铜对颤蚓的快速灭活机制及其在水厂应用分析

采用对苯二甲酸(terephthalic acid,TA)作为羟基自由基(hydroxyl radical,.OH)捕捉剂,利用荧光分光光度法对铜暴露30 min后颤蚓体内.OH浓度进行测定,并结合灭活率、过氧化氢酶(catalase,CAT)和丙二醛(malondialderhyde,MDA)等指标测试,研究了铜对颤蚓的灭活效果及毒性作用机制.结果表明,铜对颤蚓具有高效快速灭活作用,1 mg.L-1暴露条件下灭活率即可达100%;其主要灭活机制之一是诱导颤蚓体内.OH增加,继而.OH对颤蚓产生氧化胁迫和脂质过氧化.0.05 mg.L-1暴露条件下,.OH浓度即可上升69.2%,铜可引起颤蚓CAT活性显著降低,对CAT活性具有抑制作用,氧化胁迫作用明显;0.05~0.25 mg.L-1的暴露条件下MAD相对浓度的增加表明铜对颤蚓产生了脂质过氧化作用.颤蚓灭活率、.OH、CAT和MDA等随铜浓度的变化表明,铜的快速灭活作用并非由.OH本身产生的氧化胁迫和脂质过氧化单独完成.铜灭活用于水厂颤蚓风险控制可行性分析表明,反冲洗前采用1 mg.L-1的铜溶液浸泡滤池30 min,引起的残留铜浓度仅为4.3μg.L-1,远低于生活饮用水卫生标准规定的1 mg.L-1.     

化学氧化和砂滤对净水工艺中颤蚓污染的协同控制

为实现对净水工艺中蠕虫污染的高效控制,以颤蚓为主要研究对象,研究了化学氧化与砂滤对蠕虫污染的协同控制作用.结果表明,以化学氧化和砂滤拦截为基础的截留灭活技术对颤蚓具有高效控制效果,当ClO2投量超过0.1mg/L后,9~15m/h的滤速范围内均实现了对颤蚓的100%拦截.截留灭活过程中,化学氧化和砂滤拦截实现了对颤蚓污染的协同控制作用:砂滤可延长化学氧化接触时间,化学氧化则通过降低颤蚓的迁移能力提高了砂滤拦截效果. 通过在BAC滤池内增设石英砂垫层对仙女虫进行截留灭活,实现了对仙女虫污染的高效控制,同时避免了对BAC滤池正常吸附和降解功能的影响.     

次氯酸钠对剑水蚤灭活动力学及紫外强化灭活

水源水体富营养化导致剑水蚤孳生,进入供水系统后威胁供水安全.为高效控制剑水蚤污染风险,通过适当增加NaClO灭活CT值（NaClO浓度与接触时间乘积）范围,系统研究了NaClO对剑水蚤灭活动力学过程,同时探讨了紫外照射对灭活效果的强化作用.结果表明：NaClO对剑水蚤的灭活动力学过程符合迟滞型两阶段准一级动力学过程,灭活反应活化能为3774J/mol;pH值对灭活动力学过程的影响,主要通过改变溶液中HOCl和ClO^-物质的量及其化学稳定性来实现.当灭活CT值超出70mg min/L时,中性条件下NaClO对剑水蚤的灭活效率最高,碱性次之,酸性最差;浊度物质会削弱NaClO对剑水蚤的灭活效果,浊度物质会迟滞NaClO从液相主体向剑水蚤体表边界层的传质过程,被剑水蚤体表吸附后也会阻碍NaClO向剑水蚤体内的渗透过程.紫外照射尽管无法实现对剑水蚤的灭活,但可以强化NaClO对剑水蚤的灭活效果,经紫外照射后,剑水蚤灭活迟滞期消失或缩短,同时灭活反应速率常数增加.当pH值为6、7和8时,紫外照射预处理后,各自灭活反应速率常数分别由0.0093、0.02185和0.0206提高至0.0105、0.02673和0.0286.     

臭氧灭活水中贾第虫影响因素研究

为研究O3在水体中杀灭贾第虫的效果,利用荧光活体染色法探讨了不同因素(CT值、pH值、温度、浊度、有机物含量和无机离子等)对O3灭活贾第虫效果的影响.结果表明,O3灭活贾第虫整个过程可分为指数和缓慢灭活期,指数灭活期反应速度明显快于缓慢灭活期[k1=(5.64±0.023)×10-1mg·min,k2=(2.72±0.002)×10-2mg·min,k1k2];浊度0.1～20NTU,温度5～35℃,pH值6.0～9.0,HA在0.5～10.0mg/L浓度范围内,浊度越低,灭活效果越好;随温度上升,O3灭活贾第虫的能力减弱;酸性较碱性条件下臭氧杀灭贾第虫的能力更强;有机物浓度越高,在反应体系中与贾第虫发生了竞争作用,降低了灭活率;水中阴离子对灭活率的影响次序为:NO3-NoneSO24-HCO3-,而阳离子(Ca2+、Mg2+和Cu2+)均对灭活起到一定促进作用;当臭氧CT值≥15.0min·mg/L,在饮用水消毒的浊度、温度、pH值、有机和无机杂质浓度范围内,贾第虫的灭活率均在99.0%以上.     

颤蚓在活性污泥中的生长研究

以颤蚓为研究对象,活性污泥为底物,通过批量培养实验,考察了颤蚓在20℃和25℃2个不同温度下的生长状况.在16周的培养过程中,颤蚓在活性污泥中的生长较好地符合Logistic曲线;25℃更适于颤蚓生长,颤蚓个体在25℃下体重和体长的增长速率分别是0.0470mg·(条·d)-1和0.1936mm·(条·d)-1.同时,颤蚓在25℃下的体重-体长关系式为W=0.008 L2.028 (R2=0.8685),符合颤蚓科蠕虫体重-体长关系式的一般规律.与其它底物相比,以活性污泥为底物时的颤蚓生长并未表现出明显差别.     

利用寡毛类蠕虫反应器处理剩余污泥的研究

考察了一种新型寡毛类蠕虫反应器(由游离型蠕虫生长区和附着型蠕虫生长区组成)处理排放剩余污泥的效果．在试验的启动阶段1^#反应器接种了颤蚓(Tubificidae),2^#反应器作为对照．对照试验的结果表明,整个试验运行期间,颤蚓始终存于1^#反应器中,并且主要附着在填料上和聚集在反应器底部．从第35天开始,2个反应器中均发现了游离型蠕虫如红斑瓢体虫(Aeolasoma)、仙女虫(Nais)和叉形管盘虫(Aulophorus)．蠕虫生长有助于污泥减量和改善污泥沉降性能,并且颤蚓的存在和生长可导致更显的污泥减量效果．整个试验期间,1^#反应器的平均污泥减量效果为57％,远高于对照反应器．高浓度NH4^ -N对蠕虫有毒害作用,从而抑制了蠕虫的生长．寡毛类蠕虫的生长对硝化过程没有影响,但会导致一定程度的氮、磷释放。     

沉积物中六氯苯对颤蚓(淡水单孔蚓)的毒性效应研究

以淡水底栖动物颤蚓(淡水单孔蚓)为受试生物,研究了沉积物中六氯苯(HCB)对淡水单孔蚓14 d和28 d的毒性效应.结果表明,沉积物中HCB对颤蚓致死效应较低,当HCB浓度为190 mg· kg-,连续暴露28 d时,致死率低于8％.但HCB对颤蚓具有较强的慢性毒性效应,当HCB浓度为190 mg·kg-1,连续暴露28 d时,身体自断率高达90％,并且随着浓度升高和暴露时间延长,颤蚓自断率明显增高.HCB对颤蚓自断14 d和28 d的EC50分别为＞190 mg·kg-1和97.1 mg· kg-1.HCB对颤蚓行为(运动和挖掘)产生明显抑制作用.随着HCB浓度增加和暴露时间延长,颤蚓运动强度减弱,并伴随摄食量减少与体重减轻现象.     

二氧化氯灭活水中隐孢子虫的影响因素及机理研究

以荧光活体染色法研究了ClO2浓度、灭活时间、浊度、pH值、温度、有机物含量等,对ClO2灭活隐孢子虫效果的影响,并利用扫描电镜和蛋白质实验初步探究了灭活机理.结果显示,当pH7.0,水温为25℃,浊度为1NTU时,投加3mg/L ClO2经过120min,可以达到最适消毒效果(存活率小于1%),隐孢子虫的灭活率与ClO2投加浓度、作用时间成非线性正相关.浊度是影响ClO2灭活隐孢子虫的主要因素,浊度越低,灭活效果越佳;水温(较)低,灭活效果稍差;酸性较于碱性更适宜ClO2灭活隐孢子虫;可溶性有机物一定程度上影响ClO2的灭活效果.扫描电镜和蛋白试验表明,ClO2主要破坏其细胞表面结构,从而引起隐孢子虫死亡.     

河流潜流带颤蚓生物扰动对沉积物渗透性的影响研究

为了探究河流沉积物中底栖动物扰动对沉积物渗透性的影响,以渭河陕西段为研究对象,通过原位采样,布置不同颤蚓密度的试验管,进行室内颤蚓生物扰动对渗透系数影响的模拟实验测试.同时,通过对不同颤蚓密度下垂向渗透系数和沉积物指标进行相关分析和回归分析,研究颤蚓密度大小对渗透系数变化、沉积物表层特征、成分及渗透性变化的影响.结果表明,在研究时段内,渗透系数在白天和晚上的变化程度小于在整个试验时段上的变化程度;光照条件对颤蚓扰动作用影响不明显;沉积物的渗透系数在颤蚓密度约为1.0 ind.·cm-2时达到最大值,颤蚓密度越大,沉积物表面越粗糙,沉积物厚度变化程度越大,沉积物成分变化越大,沉积物颗粒有变小趋势,浮泥含量增加.颤蚓生物扰动作用能够影响沉积物的渗透性能,当颤蚓密度小于一定量值时,颤蚓生物扰动对沉积物渗透性有加强作用;而颤蚓密度大于一定量值后,颤蚓生物扰动对沉积物渗透性有减弱作用,这一颤蚓密度量值大致在2.0~2.5 ind.·cm-2之间.研究表明,颤蚓通过生物扰动改变沉积物的内部和表层结构、沉积物成分组成等,以此破坏或加强沉积物中细小颗粒物的阻塞,致使沉积物的渗透性能增强或减弱.     

紫外活化过硫酸钠灭活水中噬菌体MS2的特性及机制

水环境中的病毒对常见的消毒技术有较强的抵抗力.为了开发水中病毒的高效灭活技术,以噬菌体MS2为对象,研究紫外活化过硫酸钠（UV/PS）体系灭活病毒的特性和机制.采用双层平板法对噬菌体MS2进行定量检测,研究UV/PS对水样中噬菌体MS2的灭活率和动力学特征,并考察PS用量、pH值和噬菌体初始浓度等因素对灭活效果的影响.利用透射扫描电镜观察UV/PS处理前后噬菌体的形貌,利用电子顺磁共振波谱法确认反应体系中存在的自由基种类.在自由基淬灭实验的基础上,分析计算UV/PS体系中各因素对噬菌体灭活的贡献率.结果表明,当紫外辐照强度为160 μW·cm^-2时,UV/PS处理4 min即可去除4.39 lg的噬菌体MS2,较单独使用同样辐照剂量的UV消毒灭活率高1.44 lg.UV/PS体系对噬菌体MS2的灭活动力学过程符合一级反应动力学模型.增加体系中的PS初始浓度能明显提高对噬菌体的灭活率和灭活速率,而pH和噬菌体初始浓度对UV/PS灭活噬菌体的影响较小.UV/PS处理可导致噬菌体的衣壳破损,促进了噬菌体颗粒团聚.UV/PS体系中存在SO₄^-·和·OH,是噬菌体MS2灭活的重要因素.·OH比SO₄^-·对噬菌体MS2灭活的贡献更大.     

二氧化氯对水源水中摇蚊幼虫灭活效果的研究

采用二氧化氯和液氯灭活蒸馏水中的第1龄期摇蚊幼虫, 在此基础上, 考察了人工配水和天然原水中二氧化氯对1龄摇蚊幼虫的灭活特征,探讨了原水温度和pH值对二氧化氯灭活1龄摇蚊幼虫的影响.结果表明,与液氯相比, 二氧化氯对1龄摇蚊幼虫具有更好的灭活作用,投加量1.5mg/L,接触30min可以达到100%的灭活率; pH值在5.5~8.1变化对二氧化氯的灭活效果不会产生影响;二氧化氯对1龄摇蚊幼虫的灭活率随TOC的增加而降低;在10~30℃,温度升高能够提高二氧化氯的灭活效果,当原水温度从30℃降低到15℃时灭活率下降为84.5%.     

几种常见氧化剂对水中摇蚊幼虫氧化杀灭效能的试验研究

进行了几种水处理氧化剂———氯气、二氧化氯、臭氧对水体中摇蚊幼虫灭活效果的试验研究,并对原水中摇蚊幼虫经二氧化氯预氧化、混凝沉淀后的灭活效果进行了考察.结果表明,二氧化氯对摇蚊幼虫的灭活效果受水体pH值、有机物含量和藻类含量影响较小,与其它2种氧化剂相比,二氧化氯对原水中摇蚊幼虫具有更好的灭活作用;混凝烧杯实验证实,原水中的摇蚊幼虫经混凝沉淀后,与矾花沉降,不会对沉后的水产生影响;并且二氧化氯投加量1.0mg·L-1时,摇蚊幼虫在24h内死亡,投加量2.0mg·L-1时,死亡时间为6h;采用预投二氧化氯的水处理工艺可以起到控制摇蚊幼虫在沉淀池中孳生的作用.     

给水管网中耐氯性细菌的灭活特性研究

使用4种常见消毒剂对从实际管网中分离出来的7株耐氯性细菌进行消毒实验.结果表明,这7株细菌均具有较高的耐氯性,其中1株耐氯性最高的类龟分支杆菌自由氯99.9%灭活的CT值为120 mg.(L.min)-1,另外2株血红鞘氨醇单胞菌和甲基杆菌99.9%灭活的CT值分别为7 mg.(L.min)-1和4 mg.(L.min)-1.比较4种消毒剂的消毒效果发现,二氧化氯和单过硫酸氢钾的消毒效果较好,能够在30 min内使分支杆菌的灭活率达到5个数量级.自由氯由于衰减较快,消毒效果不佳.一氯胺能够维持一定的消毒剂浓度,但由于其氧化性较弱,因此需要提高浓度,才能满足消毒要求.能在1 h内灭活3个数量级以上分支杆菌的消毒剂投加量为:3.0 mg/L一氯胺、1.0 mg/L二氧化氯(以Cl2计)和1.0 mg/L单过硫酸氢钾(以Cl2计).考虑到我国水厂消毒的实际情况,建议采用间歇性提高一氯胺浓度或改换二氧化氯消毒的方法,提高对耐氯性细菌的灭活效果.     

3种生物处理方式对污泥减量效果的比较及优化

通过间歇试验得到3种生物方式(污泥好氧消化、厌氧消化以及颤蚓摄食)对污泥的比减量速率、污泥减量速率和污泥减量比例.当初始污泥浓度为2 500mg·L^-1时,经过24h减量,颤蚓摄食、厌氧消化和好氧消化3种方式对污泥的比减量速率R分别为0.13 mg·(mg·d)^-1,0.09 mg·(mg·d)^-1和0.03 mg·(mg·d)^-1,对污泥的减量速率分别为315 mg·(L·d)^-1,263mg·(L·d)^-1和65 mg·(L·d)^-1.通过细菌荧光染色和脱氢酶活性检测证实颤蚓摄食在短时间内对污泥中细菌细胞膜的破坏程度最大,可以将颤蚓摄食和厌氧消化相组合强化对污泥的减量.对于初始浓度为2 500mg·L^-1的污泥,颤蚓摄食12h后再厌氧消化36h,可以在2d左右使污泥减量的比例达到30%,减量比速率为0.25 mg·(mg·d)^-1.当初始污泥浓度增加到4 240mg·L^-1,颤蚓摄食时间需要延长到24h方能保证组合工艺对污泥最大程度地减量.     

Characterization of chlorine dioxide as disinfectant for the removal of low concentration microcystins

Microcystins, which represents one kind of cancerogenic organic compounds, is abundant in eutrophication water. The effects of reaction factors on chlorine dioxide (ClO₂) for removal of low-concentration Microcystin-LR, Microcystin-RR, and Microcystin-YR in water as well as the reaction mechanisms was investigated by using enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) kit and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The results showed that MC-LR, MC-RR, and MC-YR could be efficiently decomposed by ClO₂. The degradation efficiency was shown positively correlated to the concentration of ClO₂ and reaction time; while the effect of reaction temperature and pH is slight. The kinetic constants and activation energies of the reaction of MC-LR, MC-RR, and MC-YR with ClO₂ are determined as 459.89, 583.15, 488.43 L·(mol·min)⁻¹ and 64.78, 53.01, 59.15 kJ·mol⁻¹, respectively. As indicated by high performance liquid chromatography mass spectrometer (HPLC-MS) analysis, degradation should be accomplished via destruction of Adda group by oxidation, with the formation of dihydroxy substituendums as end products. This study has provided a fundamental demonstration of ClO₂ serving as oxidizing disinfectant to eliminate microcystins from raw water source.     

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.     

给水管网中耐氯分枝杆菌的灭活特性及机制研究

近年来,在饮用水管网中检测到耐受消毒剂的微生物,对于饮用水安全造成威胁.课题组由南方某城市自来水管网中分离出1株耐氯的产黏液分枝杆菌(Mycobacteria mucogenicum),并对其灭活特性和耐氯机制进行了研究.使用自由氯、一氯胺和二氧化氯对其进行消毒实验,测定CT值.99.9%灭活产黏液分枝杆菌时,自由氯的CT值为(76.25±47.55)mg·min·L-1,一氯胺为(1 396±382)mg·min·L-1,二氧化氯为(13.5±4.9)mg·min·L-1.采用透射电镜对产黏液分枝杆菌的消毒过程进行观察,发现消毒后细菌结构疏松,细胞器层次变得不清晰,核心肿胀溶解.产黏液分枝杆菌具有较好的疏水性,测定其表面疏水率为37.2%,远高于其他细菌,使得亲水性消毒剂不易进入细菌内部,是其耐受含氯消毒剂的原因之一.     

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。     

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.     

ClO2消毒工艺对污水处理厂出水超级耐药基因的影响

为了研究二氧化氯（chlorine dioxide,ClO₂）消毒工艺对污水处理厂出水中超级耐药基因（super antibiotic resistance genes,SARGs）的去除效果,对污水处理厂出水消毒前后的水样进行了全年采集,并采用微孔滤膜正压过滤法及核酸吸附柱-洗脱法分别富集水中细菌和胞外核酸后,利用荧光定量PCR技术对其中的9种SARGs进行定量检测.结果表明,无论是胞内还是胞外核酸,均有NDM-1、MCR-1 和MEC-A被检测出;同时,ClO₂消毒后上述3种SARGs的胞内相对总浓度明显上升（P<0.05）,且ClO₂消毒对胞内SARGs相对浓度的影响与季节有关,其中春季、夏季和秋季均发生上升,且春季升高最为明显,达2倍,而冬季出水在消毒前后均未测出胞内SARGs;胞外SARGs则在ClO₂消毒前后没有明显浓度变化.因此,ClO₂消毒不能有效去除污水处理厂出水中胞内和胞外SARGs污染.