显的DMPO-·OH和DMPO-·O₂⁻信号。其中DMPO-·OH特征信号峰相对强度为1∶2∶2∶1，DMPO-·O₂⁻特征信号峰相对强度为1∶1∶1∶1。这说明在光照条件下反应体系中同时产生了·OH和·O₂⁻。根据上述活性物种捕获实验和ESR分析的结果，推断·OH在10%CQDs/g-C₃N₄的光催化反应中起主要作用^[26]。此外，·OH的产生与h⁺密切相关。因此，可以认为CQDs/g-C₃N₄材料光催化反应由·OH与h⁺主导。

图10为CQDs/g-C₃N₄复合材料光催化降解机理示意图。可见，在可见光照射下，当入射光能量大于催化剂材料的禁带宽度时，光生电子(e⁻)被激发，从价带(VB)跃迁至导带(CB)，同时价带上产生具有强氧化性的光生空穴(h⁺)。碳量子点能够捕获电子，有效抑制光生载流子与空穴的复合^[27]，此外，碳量子点的引入可以在两相间形成共轭π键，增强电子迁移能力。CQDs上的e⁻与材料表面的吸附氧发生还原反应生成·O₂⁻，·O₂⁻将H₂O氧化生成·OH^[28]；另一方面，光生空穴与H₂O、OH⁻发生氧化反应生成·OH，·OH具有强氧化性，能够将盐酸四环素氧化降解。

图 10 CQDs/g-C₃N₄复合材料光降解机理示意图

Figure 10. Photodegradation mechanism of CQDs/g-C₃N₄ composite materials

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3.   结论

1)与纯g-C₃N₄相比，CQDs/g-C₃N₄可见光吸收范围更宽，光催化效率明显提高，光照110 min后10%CQDs/g-C₃N₄对盐酸四环素的去除率达到99%。

2) 10%CQDs/g-C₃N₄光催化剂最佳投放量为0.3 g，最适pH为7。在此条件下其稳定性和可重复利用性均较好。

3) CQDs/g-C₃N₄参与的光催化反应是由·OH和h⁺主导的，CQDs的引入提高了载流子迁移和分离效率，从而提高了材料的光催化活性。

图 1 GAC-UF深度处理工艺流程图

Figure 1. Schematic diagram of GAC-UF advanced treatment process

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图 2 各样品在门水平上细菌群落组成

Figure 2. Bacterial community composition of each sample at phylum level

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图 3 各样品在属水平细菌群落组成

Figure 3. Bacterial community composition of each sample at genus level

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图 4 细菌群落变化主成分分析

Figure 4. Principal component analysis of bacterial community change

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图 5 水样间基于OTUs的花瓣图

Figure 5. Flower diagram based on OTUs among water samples

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表 1 GAC-UF深度处理工艺过程中水质参数变化

Table 1. Variations of water characteristics in GAC-UF advanced treatment process

样品名称	pH	水温/℃	浊度/NTU	溶解氧/(mg·L⁻¹)	总磷/(mg·L⁻¹)	氨氮/(mg·L⁻¹)	UV₂₅₄/cm⁻¹	TOC/(mg·L⁻¹)	COD_Mn/(mg·L⁻¹)	BDOC/(mg·L⁻¹)	菌落总数/(CFU·mL⁻¹)	HPC/(CFU·mL⁻¹)
S.RW	7.87	28.2	11.30	7.96	0.206	0.123	0.034 7	4.68	3.06	0.75	260	620
S.CSE	8.84	28.3	1.62	8.24	1.490	0	0.038 3	2.95	2.85	0.65	112	98
S.GACFE	7.84	28.2	0.61	7.78	0.532	0	0.025 4	2.40	2.48	0.45	21	64
S.UFE	7.82	28.4	0.11	8.65	0.107	0	0.023 6	1.25	1.79	0.23	3	0
S.FW	7.88	28.3	0.10	8.62	0.100	0	0.023 0	1.28	1.70	0.19	1	2
W.RW	7.31	17.2	2.94	9.29	0.124	0.210	0.028 6	2.78	2.50	0.52	150	8800
W.CSE	8.19	17.3	0.63	9.58	0.105	0	0.019 0	2.68	2.30	0.43	68	5700
W.GACFE	7.30	17.2	0.39	9.05	0.122	0	0.015 0	2.16	1.80	0.32	42	1850
W.UFE	7.60	17.4	0.04	9.92	0.137	0	0.011 1	1.76	1.30	0.15	0	370
W.FW	7.65	17.3	0.07	9.93	0.097	0	0.010 9	1.65	1.10	0.13	0	323

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表 2 各样品OTUs数目和α多样性指数

Table 2. OTUs numbers and alpha diversity indexes of each sample

样品名称	OTUs	α多样性指数
样品名称	OTUs	Shannon	Simpson	Chao1	ACE	Good’s coverage
S.RW	1 695	7.319	0.984	1 876.506	1 956.042	0.985
S.CSE	1 411	3.095	0.588	1 506.975	1 550.896	0.991
S.GACFE	2 435	8.219	0.990	2 370.500	2 409.806	0.988
S.UFE	1 676	5.940	0.958	1 689.852	1 721.605	0.988
S.FW	881	4.415	0.718	866.174	875.634	0.995
S.GACB	1 896	6.468	0.928	1 858.297	1 898.854	0.993
W.RW	2 060	7.388	0.984	1 916.576	2 035.472	0.985
W.CSE	1 537	6.289	0.974	1 589.256	1 651.141	0.986
W.GACFE	2 490	8.834	0.991	2 497.889	2 517.366	0.982
W.UFE	1 330	7.297	0.976	1 382.941	1 548.965	0.990
W.FW	1 183	5.831	0.941	1 225.567	1 311.826	0.987
W.GACB	2 278	8.511	0.981	2 131.875	2 227.622	0.984
注：Shannon和Simpson为菌群多样性指数，Chao1和ACE为菌群丰度指数。

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[1]	WHO. Guidelines for Drinking-Water Quality[M]. Fourth Edition. Switzerland: World Health Organization, 2011: XV.
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图( 5) 表( 2)

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1. 材料与方法
1.1 试剂与仪器
1.2 g-C3N4的制备
1.3 CQDs/g-C3N4样品制备
1.4 光催化实验
2. 结果与讨论
2.1 催化剂表征结果
2.2 光催化降解效果
2.3 光催化机制
3. 结论

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安全清洁的饮用水与人群健康息息相关，也是我国当前经济社会发展中的重大民生问题之一^[1]。饮用水处理工艺经过百余年的发展，特别是消毒工艺的应用，为消除伤寒、霍乱等介水传播疾病做出了重大贡献。但随着检测技术的不断发展，耐氯性条件致病菌在饮用水系统中被不断检出^[2-3]。有研究^[4]显示，人类仍有50%的疾病与饮用水中病原微生物有关。因此，探究饮用水处理工艺中细菌群落的时空分布与动态变化，对病原微生物控制技术的开发，进而保障人群健康具有重要意义。

高通量测序因其准确性高、成本低等优点，在供水系统微生物群落解析中应用广泛。目前，已有利用该技术对常规处理工艺^[5]、臭氧-生物活性炭深度处理工艺^[6]、炭砂滤池处理工艺^[7]等工艺过程中细菌群落多样性进行解析的很多案例。但是，针对超滤工艺及其组合净水工艺过程中细菌群落变化的研究却鲜见报道^[8]。

本研究以我国南方某基于活性炭-超滤深度处理工艺的自来水厂为采样地，采用NovaSeq6000高通量测序技术对夏季和冬季各工艺单元出水和活性炭生物膜的细菌群落进行解析，以探究细菌群落在工艺过程中的分布与变化规律；并了解主要条件致病菌属的组成，以期为全面保障饮用水安全提供参考。

3. 结论

1)出厂水中浊度、菌落总数等水质指标均符合国标GB 5749-2006的要求。

2)细菌群落多样性在工艺过程中呈明显的时空分布变化，混凝沉淀、UF和消毒是去除细菌群落多样性的主要工艺单元，且夏季去除率明显高于冬季。

3)主要菌门组成为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)等；在属水平上细菌群落组成差异较大。

4)条件致病菌属主要包括分支杆菌属(Mycobacterium)和假单胞菌属(Pseudomonas)，其在核心微生物中合计占比为5.56%。

参考文献 (24)

活性炭-超滤深度处理工艺中细菌群落时空分布及动态变化规律

作者简介: 蔡广强(1989—)，男，博士研究生，工程师。研究方向：饮用水安全保障。E-mail：guangqiangcai@163.com

通讯作者: 刘彤宙(1977—)，男，博士，副教授。研究方向：水处理技术。E-mail：liutongzhou@hit.edu.cn;

Spatiotemporal distribution and dynamic variation of bacterial communities in granular activated carbon-ultrafiltration advanced treatment process

Corresponding author: LIU Tongzhou, liutongzhou@hit.edu.cn ;

1. 材料与方法

1.1 试剂与仪器

1.2 g-C3N4的制备

1.3 CQDs/g-C3N4样品制备

1.4 光催化实验

2. 结果与讨论

2.1 催化剂表征结果

2.2 光催化降解效果

2.3 光催化机制

3. 结论

计量

出版历程

活性炭-超滤深度处理工艺中细菌群落时空分布及动态变化规律

通讯作者: 刘彤宙(1977—)，男，博士，副教授。研究方向：水处理技术。E-mail：liutongzhou@hit.edu.cn;

English Abstract

Spatiotemporal distribution and dynamic variation of bacterial communities in granular activated carbon-ultrafiltration advanced treatment process

Corresponding author: LIU Tongzhou, liutongzhou@hit.edu.cn ;

全文HTML

1.1. 水厂概况及处理工艺

1.2. 样品处理、采集与保存

1.3. 水质指标的测定

1.4. 细菌群落测序分析

1.5. 测序数据分析

2.1. GAC-UF深度处理工艺运行效果

2.2. 工艺过程中细菌群落多样性变化

2.3. 工艺过程中细菌群落组成

2.4. 细菌群落组成变化及核心微生物

目录

全文HTML

1.1. 水厂概况及处理工艺

1.2. 样品处理、采集与保存

1.3. 水质指标的测定

1.4. 细菌群落测序分析

1.5. 测序数据分析

2.1. GAC-UF深度处理工艺运行效果

2.2. 工艺过程中细菌群落多样性变化

2.3. 工艺过程中细菌群落组成

2.4. 细菌群落组成变化及核心微生物

1.2 g-C₃N₄的制备

1.3 CQDs/g-C₃N₄样品制备