近日，中国科学院生态环境研究中心刘刚团队在环境领域著名学术期刊
Water Research
上发表了题为“
Building
water quality deterioration during water supply restoration after interruption:
In
fl
uences of premise
plumbing confguration
”的研究论文
。本研究系统的探讨了供水恢复过程中建筑内给水系统引起的水质恶化，特别关注管道布置对饮用水物理（变色）、化学（重金属）和微生物（数量、组成和潜在致病菌）风险的影响。研究结果显示，在供水中断后的恢复期间龙头水水质显著下降，而管道布置对水质有重要影响。为保障饮用水安全，给水系统的管道设计优化至关重要
。
饮用水安全是影响人类生存和健康的重大问题，作为面对用户的第一线，建筑内管道在决定最终饮用水质量方面发挥着重要作用。根据建筑类型的不同，建筑内管道的长度从几十米到几千米不等。建筑内管道通常具有以下特点：消毒剂残留量低、管径小、表面积
/
体积比高、停滞
/
停留时间长和温度高等。这些独特特性使建筑内管道易于累积颗粒物，成为微生物附着、繁殖和扩散的理想环境，若设计和管理不当，建筑给水系统甚至可能引发疾病传播。目前，龙头水浑浊、变色以及条件致病菌的爆发等问题时有发生，尤其是在系统维护、节假日停水和“新冠”疫情解除封锁后的恢复供水期间更为突出。然而，目前建筑给水管道在这些水质问题中的具体作用仍不明确。本研究针对同一建筑内不同布置的给水系统（实验室和卫生间系统），在常规供水和供水中断情况下，探究建筑给水系统及其管道布置对饮用水水质（物理、化学、微生物风险）的影响，以期为建筑内供水系统的水质监测和管理提供科学依据
。
本研究在一栋综合性实验办公楼内开展。该建筑包括常规办公室和实验室，其中
1-3
层直接由市政管网供水，
4
层及以上通过水箱及二次增压泵供水。如图
1
所示，实验室和卫生间的饮用水分别由不同的给水立管供应，且支管布置不同。由于更换增压泵，建筑供水中断了两天。在恢复供水后的
0-30
分钟和
48
小时，我们分别从
5
层的实验室和卫生间采集自来水样品，同时从主干管（未停水）上采集对照样品。根据采样时间，将样品分为扰动水（
0-30min
）和新鲜水（
48
小时）
。
图
1.
建筑给水系统示意图及实验室扰动水样品照片
饮用
水理化和微生物指标
图
2.
饮用水水质指标对比及相关性分析
总体而言，供水中断后的恢复期间，饮用水水质严重恶化，但实验室和卫生间系统表现出不同的影响。在实验室扰动水样本中，观察到严重的变色和浊度升高现象，可能与含锌和锰的物质的释放相关；而卫生间的样本未出现明显的感官变化。化学分析显示，扰动水样品中
Zn
和
Mn
的含量明显上升，且无论在常规供水还是供水恢复期间，实验室样品中的
Zn
和
Mn
的含量均高于卫生间及主干管样品，这可能是受到供水管道的影响。此外，扰动水样品中的
ATP
浓度急剧增加，尤其是卫生间样品，表现出较高的潜在微生物风险
。
饮用水细菌群落多样性
图
3.
饮用水细菌群落
Alpha
多样性及
Veen
图分析
如图
3
所示，在常规供水情况下，饮用水流经建筑给水管道后物种丰富度明显增加；在恢复供水期间，实验室和卫生间样品的平均
Chao1
指数略有上升，但
Simpson
多样性指数反而下降，说明新鲜水样品中的群落成员相对丰度分布更均匀，而供水恢复期间的浮游细菌群落可能由少数物种主导。
Veen
图更清晰地展示了扰动水中物种丰富度更高，大多数
ASVs
为组内特有，因此推测供水管道内的生物膜和疏松沉积物中的微生物释放到了水中，且由于系统布置差异，实验室和卫生间供水管道内赋存的微生物也有所不同
。
图
4.
饮用水细菌群落
Beta
多样性及分解
Beta
多样性分析
基于
Bray-Curtis
距离的主坐标分析（
PCoA
）显示，建筑给水系统布置和供水中断
/
恢复都对浮游细菌群落有显著影响（
PERMANOVA
，
P < 0.05
，详见原文中表
S1
），其中系统布置对群落组成差异的解释力更强（
R2 = 0.537
，原文中表
S1
）。主干管的浮游细菌群落结构与卫生间新鲜水的浮游细菌群落结构相似，但与实验室新鲜水群落存在显著差异。供水恢复期间，与卫生间系统相比，实验室扰动水样品的浮游细菌群落组成更相近，且与新鲜水差异更大，这意味着实验室的管道的变化可能更为剧烈。进一步分析可知，细菌群落组成的差异主要是物种周转过程而非嵌套过程导致的
。
饮用水细菌群落组成
图
5.
饮用水细菌群落组成（相对丰度前
30
的属）
在门水平上，所有样品中的细菌群落主要由变形菌门
(80.2-99.9%)
和蓝细菌门
(0.1-15.3%)
主导（原文中图
S4
）。在常规供水条件下，饮用水流经建筑给水管道后变形菌门的相对丰度降低（
93.3%
至
84.3%
），而蓝细菌门（
5.2%
至
11.9%
）、浮霉菌门（
1.1%
至
2.2%
）和放线菌门（
0.1%
至
1.0%
）的相对丰度有所升高。供水中断恢复后，浮游细菌群落中变形菌门的相对丰度增加，而蓝细菌门相对丰度下降，其中实验室系统的样品变化更为明显。在属水平上，根据样品间相对丰度的变化趋势将相对丰度前
30
的属分为
4
类，其中
Cluster
Ⅰ中的属相对丰度的变化趋势与样品浊度变化趋势一致，表明这些属可能与管道内颗粒物的释放相关。此外，一些含有条件致病菌的属，如军团菌属、假单胞菌属和气单胞菌属，仅在扰动水样本中检测到，表明供水中断和恢复可能会增加微生物风险（原文图
S5
）
。
水质指标对细菌群落的影响
图
6.
水质指标对细菌群落的组成和特定
ASVs
的影响
LEfSe
分析结果显示，在扰动水中显著富集的
ASVs
中，
3/5
的
ASVs
属于嘉利翁氏菌科（
Gallionellaceae
），该科的物种常被称为“铁细菌”，这与
db-RDA
的结果相吻合，即供水恢复期间的干扰所引起的细菌群落变化与
Fe
、
Mn
呈正相关。此外，在实验室系统中显著富集的所有
ASVs
都属于鞘脂单胞菌科
(Sphingomonadaceae)
。卫生间与实验室系统中关键敏感的
ASVs
与
Ca
、
Mg
密切相关
。
