李伟英教授课题组厚德载物济水知源

建筑给水生物安全新发现：冷热水系统中非结核分枝杆菌的迥异驱动机制

建筑给水生物安全新发现：冷热水系统中非结核分枝杆菌的迥异驱动机制

导语：建筑给水系统的微生物生物安全是饮用水安全保障的重要环节。针对楼宇管道条件致病菌风险，李伟英课题组通过现场监测解析冷热水系统非结核分枝杆菌的不同驱动机制，为公共建筑给水水质风险防控提供理论支撑。

第一作者：蔡松楷

通讯作者：李伟英教授

通讯单位：同济大学环境科学与工程学院

论文DOI：10.1016/j.envpol.2026.128863

研究背景与科学问题解析

研究背景：建筑给水系统是非结核分枝杆菌等机会致病菌的重要增殖场所，直接关系建筑供水水质生物安全；冷热水管网的环境异质性可显著改变微生物的生长行为。

科学问题：现有研究对建筑冷水、热水系统NTM驱动因子的对比研究不足；现行管网末端余氯管控手段难以有效抑制NTM；常规分子检测手段无法区分NTM活菌与死菌，制约风险评估的准确度。

研究方案：

1.以华东地区公共建筑为对象，采集冷、热水水样，系统测定理化、有机、金属及微生物指标，定量NTM丰度。

2.开展水质参数与NTM丰度的相关性统计，对比冷、热水系统NTM的主控环境因子。

研究亮点：

1.同建筑冷热水同步采样的平行对照设计，消除建筑间本底差异干扰，直接对比两套管网的污染特征。

2.识别系统差异化驱动因子：冷水系统以温度、消毒剂余量为核心调控因素；热水系统风险主要受pH及管道金属溶出过程驱动。

3.评价现有消毒管控模式的局限性，指出现行标准在NTM防控层面的不足。

科学意义：揭示建筑冷、热水系统NTM的污染分异规律，为楼宇二次供水与建筑管网机会致病菌的分系统风险管控提供基础数据支撑。

研究逻辑框架

研究立足于建筑给水系统作为机会致病菌重要暴露载体的宏观背景，聚焦建筑管网冷、热水环境异质性驱动非结核分枝杆菌（NTM）增殖，以及现行水质标准难以充分保障供水系统微生物安全的科学问题。传统水质监测多侧重于理化指标表征，难以实现活菌/死菌甄别，亦无法揭示冷热水系统差异化的微生物驱动机制。现有研究常混淆冷、热水系统中NTM的主控环境因子，忽视高温引发的消毒剂衰减与管材金属溶出效应，造成建筑供水生物安全风险识别存在显著盲区。基于此，本研究针对同一公共建筑开展冷、热水系统同步水质微生物联合监测，辨析两套系统内NTM丰度的关键调控因子。依托原位实测数据，解析多维度水质参数与NTM丰度的相关性，阐明冷热水系统差异化风险驱动机制。研究证实冷热水系统NTM污染水平存在差异，指出现行管网末端余氯管控模式对NTM控制的局限性，为建筑供水系统机会致病菌风险管控提供科学依据。

研究评述

建筑给水水质生物安全是环境工程与公共卫生交叉领域的重要研究方向。非结核分枝杆菌（NTM）作为典型管道机会致病菌，可通过饮水摄入与气溶胶吸入途径引发人体感染，在二次供水与建筑热水管网的风险评价中受到广泛关注。目前已有大量研究报道建筑管网内NTM的分布特征，但多数研究未对建筑冷水、热水两套供水子系统开展区分式解析。

该研究的科学贡献，在于识别不同供水子系统风险驱动因子的异质性。已有报道多将建筑冷、热水管网的微生物风险合并分析，忽略热水环境高温条件会加速消毒剂热分解、加剧管道金属组分溶出，而冷水系统微生物过程主要受环境温度与消毒剂余量调控。若对两类异质微环境不加以区分，将导致防控策略缺乏靶向性。本研究突破单一系统研究范式，选取同一栋公共建筑，对冷水、热水系统实施同步采样，对比两套系统的NTM污染特征。研究不再笼统探讨建筑管网中NTM的生长规律，而是分别阐释冷水、热水系统中NTM的环境调控机制，将建筑供水系统拆解为两类独立微生态体系开展风险溯源，显著提升风险识别的针对性。

原位监测结果与数据分析

本研究在同一建筑内部实现冷、热水系统平行对照，构建基于原位监测的建筑供水生物安全溯源体系。

在采样方案层面，研究选取我国华东地区公共建筑为研究对象，同步采集冷水与热水样品，监测范围覆盖市政进水端至建筑管网末端，完整刻画NTM自市政供水进入建筑管网后的富集特征，直面建筑二次供水的微生物安全现实问题。

研究的核心科学问题明确：建筑冷水与热水系统中，哪些水质因子调控NTM的丰度与分布？

1.污染水平对比：实测结果表明NTM丰度表现为建筑热水系统＞建筑冷水系统＞市政供水系统，证实热水管网为NTM高风险单元。

2.差异化主控因子识别：冷水系统中NTM丰度与温度、UV₂₅₄呈显著正相关，与总余氯、pH、总溶解固体（TDS）呈显著负相关；热水系统中消毒剂因高温发生热降解，NTM丰度与pH、铝、砷的溶出水平显著正相关，与总溶解固体呈显著负相关，两套系统的关键驱动因子存在明显分异。

3.现行管控标准效能评估：评价国标规定的管网末端余氯限值对NTM的控制效果，证实该消毒水平难以实现NTM有效抑制，其内在原因包括NTM对亚抑制浓度消毒剂的适应性，以及生物膜附着态NTM的强抗消毒能力。

4.方法学局限性阐释：研究明确qPCR仅能实现基因拷贝数定量，无法区分活菌与死菌、致病与非致病菌株，为后续风险评价的方法优化提供参考。

综上，该研究并非简单的水质检测工作，而是一套面向建筑供水的原位微生物风险对比研究。立足于两套管网的环境差异，通过理化微生物指标联合检测，阐明冷热水系统NTM差异化增殖机制，推动建筑给水生物安全风险评估由定性描述向分系统精准溯源发展，体现原位监测在建筑供水微生物风险预判与管控中的应用价值。

主要研究发现与证据支撑

污染分布特征：实测结果显示NTM丰度排序为建筑热水系统＞建筑冷水系统＞市政供水系统，证实热水管网为NTM高风险单元。

两套系统主控因子的分异特征：冷水系统中，NTM丰度与温度、UV₂₅₄显著正相关，与总余氯、pH、TDS显著负相关；余氯衰减与温度升高会促进NTM增殖。热水系统高温环境造成消毒剂完全分解，NTM丰度与pH、铝、砷溶出水平显著正相关，管道金属溶出过程加剧NTM污染风险。

现有消毒标准的局限性：相关性分析表明，仅依靠管网末端余氯指标无法有效控制NTM，该现象来源于NTM对亚抑制浓度消毒剂的适应性，以及生物膜态NTM固有的抗消毒特性。

检测方法学局限：qPCR检测仅可获得基因拷贝数，不能区分活菌/死菌以及致病、非致病NTM菌株，为后续供水系统生物安全风险评估的方法改进提供启示。

论文主要图片

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图1 建筑采样点布设图

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图2 建筑供水系统常规理化指标变化。(a)建筑冷水系统温度；(b)建筑热水系统温度；(c)建筑冷水系统pH；(d)建筑热水系统pH；(e)建筑冷水系统浊度；(f)建筑热水系统浊度；(g)建筑冷水系统总氯；(h)建筑冷水系统总溶解固体；(i)建筑热水系统总溶解固体。建筑热水系统总氯未列出，因绝大多数采样点低于检出限（0.01 mg/L）。