环境因素对病毒在水体中生存与传播的影响

目前,新型冠状病毒（2019-nCoV）在全球范围内广泛传播.2019-nCoV在粪便和污水中的检出揭示了病毒介水传播的可能性.了解各类环境因素对水源性病毒生存与传播的影响对介水传染病的防控及病毒风险评估具有重要意义.通过对国内外相关研究的文献调研,探究了影响病毒在水体中生存与传播的主要环境因素.研究表明,致病病毒在水环境中的存活和传播潜力与紫外线照射、水体温度、pH、盐度以及水体中存在的微生物和悬浮颗粒物等环境条件密切相关.即:①低温能够大幅延长病毒的存活时间,更有利于病毒在水体中的传播;高温能够加速病毒失活从而削弱病毒的传播潜力.②紫外线照射通过破坏病毒核酸能够有效去除和灭活病毒.③水体中的微生物能够产生对病毒颗粒不利的代谢物,或利用病毒衣壳作为营养来源,从而导致病毒失活.④各类水体中存在的大量悬浮颗粒物对病毒的吸附大大延长了病毒的存活时间,从而增强了病毒在水体中的潜在传播能力;此外,悬浮颗粒物能够促进或阻碍病毒在多孔介质中的传输与滞留.⑤pH通过改变病毒颗粒的表面电荷,影响病毒的团聚,从而影响病毒在水环境中的持久性.⑥无机离子通过影响病毒的团聚和吸附性能,从而改变其活性.环境因素对病毒存活的影响可能因不同的病毒特性而异,因此,应进一步探讨水环境中2019-nCoV存活能力的变异性,2019-nCoV在废水和饮用水处理过程中的赋存与归趋,并对废水、娱乐水域和饮用水中的2019-nCoV进行长期监测和定量风险评估.      

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.     

藻细胞和高岭土的存在对病毒MS2存活的影响

选用病毒MS2作为水中肠道病毒的指示病毒,高岭土和铜绿微囊藻分别作为无机颗粒物和有机颗粒物,研究颗粒物浓度、pH值、不同价态离子浓度、天然有机物(NOM)等水质条件下,无机(高岭土)、有机(铜绿微囊藻)颗粒物存在对病毒MS2存活的影响.结果表明,无机颗粒物高岭土对病毒MS2的存活无明显影响,但当水体钙硬度(钙离子产生的硬度)较大时,病毒MS2的表观存活量增加1个对数;铜绿微囊藻的存在会导致病毒MS2的存活量降低1个对数左右,但当溶液的pH值大于4.0或铜绿微囊藻的浓度小于1.0×106cells·L-1时,藻类对病毒的生存无明显影响;当水体钙硬度较大时,藻反而会增加病毒MS2的存活对数.因此在高浊水、高藻水中,水的钙硬度增加会使水体中病毒生存能力变强,进而增加饮用水的安全风险.     

nTiO2在水中的分散沉降行为研究

nTiO2进入水环境后,其存在形态及环境行为主要受水环境因素影响.以P25 nTiO2为研究对象,通过改变nTiO2悬浊液的pH值、电解质和表面活性剂种类,分析了nTiO2的分散、团聚及沉降行为.结果表明,pH通过改变nTiO2颗粒的Zeta电位影响nTiO2在水中的稳定性,等电点附近nTiO2发生显著聚沉.nTiO2颗粒选择性吸附AlCl3、CaCl2、NaCl及Na2SO4电离产生的荷电离子,阳离子的吸附中和了TiO2颗粒表面的负电荷,导致颗粒急速聚沉;阴离子的吸附使颗粒间静电斥力增强,颗粒稳定存在于水中.不同类型的表面活性剂通过改变nTiO2颗粒表面性质,增强nTiO2颗粒在水中的稳定性.运用DLVO理论建立了nTiO2的势能方程,势能曲线拟合结果表明,水环境条件通过影响颗粒间势能大小影响nTiO2在水中的分散沉降行为.     

不同环境条件下水铁矿和针铁矿纳米颗粒稳定性

纳米颗粒的团聚和分散是控制许多重要环境过程的关键因素.本研究通过测定水铁矿纳米颗粒(FHNPs)和针铁矿纳米颗粒(GTNPs)的粒径和Zeta电位,计算DLVO相互作用能,探究了不同pH、离子和有机质条件下两种纳米颗粒的稳定性.结果表明Na~+和Ca~(2+)通过离子强度的作用促进FHNPs和GTNPs团聚;低浓度PO_4~(3-)(2mmol·L~(-1))、HA和FA(2 mg·L~(-1)和10 mg·L~(-1))吸附在铁矿物纳米颗粒上,改变其表面电荷,提高FHNPs和GTNPs在中高pH条件下的稳定性.高浓度的PO_4~(3-)(10mmol·L~(-1))虽然也可改变铁矿物纳米颗粒的电性,但由于离子强度的作用,对GTNPs的稳定性贡献不大.FHNPs或GTNPs的Zeta电位接近于0时,其相互作用的一级势垒和次级势阱常常同时不存在,两种纳米颗粒主要以不可逆的方式在一级势阱中团聚;当一级势垒和次级势阱同时存在时,次级势阱造成的可逆FHNPs和GTNPs团聚比例会增大.本研究结果为进一步考察FHNPs和GTNPs的环境行为和它们在负载污染物迁移中的作用提供数据支撑.     

PS和ZnONPs颗粒生态冠复合物的赋存状态及形成规律

水环境中的生物大分子会在水中残留的颗粒物表面形成生态冠,从而影响颗粒物的赋存状态和生态行为.本研究测定了纳米氧化锌（ZnONPs）和聚苯乙烯微塑料（PS）与斑马鱼体外生物大分子作用形成的生态冠复合物的形貌、组分、水动力学直径及Zeta电位等,以此探究微、纳米颗粒生态冠复合物的赋存状态与形成规律.结果表明,斑马鱼体外生物大分子主要含有类酪氨酸蛋白、类色氨酸蛋白、类富里酸、可溶解性生物副产物和类腐殖酸.扫描电镜观察发现,PS和ZnONPs表面部分或全部被生物大分子包裹,形成生态冠复合物.三维荧光光谱分析 发现,PS和ZnONPs对各类生物大分子亲和力不同.随着作用时间延长（3~24 h）,在PS生态冠组分中类酪氨酸蛋白的占比逐渐增加,类腐殖酸的占比逐渐减少;ZnONPs生态冠中这两类生物大分子组分的变化趋势呈相反的变化趋势;这两种生态冠复合物的组分变化都呈现时间-效应关系.PS-生态冠复合物和ZnONPs-生态冠复合物的水动力学直径都随着作用时间延长而增加.然而这两种生态冠复合物的Zeta电位绝对值却呈现不同的时间-效应关系,PS-生态冠复合物的Zeta电位绝对值随着作用时间延长而增加,ZnONPs-生态冠复合物的Zeta电位绝对值随着 作用时间延长而减小.上述结果表明,微、纳米颗粒在水体中的赋存状态与其所处生物环境、生态冠组分、表面电荷、水动力学直径等具有密切相关性,这为进一步研究微、纳米颗粒物在水体中的生态效应提供了重要的研究思路和科学依据.     

混凝中Zeta电位的影响因素

Zeta电位在混凝中得到日益广泛的应用,为更好地利用Zeta电位这一指标,较为全面地分析了影响Zeta电位的各种因素:胶体颗粒本身的性质、环境介质(pH值、离子强度等)、混凝剂的性质和一些探作条件(光照和温度等).     

产氢产乙酸和产甲烷反应对厌氧消化的限速作用

为明晰厌氧消化过程的主要限速步骤,分别以丁酸、乙酸、H₂/CO₂为基质,在37℃和pH 5.00~9.00条件下对厌氧活性污泥进行培养,依据Shelford耐受定律对食丁酸产氢产乙酸菌（SBOB）、乙酸营养型产甲烷菌（ACM）和氢营养型产甲烷菌（HTM）的pH值生态幅及基质转化速率进行分析.结果表明,SBOB、ACM和HTM的pH值生态幅分别为6.19~8.59、5.50~7.74和4.39~9.23,其代谢最适pH值分别为7.39、6.62和6.81.在最适pH值条件下,厌氧活性污泥对丁酸、乙酸、H₂/CO₂的转化速率分别为0.86、1.04和1.09gCOD_equ/（gMLVSS·d）.可见,与产甲烷菌相比,产氢产乙酸菌的pH值生态幅更窄,基质转化速率更慢,对厌氧消化过程具有更为显著的限制作用.     

山地城市排水管网特细颗粒物特性及变化规律

对山地城市排水管网中特细颗粒物的粒径分布特征及变化规律、Zeta电位分布特征及变化规律和ρ(SS)的变化规律进行研究,同时对相关水化学参数(如电导率、pH)的变化规律进行了分析.结果表明:特细颗粒物的平均粒径、Zeta电位、ρ(SS)和电导率分别为21.04～73.53μm、-20.83～-11.15 mV、106～492 mg/L和973～2 445μS/cm,其统计平均值分别为(43.74±14.12)μm、(-17.95±1.88)mV、(233±90)mg/L和(1 343±331)μS/cm;pH为7.25～7.63.工业废水的排入对排水管网特细颗粒物的粒径分布特征、Zeta电位分布特征以及电导率有显著的影响并呈现出一定的规律性;传统沉砂池对进水中特细颗粒物的去除能力相当有限,特细颗粒物会直接进入生物处理系统.      

噬菌体MS2生物学特性研究

本文分析了噬菌体MS2在水质监测中作为水中肠道病毒指示生物的可行性与优势,并通过试验测定了噬菌体MS2的热稳定性、pH值稳定性、最佳感染复数和一步生长曲线等生物学参数,结果表明:噬菌体MS2的热稳定性较弱,在70℃时5 min内即会全部失活;在pH值4～10的范围内噬菌体MS2均可稳定存在;噬菌体MS2感染其宿主大肠杆...     

饮用水中悬浮颗粒物对微生物聚集和消毒效果的影响

针对目前有关消毒剂胁迫下颗粒物对微生物保护作用机制尚不清晰,以饮用水中微生物为研究对象,通过构建静态模拟实验装置,解析消毒剂胁迫下针铁矿对微生物聚集和消毒效果的影响机制.结果表明,当未投加消毒剂氯时,针铁矿浓度对水中微生物失活率基本没有影响;而当有氯存在时,针铁矿促进氯的衰减、微生物胞外聚合物的分泌以及其聚集行为,进而...     

理化因素及感染复数对噬菌体MS2活性的影响

噬菌体MS2作为潜在的水中肠道病毒指示生物,已逐渐成为回用水微生物学安全评价指标的主要研究方向之一。测定了温度、pH值、紫外线和感染复数对噬菌体MS2活性的影响。结果表明:噬菌体MS2在70℃时5 min内即会全部失活,在pH值4～10的范围内均可稳定存在,在短波紫外线照射下25 min内即可失活;噬菌体MS2感染其宿主大肠杆菌的最佳感染复数为1。     

纳米TiO2-光催化灭活水中噬菌体MS2

提出了一种简易的水中病毒灭活方法,以噬菌体MS2为模式病毒,探讨了紫外光照射时间、TiO2浓度、紫外光强度对自来水中MS2灭活效率的影响;评价了太阳光代替紫外光用于光催化灭活病毒的可行性.研究结果表明,聚乙烯(PE)材质的样品袋能更好地透过紫外光;紫外光照射6h,50mg/L的TiO2可以灭活自来水中7.95Log的MS2;紫外光强度在45μW/m2以下时,灭活率随强度的提高而增加;在溪水中,50mg/L的TiO2仅有4.87Log的灭活效率. 在太阳光下,50mg/L的TiO2在自来水和溪水中对MS2的灭活效率差异不明显,都达到了6.1Log以上,表明太阳光-TiO2灭活水中的病毒可行且高效.     

Aggregation of Adenovirus 2 in Source Water and Impacts on Disinfection by Chlorine

It is generally accepted that viral particles in source water are likely to be found as aggregates attached to other particles. For this reason, it is important to investigate the disinfection efficacy of chlorine on aggregated viruses. A method to produce adenovirus particle aggregation was developed for this study. Negative stain electron microscopy was used to measure aggregation before and after addition of virus particles to surface water at different pH and specific conductance levels. The impact of aggregation on the efficacy of chlorine disinfection was also examined. Disinfection experiments with human adenovirus 2 (HAdV2) in source water were conducted using 0.2 mg/L free chlorine at 5 °C. Aggregation of HAdV2 in source water (≥3 aggregated particles) remained higher at higher specific conductance and pH levels. However, aggregation was highly variable, with the percentage of particles present in aggregates ranging from 43 to 71 %. Upon addition into source water, the aggregation percentage dropped dramatically. On average, chlorination CT values (chlorine concentration in mg/L × time in min) for 3-log₁₀ inactivation of aggregated HAdV2 were up to three times higher than those for dispersed HAdV2, indicating that aggregation reduced the disinfection rate. This information can be used by water utilities and regulators to guide decision making regarding disinfection of viruses in water.     

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.     

The Effect of Heat on the Physicochemical Properties of Bacteriophage MS2

The differences in physicochemical characteristics between infectious and non-infectious viral particles are poorly known. Even for heat, which is known as one of the most efficient treatments to inactivate enteric viruses, the global inactivation mechanisms have not been described yet. Such knowledge would help distinguish between both types of particles and therefore clarify the interpretation of the presence of viral genomes in food after heat treatment. In this study, we examined in particular the differences in electrostatic charge and hydrophobicity between the two particle types. MS2 phage, a common surrogate for enteric viruses, was used as a model virus. The heat-induced inactivation process of the infectious phages caused hydrophobic domains to be transiently exposed and their charge to become less negative. The particles also became progressively permeable to small molecules such as SYPRO Orange dye. The presence of non-infectious phage particles in which the genome was not accessible to RNases has been clearly demonstrated. These observations were done for MS2 phages exposed to a temperature of 60 °C. When exposed to a temperature higher than their critical temperature (72 °C), the particles were disrupted and the genome became available for RNases. At lower temperatures, 60 °C in this study, the transient expression of hydrophobic domains of remaining infectious phages appeared as an interesting parameter for improving their specific detection.     

再悬浮作用下长江河口沉积物中Hg的迁移与释放

利用PES(particle entrainment simulator)装置,实验测定了不同的扰动强度和时间对长江口沉积物结合Hg释放和再分布的影响.在再悬浮过程中,上覆水中HgD(溶解态Hg)和HgP(颗粒态Hg)随扰动强度和扰动时间发生变化,含量分别在34~268ng.L-1和25~195μg.kg-1之间,HgD和HgP含量相关性不显著.经一级扰动强度扰动近3 h后,上覆水中的Hg总体上存在释放,HgD含量从扰动前的179 ng.L-1增加到了268 ng.L-1,HgP含量仅有略微增加,从116μg.kg-1增加到了139μg.kg-1.经二级扰动强度扰动近3 h后,上覆水中HgD和HgP总体上减少了,而经三级扰动强度扰动近3 h后,上覆水中HgD又有略微增加,HgP含量也从89μg.kg-1增加到了162μg.kg-1.上覆水中Hg分配系数(lgKd)与水体的pH、Eh、DO、TSS均没有显著的相关性,而是受水体中各种物理、化学性质的综合影响.当扰动强度增大后,在再悬浮初期尤其前5 min之内,上覆水中悬浮颗粒含量迅速增加,Hg的lgKd也迅速增大,悬浮颗粒对溶解态Hg产生了强烈的吸附作用.之后随扰动时间的延长和悬浮颗粒含量的增加,Hg的lgKd值降低,由硫化物氧化释放的Hg被新近生成的铁锰水合氧化物等胶体物质结合.在较强动力条件下,随扰动时间延长,部分粗颗粒会发生沉降,"细颗粒浓缩效应"使上覆水中HgP含量增加.     

Impact of Sodium Chloride, Sucrose and Milk on Heat Stability of the Murine Norovirus and the MS2 Phage

Until now, little is known about the influence of food additives on heat inactivation of noroviruses. Only a few studies have shown a protective or inhibiting effect on virus infectivity caused by the food matrix. Therefore, the aim of this study was to examine the influence of sodium chloride, sucrose and milk on heat stability of the surrogates murine norovirus (MNV) and MS2 phage at 60 °C for 1–5 min in PBS for MNV and for 5–120 min in suspension medium buffer for MS2 phage. Different concentrations of sodium chloride (5, 10 %) and sucrose (5, 50 %) were added to the respective buffers. In addition, commercially available milk with different fat concentrations (0.3, 1.5, 3.5 %) was investigated in this study. In general, a linear titre reduction for MNV and MS2 phage could be observed, except for the heat treatment of MNV in PBS with 50 % sucrose. A protective effect of PBS with 50 % sucrose and of the matrix milk on MNV could be concluded. All other tested conditions did not show any influence on virus inactivation. However, MS2 phage did show a higher heat resistance throughout the experiments compared to MNV. In future investigations, it should be tested, whether the achieved data may be considered in risk assessments of heat-treated food products with high concentrations of sugar. Furthermore, it should be clarified, whether these results can also be referred to complex food matrices.