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水源水中隐孢子虫和贾第虫灭活方式及机理研究

冉治霖  
【摘要】:隐孢子虫(Cryptosporidium)和贾第虫(Giardia)(以下简称“两虫”)可感染人类和其它多种动物,引起发烧、腹痛等症状,对免疫力低下或缺乏的患者甚至导致死亡。“两虫”在水中的存活时间相当长,且对环境因素和传统氯灭菌剂具有较强的抗性,城市常规给水处理工艺很难完全去除“两虫”。我国水厂水处理工艺落后,大多只能对物理和微生物污染进行净化处理,因而具有爆发大规模水源性“两虫”感染的可能,严重威胁广大人民群众的身体健康、生命安全和社会和谐稳定发展。 目前我国对“两虫”的研究仅仅停留在检测方法评估,提高回收率等方面。因此,加大对水中“两虫”杀灭去除的研究已是迫在眉睫,必须尽快解决的大问题。本论文对荧光活性染色法和免疫嘧啶二聚体(TD)荧光检测法进行优化和改进,提高了活性检测的检出率和特异性,考察了水处理杀菌剂和工艺灭活水中“两虫”的效果及相关影响因素,利用扫描电镜(SEM)、蛋白质实验、脂质过氧化氢化反应、聚合酶链式反应(PCR)等技术,对“两虫”灭活机理进行了初步探讨,寻求高效、可行的防控水中“两虫”的方法和工艺,为保障我国城乡饮用水水质质量和居民健康提供强有力的技术支持。 针对水中“两虫”检测检出率低、无法准确评价“两虫”活性的问题,比较了EPA1623法、体外诱导脱囊、改良抗酸染色和荧光活性染色等方法,考察了“两虫”检出率、所用时间等因素,并对荧光活性染色工序进行改进,获得理想的精密度和准确度,证明其是“两虫”活性检测的可靠方法,为进一步研究的开展奠定了基础; 采用荧光活性染色法,通过对典型水处理杀菌剂灭活“两虫”效果及影响因素的考察发现:O_3对“两虫”的灭活能力强于ClO_2,而Cl_2的作用效果最差,达到理想灭活效果时,O_3投加量和作用时间分别为:3.0mg/L和7min;相关影响因素的研究表明,浊度和有机物是影响灭活的主要因素,浊度(有机物浓度)越低,灭活效果越佳,低温条件影响“两虫”的灭活,pH值对“两虫”灭活效果影响较小; O_3/H_2O_2协同技术具有最佳的灭活“两虫”效果,不仅降低了药剂的初始时浓度(O_3投量2.0mg/L),而且缩短了灭活时间(7.0min),达到理想的“两虫”灭活效果(灭活率99.0%以上)时,H_2O_2/O_3摩尔比为0.8;同时考察了水中常见离子对H_2O_2/O_3灭活效果的影响,低浓度的Ca~(2+),Mg~(2+)和Cu~(2+)等二价金属离子均对灭活起到一定促进作用,一价离子Na~+对灭活无明显的作用,而NO_3~-、HCO_3~-和Cl~-在一定范围内抑制了H_2O_2/O_3对“两虫”的灭活。光催化剂对“两虫”的灭活效果随着催化剂投量的增加,灭活率逐渐增强。当光催化剂为1.0mg/L时,隐孢子虫和贾第虫的灭活率分别为:69.5%和80.0%。随着剂量的增加,灭活率迅速提高,当光催化剂达到5.0mg/L时,隐孢子虫和贾第虫的灭活率分别为:99.8%和99.9%。 以紫外(UV)为代表,考察了物理工艺灭活“两虫”的情况,实验结果表明,UV照射功率越大,灭活能力越强,UV灭活“两虫”的最佳条件为:UV照射功率4.5mW/cm~2,照射剂量13.5mJ/cm~2;浊度和有机物浓度对UV灭活“两虫”影响较为明显,浊度(有机物浓度)提高,UV照射“两虫”后的灭活率相应降低;pH值和温度对UV灭活无明显的促进或抑制。对实际水源水灭活实验表明,UV灭活水中“两虫”具有较强的可行性和一定的应用价值。 以扫描电镜(SEM)、蛋白质实验、脂质过氧化氢化反应和聚合酶链式反应(PCR)等技术,探求各种水处理药剂和工艺处理水中“两虫”过程中的灭活机理,发现:Cl_2和ClO_2灭活“两虫”的机理主要是依靠氧化性和细胞膜穿透能力,致使“两虫”细胞变形,功能缺失,细胞膜通透性增加,从而引起失活或死亡;O_3灭活“两虫”不仅是自身较强的氧化能力,而且和羟基自由基作用密切相关;UV灭活机理在于细胞内核酸生成嘧啶二聚体,甚至引起核酸失活,致使细胞死亡;H_2O_2/O_3协同作用产生大量的羟基自由基对“两虫”的灭活作用最为显著,羟基自由基是最为有效的“两虫”灭活手段。


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