再生水回用是缓解水危机行之有效的方法。然而相对于常规天然淡水及饮用水,再生水具有含盐量、有机物和营养物质含量高、水质易变等特点,微生物代谢所导致金属的微生物腐蚀问题愈加突出。本研究系统阐述了铸铁腐蚀锈瘤从开始腐蚀到开始分层到形成四分层结构继续增长的腐蚀机理。通过对比分析再生水原水和再生水消毒水中腐蚀产物层的形态和物理化学特性,重点提出了微生物群落对铸铁腐蚀锈瘤形成和结构特征的影响机制。主要结论如下:(1)生物膜生物量在14d即可生长发育成熟,且在以后的生长发育中HPCs一直保持在105 CFU/mL水平。蛋白质、多糖和核酸含量在7~30d内逐渐升高。(2)7~90d,微生物菌门、菌纲、菌属结构均越来越丰富。变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门为优势菌门。硫酸盐还原菌的丰度随时间逐渐增大(从0.005%~1.83%);7~30d,铁还原细菌(2.01%~3.75%)和铁氧化细菌丰度(6.34%~9.86%)较高,随后下降。地杆菌属的含量为0.03~0.18%。趋磁细菌在30d丰度最高(2.51%)。(3)腐蚀锈瘤中的群落主要有变形菌门(44.36%),厚壁菌门(14.47%),酸杆菌门(7.78%)。表面层中铁氧化细菌(主要是嘉利翁氏菌属)、硝酸盐固定菌(主要是固氮螺菌属)和硝化细菌(主要是硝化螺旋菌属)丰度较高(6.42%~9.62%);壳状层和多孔芯层中除了丰度最高的铁氧化细菌,还有铁还原细菌丰度较高(3%),壳状层中趋磁细菌丰度为0.2%。(4)再生水原水中形成了腐蚀锈瘤,包含四层:表面层,主要由碳酸钙,针铁矿和赤铁矿组成;比其他层含有更多磁铁矿的壳状层;含有更多绿锈和空芯空腔结构的多孔芯层;处于腐蚀锈瘤的基底并且产生铁来源的腐蚀层。再生水消毒水中形成了三分层的薄腐蚀层:光滑的表面层,致密的中间层,和腐蚀层。他们的主要成分与原再生中腐蚀锈瘤相同,但具有不同的比例。(5)腐蚀锈瘤分层结构的形成和有无微生物并无必然的关系,微生物的存在只是加速腐蚀和腐蚀锈瘤的分层。腐蚀锈瘤可能的形成机制以及微生物群落对铸铁腐蚀锈瘤形成和结构影响的机制可能包括:a.阶段一(腐蚀初期,0~14d):以电化学腐蚀为主,微生物通过形成生物膜促进电化学腐蚀,一些腐蚀性细菌(SRB等)造成点蚀促进腐蚀和加速分层。b.阶段二(中期分层,14~30d):腐蚀产物层和生物膜对DO的阻碍、以及腐蚀产物层内部化学反应和微生物对氧的消耗所导致的DO浓度梯度的形成是腐蚀锈瘤分层的根本原因。电化学腐蚀促进氧浓差电池形成并联合促进形成的局部腐蚀,是腐蚀锈瘤形成的根本原因。壳状层的形成位置取决于氧化剂在沉积物中的穿透深度。壳状层形成于14~30d。微生物通过加强电化学腐蚀、酸腐蚀、纳米线和电子微生物腐蚀等加速分层。c.阶段三(后期增长,30d以后):表面层疏松的结构与水流冲刷、水质、高丰度的铁氧化细菌有关。好氧细菌(硫氧化细菌,铁氧化细菌,硝化细菌和硝酸盐固定菌)等造成的低ORP和高pH环境,铁还原细菌和趋磁细菌促进壳状层中Fe3O4形成。铁还原细菌促成核心层中绿锈的形成,硫酸盐还原菌等通过产气、一些异养微生物产酸以及硫酸盐还原菌等导致裂缝腐蚀等是多孔芯层形成多孔性、疏松、空腔结构特征。