基于PMA-定量PCR选择性检测技术的病原菌消毒特性研究

建立了一种核酸染料propidium monoazide(PMA)与定量PCR技术联合选择性检测活性病原菌的技术(PMA-qPCR),以大肠杆菌作为模式菌,研究了氯和一氯胺消毒对病原菌的灭活特性.结果表明,PMA染料能够分别去除99.94%和99.99%的来自非活性大肠杆菌和沙门氏菌的DNA,PMA-qPCR技术能够有效区分活性菌与非活性菌;PMA-qPCR技术得到的氯和一氯胺消毒对大肠杆菌的灭活曲线符合一级动力学方程,灭活速率常数分别为 2.24 L·(mg·min)^-1和0.0175 L·(mg·min)^-1,低于平板培养法得到的灭活速率常数;当大肠杆菌的去除率达到99%时,采用PMA-qPCR技术检测需要的ct值相比于平板培养法从0.6 mg·L^-1·min上升到0.9 mg·L^-1·min(氯消毒)和从20 mg·L^-1·min上升到超过100 mg·L^-1·min(一氯胺消毒);随着ct值的升高,常规qPCR的检测结果基本不变,因此常规qPCR不能够反映氯和一氯胺消毒对病原菌的灭活效果.作为一种新的表征消毒特性的检测技术,PMA-qPCR技术有助于更为准确地评价氯和一氯胺消毒对病原菌的灭活效果.     

氯对紫外线灭活枯草芽孢杆菌的协同作用

以枯草芽孢杆菌为研究对象,研究了紫外线和氯单独及联合作用时的灭菌效果.结果表明,单独氯消毒时,对枯草芽孢杆菌的灭活效果很低,CT值为300(mg·min)/L时,灭活率仅为0.53个对数级;单独紫外线消毒对枯草芽孢杆菌有较好的灭活效果,紫外线剂量为40mJ/cm²时,对其有3.3个对数级的灭活效果.紫外线和氯联合消毒时,对枯草芽孢杆菌的灭活效果大大增强,当紫外线剂量为40mJ/cm²,氯的CT值为300(mg·min)/L时,对枯草芽孢杆菌的灭活率可达6.2个对数级,远高于二者单独作用效果之和.紫外线与氯的作用顺序对消毒效果有明显影响,以先紫外线照射后再加氯的效果最好.通过Berenbaum公式计算可知,紫外线与氯联合灭菌是一种协同作用,并且随着紫外线剂量及氯投量的增加,协同作用增强.     

磷与水中细菌再生长的关系

利用细菌再生长潜力(Bacterial Regrowth Potential,BRP)的微生物分析方法,研究了水中的磷对其生物稳定性的限制因子作用.试验测试水样为经过净水工艺处理后的出水,净水工艺处理的原水取自我国北方某水库.结果表明,在测试水样中添加50pg/L的PO₄^3--P(NaH₂PO₄)后,水样的BRP增加了100%～235%.在水样中添加各种无机盐后得到的BRP同仅添加NaH₂PO₄得到的结果相差不大,而在水样中添加1mg/L的乙酸碳(NaAc)后BRP只增加了30%～40%,大大小于只添加磷的水样,这表明在该水样中磷是细菌生长的限制因子.本试验说明,有效地去除水中的磷可以作为限制饮用水中细菌再生长,提高饮用水生物稳定性的一个重要途径.     

二氧化氯对不同微生物的灭活特性及其对群落结构特征的影响

二氧化氯是一种性能优良、应用广泛的消毒剂,可通过破坏细胞或病毒的组成结构、阻碍细胞代谢等方式实现微生物灭活。在自配水条件下,以二氧化氯投加量×消毒时间计算,二氧化氯剂量在15（mg·min）/L时,可实现对常见病毒（包括肠病毒71型、大肠杆菌噬菌体MS2等）3 log以上灭活率,在60（mg·min）/L时,可实现对常见细菌（包括大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等）1.5 log以上灭活率,但灭活隐孢子虫卵则需要更高的剂量（如1.9 log灭活率可能需约600（mg·min）/L剂量）;在实际污水厂进水中,30（mg·min）/L二氧化氯剂量只能分别实现0.8 log和0.5 log的大肠杆菌和总大肠菌群灭活率。二氧化氯消毒效果随温度升高显著提升,对于不同微生物,pH的变化对二氧化氯消毒效果的影响可能存在不同,而水中的有机物通常会因消耗二氧化氯而降低消毒效果,但在自然水体中也存在由于天然有机物可能的影响导致消毒效果优于自配水的情况。关于二氧化氯消毒后细菌群落结构的变化研究不多,仅有少量研究涉及市政污水、再生水、饮用水等。二氧化氯消毒一定时间后,悬浮态和生物膜上的微生物均可能出现再生长现象,但再生长过程中这些残生细菌的群落结构变化及其生长分泌特性仍有待研究。     

MBR处理医院污水后续氯消毒及其消毒副产物研究

针对医院污水中致病微生物的特殊排放要求,研究了膜生物反应器（MBR）应用于医院污水处理中的预消毒及其后续氯消毒特性.结果表明,在工程应用中MBR具有显著的预消毒作用,对医院污水中的细菌总数和粪大肠杆菌的去除率分别达到2.0～3.1 lg和2.8～4.0 lg;对于MBR出水中残留的微生物,采用次氯酸钠进行后续消毒,当接触时间为1 h,在有效氯浓度为0.8 　mg/L时,可检测不出粪大肠杆菌,且放置6 h未见再生长,相应的THMs和HAAs分别为16.94 μg/L和32.10 μg/L;固定接触时间,随着Cl₂/DOC值的增加,MBR出水中THMs和HAAs均近似呈线性增长趋势（r²分别为0.941?5和 0.965?2）,且HAAs的增长速率高于THMs.     

供水管壁的磷释放对管网水质生物稳定性的影响

为了研究供水系统金属管壁磷释放及其对管网水质生物稳定性的影响,采用新旧有水泥涂衬球墨铸铁管,考察了管壁和水泥涂衬中磷的含量,管网水中可同化有机碳(AOC)、异养菌平板计数(HPC)及生物可利用磷(MAP)的变化规律.结果表明,在铸铁管金属管壁和水泥涂衬中均有磷元素及其他微生物生长所需微量元素存在.旧管和新管均可向悬浮水中释放磷元素并可被微生物吸收利用,旧管释放水平高于新管;同时旧管释放产生的AOC和旧管水中的HPC也明显高于新管;新管对水中pH值有明显影响,但随时间推移逐渐减弱.     

臭氧-生物活性炭组合工艺中最佳臭氧投加剂量的确定

在水处理过程中投加臭氧,可提高饮用水的可生物降解性.臭氧氧化后继的生物过滤,可以减少水中可生物降解有机物数量,提高饮用水的生物稳定性.试验表明,臭氧投加量2～8mg/L可使AOC-P17,AOC-NOX和BDOC分别增加20.9%～85.5%,42.1%～158.2%和21.4%～84.4%.臭氧投加量为3mg/L时,AOC和BDOC增加得最多,即3mg/L的臭氧投量为最佳投加剂量.生物活性炭滤柱(BAC)出水AOC浓度(乙酸碳)均低于50μg/L,在35.9～46.6μg/L之间,属于生物稳定性水质.     

蛋白酶对水环境中病毒的灭活作用

以大肠杆菌噬菌体T₄作为模式病毒,研究了蛋白酶对病毒的灭活作用.试验结果表明:蛋白酶灭活病毒的效果明显. 适宜条件下,67.5u/mL的蛋白酶K处理1h对纯水中病毒(6.2×10⁵PFU/L)和生活污水中病毒(7.2×10⁵PFU/L)灭活率分别达到了99.4%和49.4%,处理3h的灭活率分别是>99.9%和81.1%;工业蛋白酶1398在75.0u/mL酶浓度下处理1h对纯水水中病毒(1.7×10⁵ PFU/L)灭活率达到74.4%.pH和温度对病毒灭活效果的影响不明显.     

磷含量与饮用水生物稳定性的关系

通过对可同化有机碳(AOC)的分析,研究了水中磷对其生物稳定性的限制因子作用.试验水样为原水和经过净水工艺处理后的出水.结果表明,原水磷含量较低,经过生物预处理和常规处理后,磷的含量又大大降低.在原水和出水水样中添加50g/L的PO₄^3--P(NaH²PO⁴)后,原水水样的AOC变化不大,而出水水样的AOC增加了44%～60%.这表明在出水水样中磷是细菌生长的限制因子,由此推断,磷成为给水管网中细菌再生长限制因子的情况在国内存在.试验结果说明,有效地去除水中的磷可以作为提高饮用水生物稳定性的一个重要途径.     

饮用水中磷与细菌再生长的关系

采用改进的可同化有机碳(AOC)和微生物可利用磷(MAP)方法,针对T市J水厂水源水、处理工艺以及一条配水干管中磷对细菌生长的限制作用进行了研究.结果表明:①水源水与处理工艺中MAP较高(5～38μg/L),配水管网中MAP较低(<5μg/L),且管网水中的MAP随着管线的延长基本保持不变.②常规处理工艺能够有效地去除水中的MAP(去除率为34.0%～83.7%).③在水源水和处理工艺中,水样的AOC_{potential<、sub>、AOCP与AOCnative没有显著差别,说明AOC是微生物生长繁殖的决定因素.该研究配水干管中,水样的AOCpotential、AOCP为AOCnative的2～8.7倍,磷成为细菌再生长的限制因子.}     

应用绿色荧光蛋白基因标记细菌进行生物膜结构定量化新方法

绿色荧光蛋白基因pEGFP经CaCl₂转化法标记E.coli JM109菌株,获得的标记菌株作为模式细菌接种含50μg/mL氨苄的LB培养基,在摇瓶中与火山岩颗粒共混培养挂膜(37℃,120r/min,16h).用激光共聚焦扫描显微镜摄取获得火山岩填料生物膜250μm×250μm区域不同层面的图片堆,所获图片堆经COMSTAT程序处理可以获得相关的定量化参数,如16h生物膜平均厚度为0.120844μm,生物膜最大厚度为10.5μm,生物膜体积为0.136986μm³/μm²,生物膜表面积21338.1μm²,生物膜比表面积为3.36854μm²/μm³.该方法也可以扩展至其他绿色荧光蛋白基因标记细菌的生物膜结构定量化.     

超声协同紫外灭活大肠杆菌实验研究

应用紫外、超声、超声协同紫外对大肠杆菌进行灭活,并从生物学角度对协同机理进行探讨。结果表明:实验条件下,紫外辐照剂量与大肠杆菌灭活率之间具有良好的线性关系,各紫外辐照剂量下的E.coli均发生了光复活现象。超声功率密度对于灭活结果具有显著意义(p0.05),研究中超声灭活大肠杆菌的最大相对功效值对应的工况为7.18W/cm2作用80s。超声的协同作用使紫外线消毒动力学方程K值由0.1增至0.1358,减小了细菌对UV的抗性;与单独紫外作用比较,超声与紫外协同作用的光复活率有所降低。超声与紫外同时作用对细胞形态结构产生严重的破坏,超声作用只能改变细胞的结构,而不能破坏其DNA;利用T4-EndoⅤ对CPDs的特异性识别特性,可发现经各工况处理后,大肠杆菌DNA均被降解,产生大量CPDS,且各工况下ESS含量变化曲线与各工况下大肠杆菌灭活率曲线的相关系数达到0.92。     

石墨相氮化碳光催化灭活水中多重耐药菌研究

研究了光辐照和基于石墨相氮化碳（g-C₃N₄）光催化对二级出水中1株四环素和氨苄西林抗性多重耐药菌E.coli CGMCC 1.1595的灭活效果.结果表明,汞灯辐照功率（100/300/500W）和辐照强度越高,其灭活效率相对越高,在500W汞灯60min辐照条件下,紫外长波（UVA）-可见光（300~579nm）对该多重耐药菌的灭活率为0.41log;基于g-C₃N₄的光催化对其灭活率为1.31log.相比未加g-C₃N₄催化剂的光辐照灭菌,在UVA-可见光条件下g-C₃N₄对其灭活率的贡献为61%~69%;在可见光条件下g-C₃N₄对其灭活率的贡献达到60%~79%.在UVA-可见光g-C₃N₄光催化灭活E.coli CGMCC 1.1595反应体系中,活性氧自由基和电子空穴的活跃程度为：·OH > ·O₂^- > H₂O₂ > h⁺ > ¹O₂,·OH为该光催化体系的主要活性物质,其次是·O₂^-和H₂O₂.     

Removal effect on Mesocyclops leukarti and mutagenicity with chlorine dioxide

Introduction The eutrophication of surface water is a worldwide problem, which is increasing in significance (Ma and Liu, 2002). Mesocyclops leukarti, a kind of Cyclops, is a waterborne animal that excessively propagates in eutrophic reservoirs and fresh …     

二氧化氯对剑水蚤类浮游动物的灭活与去除

进行了氯气和二氧化氯灭活剑水蚤的对比试验,并分析了pH值、有机物含量等对二氧化氯灭活剑水蚤的影响.在此基础上,对预氧化与混凝过程的协同除蚤效能进行了考察.结果表明,与氯气相比二氧化氯对剑水蚤具有更显著的灭活作用,在较低的投加量（1.0 mg/L）下,接触30 min就可以达到100％的灭活率.当水体pH值为5.7～8.0,灭活效果不受影响,但pH值为9.8可以导致灭活率降低10%.有机物含量对灭活率产生显著影响,有机物含量增加,则灭活率降低.混凝烧杯试验表明,二氧化氯投加量为0.9 mg/L时,二氧化氯预氧化与混凝沉淀的协同作用将完全去除原水中的剑水蚤.     

基于EPANET-MSX的多组分给水管网水质模型的开发与应用

基于EPANET-MSX工具包开发了机制性的多组分给水管网水质模型,模型将管段概化为管壁、生物膜、液膜和液相4个组成部分.模拟过程包括基质利用和微生物生长、微生物衰减和死亡、溶解性物质的液膜传质、不溶性物质的吸附和脱落、余氯与有机物的氧化和卤代反应以及管壁腐蚀消耗余氯等.模拟变量共15个,包括生物膜和液相中各7个变量,即溶解性有机物、不溶性有机物、氨氮、余氯、异养菌、自养菌和惰性颗粒,以及管壁生物膜厚度.利用管段模拟实验数据进行模型验证,模型对余氯和浊度的模拟精度分别为0.1 mg/L和0.3 NTU.案例研究的模拟结果合理地反映了给水管网中余氯和浊度的动态变化特征,而同时考虑水厂出水水质可变性和参数不确定性的Monte Carlo模拟则可用于评价案例给水管网的水质超标风险.     

饮水中非挥发性有机污染物致突变性的防治对策

针对饮水致突变物的主要成因研究了减少饮水致突变活性的措施。结果表明：进厂源水生物膜预处理,可使致突变前体物,如藻、腐殖酸、总有机碳等含量分别减少68.2％、23.9％、37.2％,使水厂加氯量减少50％,最终使所制饮水的致突变件减少30％。改革加氯消毒方法可使饮水致突变活性降低,不同消毒剂所致致突变活性顺序为Cl₂＞ClO₂Cl₂＋ClO₂＞源水,Cl₂＋ClO₂等量联合消毒优于单一加氯消毒法,既可提高所试甲型肝炎病毒、脊髓灰质炎病毒及大肠杆菌ｆ₂噬菌体的灭活效果一至数倍;又可使饮水中CHCl₃,减少91.5％－96.5％,致突变活性减少27.6％。     

氯/氯胺和紫外顺序消毒对管网抗性基因的去除

为探究供水系统中氯/氯胺与低压紫外顺序消毒对抗生素抗性基因(ARGs)分布特征的影响,采用生物膜反应器模拟供水管网,对管网出水和生物膜进行60mJ/cm²低压紫外线(254nm)消毒,并利用高通量定量PCR技术检测模拟管网进、出水及生物膜内的典型ARGs和遗传原件(MGEs).结果表明,管网反应器运行150d,氯和氯胺管网出水ARGs总相对丰度分别为0.13和0.137,生物膜ARGs分别为2.45和0.277,表明供水管网中低剂量的氯或氯胺可有效降低水相和生物膜相中ARGs的相对丰度达90%,且氯胺消毒对生物膜中的ARGs控制作用更显著.氯和氯胺消毒后管网出水再经低压紫外线照射后,ARGs相对丰度分别为0.0682和0.0537,管网生物膜中ARGs的相对丰度分别为2.01和0.194.ARGs与MGEs间的相关性发生显著变化,转座子与strB和mepA的相关性增强,与ermX和tetM相关性减弱,而整合子与acrF、cmlA1-01、oprJ及tolC-01的相关性增强.研究表明,将紫外线消毒工艺设置在用水终端可以显著降低氯和氯胺管网水中ARGs丰度,但对管网生物膜中的ARGs影响较小.