紫外线消毒对大肠杆菌的损伤及复苏的研究

调查了紫外线消毒后大肠杆菌的光复活和暗修复能力,分析了紫外线消毒对细胞膜、三磷酸腺苷以及核酸(DNA、RNA)的损伤,结合rec A的SOS损伤修复机制,阐述大肠杆菌对紫外线的响应机制.结果表明:20m J/cm2紫外线剂量下,大肠杆菌去除率为5.63-log,且经光复活和暗修复24h后,光复活和暗修复百分比分别达到0.018%和0.00042%,光复活能力明显大于暗修复能力.紫外线消毒过程DNA的损伤取决于片段长度,长片段16s rRNA的基因损伤更明显,水处理常规的紫外线消毒剂量对总ATP含量和膜的完整性影响较小,为紫外线消毒过程的复苏提供了基本保障.然而紫外线消毒对大肠杆菌的RNA损伤较严重,紫外剂量达到50mJ/cm2时,大肠杆菌失去了SOS损伤修复的能力,因此培养法检测80mJ/cm2时大肠杆菌的复苏能力极弱,recA相关的RNA的消失可用于指示微生物发生了不可逆损伤.     

再生水中5种抗生素抗性菌的紫外线灭活及复活特性研究

抗生素抗性菌作为再生水中的新兴污染物而受到广泛关注.为探明紫外线对抗生素抗性菌的灭活和消毒后抗性菌的复活潜能,研究了以城市污水为水源的再生水(简称"再生水")中青霉素抗性菌、氨苄青霉素抗性菌、头孢氨苄抗性菌、氯霉素抗性菌和利福平抗性菌的紫外线灭活特性,并考察了再生水中的抗生素抗性菌在黑暗条件下的复活潜能.结果表明,20mJ·cm-2紫外线消毒剂量下,实际再生水中青霉素抗性菌、氨苄青霉素抗性菌、头孢氨苄抗性菌和氯霉素抗性菌的灭活率均高于4-log,与总异养菌群灭活率相当,而利福平抗性菌的灭活率(3.7-log)略低于总异养菌群.紫外线消毒后,再生水静置22 h后,抗生素抗性菌普遍出现复活现象,当紫外线消毒剂量为常规剂量20 mJ·cm-2时,消毒后再生水中的抗生素抗性菌菌落形成能力高达3-log.因此,常规的紫外线消毒剂量不能有效控制再生水储存或运输过程中抗生素抗性菌的复活.     

连续流光催化消毒器灭活E.coli及病毒的性能

紫外消毒是污水处理常用技术.紫外线仅能破坏微生物的遗传物质,阻断其繁殖,并不能彻底杀死微生物,一旦停止紫外光照射,微生物可在修复酶的作用下恢复活性.光催化过程能产生强氧化性·OH,破坏细胞壁和细胞膜,彻底杀死微生物.为考察光催化技术消毒效率、抑制复活性能及应用潜力,在市售紫外消毒器中安装了光催化组件,搭建了连续流动式光催化消毒器.以大肠杆菌(E.coli)和噬菌体为目标物评价其消毒能力.紫外剂量50 m J·cm-2条件下,初始浓度3.40×106CFU·m L-1的E.coli原水流经紫外消毒器后被去除4.12 log10的E.coli,而流经光催化消毒器后去除4.79 log10.同时光催化处理后E.coli的光复活率仅为紫外消毒后的17%.连续运行40 h的灭菌能力稳定.光催化设备对噬菌体F2和噬菌体MS2的去除率分别为6.37 log10和6.00 log10,表明该设备也具有病毒去除能力.     

UV和H2 O2联合消毒灭活饮用水中大肠杆菌研究

以大肠杆菌为研究对象,对单独紫外线(UV)、H2O2及两者不同组合方式的灭活效果进行了分析.结果表明,单独H2O2对大肠杆菌基本无灭活效果,加入浓度为20 mg·L-1的H2O2接触时间为30 min时,灭活率仅为0.02个对数级;单独UV工艺可在一定程度上灭活大肠杆菌,紫外线剂量为10 mJ·cm-2时,灭活率可达到4.51个对数级.紫外线和H2O2联合消毒在一定程度上提高了消毒效果,且不同的组合方式对灭活效果有很大的影响.先UV后H2O2消毒效果优于先H2O2后UV,当紫外线剂量为5 mJ·cm-2时,加入H2O2分别反应2.5、5、10、20 min后,两者的灭活率分别较单独UV消毒增加0.09、0.35、0.38、0.68和0.01、0.07、0.14、0.53个对数级.而UV与H2O2同时消毒效果优于UV与H2O2顺序消毒,当紫外线剂量为5 mJ·cm-2时,加入H2O2反应20 min后,灭活率较UV-H2O2和H2O2-UV工艺分别增加了0.43和0.58个对数级.随着紫外线强度的增加,大肠杆菌的灭活效果不断提高.     

污水紫外线消毒工艺的影响因素研究

以大肠杆菌为受试菌种,研究了紫外线光强、配水水质及微生物因素对紫外线消毒的影响.在所选取的紫外光强范围内(0.044～0.163mW/cm²),光强对紫外线灭活大肠杆菌的去除率影响不大.水质(浊度、铁和腐殖酸等)对水样的吸光度及紫外线穿透率都有明显的影响;但是对大肠杆菌的灭活率影响不显著;当紫外线剂量增加时,这种影响逐渐变小到可以忽略.微生物的初始浓度对紫外线对微生物的灭活率有影响,微生物初始浓度越大,灭活率越高;对于不同初始浓度,紫外线灭活后存活的微生物数量比较接近.     

污水回用中主要病原菌解析及其紫外消毒效应

本研究以污水处理厂二级出水中的微生物为研究对象,通过454焦磷酸测序技术分析其群落结构组成,揭示了主要病源菌的种类和比例;通过培养法、q PCR、Q-RT-PCR这3种方法分析紫外剂量为60 m J·cm-2时对指示菌大肠杆菌和典型病原菌沙门氏菌及分枝杆菌的去除特性.结果表明,二级出水中共有11种病原菌,主要为梭菌属(2.96%)、弓形杆菌属(0.82%)和分枝杆菌(0.36%).60 m J·cm-2剂量的紫外消毒可以有效去除99.9%可培养的大肠杆菌和沙门氏菌,对可培养分枝杆菌的去除率不足90%.但是,该剂量紫外消毒对活性大肠杆菌、沙门氏菌和分枝杆菌的去除率较低,Q-RT-PCR检测方法可以较准确评价微生物的存活状态.60 m J·cm-2紫外剂量会导致大量病原菌进入具有活性但不可培养(VBNC)状态,需结合其他深度处理工艺进一步去除活性病原菌以保障污水回用的安全利用.     

避光处理对污水紫外线消毒后大肠杆菌光复活的影响研究

以大肠杆菌为受试菌种,研究了避光处理对紫外线消毒后三级出水中细菌光复活的影响.将紫外线消毒后的水样避光放置一定时间后再置于光复活条件下,研究了大肠杆菌的复活特性.结果表明,避光放置6h以内,见光后大肠杆菌的光复活能力即刻恢复,并最终达到与非避光处理基本相同的最大复活值;5 mJ/cm2和20mJ/cm2紫外线剂量照射后,最大复活百分比分别为31.1%和0.45%,复活速率分别为1.67×104CFU·(mL·h)-1和125 CFU·(mL·h)-1.延长避光时间至24 h,5 mJ/cm2和20mJ/cm2紫外线剂量照射后的大肠杆菌见光后,最大复活百分比分别减小到10.0%和0.3%,复活速率分别减小到830CFU·(mL·h)-1和20CFU·(mL·h)-1.以上结果表明,延迟消毒后出水见光时间,只能在一定程度上推迟或削弱大肠杆菌的光复活,并不能有效保证复活受到抑制,即紫外线消毒后出水中的微生物仍然存在高的复活风险.     

再生水紫外线/二氧化氯联合消毒效果试验研究

紫外线及二氧化氯作为绿色消毒技术的代表,被越来越多地研究和使用,ClO_2消毒能够弥补UV不能提供持续消毒能力的不足,UV消毒作为ClO_2消毒的预处理工艺,能够降低后续消毒工艺的微生物负荷。通过试验对联合消毒效果进行了研究。试验表明,在试验水质条件下,当紫外线剂量为60 m J/cm~2,二氧化氯投加量2 mg/L,反应时间15min时即可达到较好的消毒效果且成本较低,消毒后粪大肠菌在48 h内几乎不发生光复活。     

银离子-紫外线联合消毒的生活热水微生物灭活效能

采用建筑生活热水管道模拟实验系统,研究了银离子、银离子-紫外线联合消毒对微生物的灭活效能.结果表明,银离子投量对微生物灭活效能有显著影响,0.05mg/L银离子消毒60min时可达到极佳的微生物灭活效果.银离子投量较低时,增加消毒时间仍可达到相同的消毒效能.银离子的总大肠菌群灭活速率较低,需要保证足够的浓度和消毒时间(CT)值.银离子浓度的衰减速率慢,对生活热水生物膜微生物的高效持续消毒作用可保持48h以上.紫外线消毒、银离子消毒和银离子-紫外线联合消毒均可在很短的时间内对生物膜结构造成显著破坏,使生物膜出现脱落现象,其中紫外线消毒对生物膜结构的影响最小,银离子-紫外线联合消毒的影响最大.生物膜的16s r DNA测序分析表明,银离子消毒对病原微生物的灭活程度相对较低,紫外线消毒、银离子-紫外线联合消毒对病原微生物的灭活程度较高.银离子-紫外线联合消毒技术可充分发挥紫外线原位消毒和银离子持续消毒的特点,全面提高生活热水生物膜微生物消毒效能,是一种有应用价值的生活热水消毒和水质保障技术.     

顺序氯化消毒工艺的研究

研究了短时游离氯后转氯胺的顺序消毒工艺.结果表明,该消毒工艺对指示微生物的灭活效果优于游离氯消毒,游离氯和氯胺存在协同消毒作用;对脊髓灰质炎病毒和大肠杆菌f₂噬菌体的灭活效果与游离氯相同.相同原水条件下,顺序氯化消毒工艺产生的三卤甲烷浓度比游离氯消毒工艺减少35.8%～77.0%;卤乙酸减少36.6%～54.8%.消毒进水水质越差,顺序氯化消毒工艺在消毒副产物(DBP)控制方面就越具优势.     

应用紫外/氯组合工艺去除微污染原水中氨氮的特性研究

针对饮用水中氨氮超标对环境造成的污染问题,采用紫外/氯组合工艺对饮用水中氨氮进行降解研究.结果表明,紫外/氯高级氧化工艺可以有效去除水中氨氮.一方面,自由氯和氨氮之间发生取代反应将氨氮转化为氯胺,254 nm紫外光可有效裂解N—Cl键,一氯胺在254 nm处的摩尔吸光系数为354 L·mol~(-1)·cm~(-1),量子产率为0.68 mol·E~(-1);另一方面,自由氯光解产生的自由基可直接氧化氨氮.随着紫外辐照剂量的增加,氨氮和总溶解性氮(TN)的浓度逐渐减少,当紫外辐照剂量达到1000 mJ·cm~(-2)时,氨氮(起始浓度2 mg·L~(-1))和TN的去除率分别为53%和35%,相比单独氯化条件下分别提高了20%和15%.随着Cl_2/N的增加,氨氮和TN的浓度逐渐减小,当Cl_2/N≥1.6时,紫外/氯组合工艺对氨氮的去除率接近100%,当Cl_2/N1.6时,紫外/氯工艺对TN的去除率相比单独氯化工艺提高了30%左右.此外,氨氮去除率随pH升高而增加,而TN去除率随pH升高而降低.本研究结果可为紫外/氯组合工艺在水厂中的实际应用提供有效的理论和技术支持.     

污水处理厂消毒技术对抗生素抗性菌的强化去除

基于消毒技术对污水处理厂出水中总异养菌(total heterotrophic bacteria,HPC)及5种抗生素抗性菌(antibiotic resistant bacteria,ARB):氨苄霉素抗性菌(AMP)、红霉素抗性菌(ERY)、四环素抗性菌(TET)、卡那霉素抗性菌(KAN)、环丙沙星抗性菌(CIP)的去除情况研究,分析消毒技术对ARB的强化去除效果.结果表明,实际污水处理厂的紫外消毒对ARB去除率仅为18.2%~40.9%,且AMP含量最高;另外,消毒技术对ERY有选择性去除效果,对其他4种ARB无明显选择性去除效果(P0.05);最后结合次氯酸钠、臭氧、紫外消毒处理对COD、NH_4~+-N的去除效果,确定强化去除ARB的消毒方式中臭氧,次氯酸钠和紫外的最佳浓度和剂量依次为5.0 mg·L~(-1)、25.0 mg·L~(-1)和45.0 m J·cm~(-2),ARB去除率依次为45.5%~74.5%、66.1%~85.5%、68.6%~85.5%,另外次氯酸钠耦合紫外消毒强化去除ARB的效果更佳.     

UV light tolerance and reactivation potential of tetracycline-resistant bacteria from secondary effluents of a wastewater treatment plant

Tetracycline-resistant bacteria (TRB) are of concern as emerging microbial contaminants in reclaimed water. To understand the effects of UV disinfection on TRB, both inactivation and reactivation profiles of TRB, as well as 16 tetracycline-resistant isolates from secondary effluent, were characterized in this study. The inactivation ratio of TRB was significantly lower (3.0-log) than that of heterotrophic bacteria (> 4.0-log) in the secondary effluent. Additionally, the proportion of TRB significantly increased from 1.65% to 15.51% under 20 mJ/cm² ultraviolet (UV) exposure. The inactivation rates of tetracycline-resistant isolates ranged from 0.57/s to 1.04/s, of which tetracycline-resistant Enterobacter-1 was the most tolerant to UV light. The reactivation of TRB, tetracycline-resistant isolated strains, as well as heterotrophic bacteria commonly occurred in the secondary effluent even after 20 mJ/cm² UV exposure. The colony forming ability of TRB and heterotrophic bacteria reached 3.2-log and 3.0-log under 20 mJ/cm² UV exposure after 22 hr incubation. The final inactivation ratio of tetracycline-resistant Enterobacter-1 was 1.18-log under 20 mJ/cm² UV exposure after 22 hr incubation, which is similar to those of TRB (1.18-log) and heterotrophic bacteria (1.19-log). The increased proportion of TRB and the reactivation of tetracycline-resistant enterobacteria in reclaimed water could induce a microbial health risk during wastewater reuse.     

海河流域典型河流粪源性指示微生物的污染特征及其时空分布

当前,我国河流污染的监测、研究与治理甚少考虑微生物指标,导致国内大多河流的微生物污染状况不明.本研究以海河流域上游山区段永定河(张家口市)、中游平原段温榆河(北京市)和下游滨海段北运河(天津市)3段典型河流为对象,选取粪大肠菌群、大肠杆菌、肠球菌、SC噬菌体为指示微生物指标,开展了历时1年的野外调查,以期明确海河流域典型河流微生物污染的浓度水平及其时空分布特征.结果表明:除有机污染和富营养化问题外,3条河流也受到了较为严重的微生物污染.监测断面的肠球菌、大肠杆菌、粪大肠菌群、SC噬菌体的年平均浓度分别在1.039×103~9.168×105CFU·L-1、10~1.870×106CFU·L-1、1.43×102~8.105×106CFU·L-1、0~4.77×106PFU·L-1之间.曼-惠特尼U检验分析结果表明,流域内指示微生物浓度分布的季节性变化不显著;3条河流中,中游平原段温榆河因受污水处理厂退水排入河道的影响,微生物污染水平最高;上游山区段永定河虽有机污染较轻,但动物粪便污染严重,导致河流微生物污染状况亦不容乐观.为保障流域公共卫生安全和地下水安全,上游山区段农村畜禽粪便处理、中游平原段污水处理厂退水应得到进一步的关注与管理.     

耐镉细菌联合电动技术修复镉污染土壤的研究

为提高传统电动技术对重金属污染土壤的修复效果以及经济效益,本研究采用耐镉细菌联合电动修复技术修复镉污染土壤.通过在含镉土壤中接种3种耐镉细菌Escherichia coli strain、Bacillus sp.和Bacillus cereus strain,以电压梯度1 V·cm^-1通电10 d,比较不同耐镉细菌对土壤Cd去除和形态转化,以及电能消耗的影响.结果表明,接种Escherichia coli strain、Bacillus sp.、Bacillus cereus strain的试验组比传统电动修复的Cd去除率分别提高7.63%、17.21%、19.53%;单位修复能耗分别降低64.78、109.52、116.54 kW·min·mg^-1.由于Bacillus cereus strain对Cd²⁺的吸附量高于Escherichia coli strain和Bacillus sp.,且能有效降低土壤中Cd的生物毒性,因此采用Bacillus cereus strain联合电动技术修复镉污染土壤时效果最佳,Cd去除率达到30.77%,单位修复耗能为48.94 kW·min·mg^-1.     

Technical feasibility study of an onshore ballast water treatment system

To fulfill the requirements of Guidelines for approval of ballast water management system (G8), a set of onshore ballast water treatment equipment utilizing micro-pore ceramic filtration (MPCF) and UV radiation (MPCF&UV) system was designed and set up with a maximum flow rate of 80 m³·h⁻¹. Technical feasibilities of MPCF&UV system were evaluated in three areas: removal efficiencies of indicator organism and oceanic bacteria, perdurability of a ceramic filter, and application on native seawater. The results showed that no indicator organism (Dunaliella) or oceanic bacteria was detected after treatment of 20 L MPCF and UV radiation at 1.3×10⁴ μW·s·cm⁻². A 20 L ceramic filter can run continuously for 5.3 h at the flow rate of 15 m³·h⁻¹ before its pressure drop up to 0.195 MPa. The removal percentage of total plankton amounts were 91.9% at a flow rate of 70 m³·h⁻¹ by 80 L MPCF and UV radiation at 1.3×10⁴ μW·s·cm⁻².