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污水中病毒浓集、消毒规律及灭活机理研究

赵祖国  
【摘要】: 许多病毒性传染疾病都可以通过水或污水传播,严重威胁着人类的健康,污水中的病毒学安全已经引起广泛的关注。目前尚无十分有效的方法直接对污水中的较低浓度的病毒进行浓集和检测;对污水中病毒的消毒规律,尤其是病毒灭活机理的研究十分有限,而且结论不一,甚至相反。因此,本课题的目的是建立一种浓集污污水中病毒的有效方法;研究氯和二氧化氯灭活污水中微生物的规律,寻找用于评价污水消毒的指示微生物;并在核酸和蛋白质功能的水平阐明氯和二氧化氯灭活病毒的机理,以更好地指导污水消毒,确保污水的病毒学安全。 首先在本实验室已有的载阳电荷滤材的基础上,以f2噬菌体和脊髓灰质炎病毒(poliovirus,PV)作为指示病毒,通过采用向污水中投加聚氯化铝、并改变污水的温度和酸碱度等措施,使病毒浓集效果达到最优化。我们确定了病毒浓集的最佳条件:调节污水至pH6.5左右,向污水中加入聚氯化铝至30mg/L,在20-30℃的工作温度下,我们的方法可以使污水中的病毒回收率达到在80%以上,将我们的方法应用于大体积的城市污水中的病毒浓集,也取得了较好的效果。 在不同的色度、浊度、温度、pH值、消毒剂浓度和氨氮值下进行消毒,结果发现,二氧化氯对污水的消毒效果优于氯;污水的色度、COD和浊度可降低氯和二氧化氯的效果;氨氮降低氯的消毒效果,但对二氧化氯的消毒效果无明显影响;提高温度有利于增强二者的消毒效果;pH值降低有利于氯的消毒;pH值升高有利于二氧化氯的消毒。消毒效果随着消毒剂浓度增加而增强;微生物对氯和二氧化氯的抵抗力强弱顺序为:PVf2噬菌体粪肠球菌沙门氏菌产气荚膜梭菌繁殖体大肠杆菌,因此,我们建议将f2作为污水中的指示病毒、粪肠球菌作为指示细菌。 以poliovirus type I sabin LS/2ab(PV1)作为研究对象,将不同剂量的氯(0.1、0.5、1.0、1.5和2.0mg/L)和二氧化氯(0.1、0.2、0.4、0.8和1.2mg/L)作用不同的时间(氯:0、10、15、25、30、40、45、55和60min,二氧化氯:0、1、2、4、8、和12min)进行组合,以尽可能获得刚好被灭活的PV1。用细胞培养、ELISA、PCR、核酸杂交、构建基因工程病毒和细胞培养-ELISA(combined cell culture-ELISA,CCC-ELISA)等方法来研究这两种消毒剂的消毒机理。首先,我们发现氯和二氧化氯都是通过破坏PV基因组非编码区(noncoding region,NCR)而灭活病毒,病毒最初的灭活与抗原性的破坏无关;氯优先破坏PV1的poly A尾和3’-NCR,随后是病毒的5’-NCR,二氧化氯则直接通过破坏5’-NCR而灭活病毒;两种消毒剂对PV1核酸不同的区域具的损伤有一定的选择性;研究结果表明,氯对PV1基因组的损伤主要位于60-80、234-274、300-317和483-501nt区域内,二氧化氯造成的损伤主要位于124-143、300-317、334-350和581-599nt区域内;氯对3’-NCR的损伤位于7405-7423区域内;我们成功地构建了基因组不同区域受损的多种PV1基因组模型,其中基因组5’-NCR受损的病毒基因组模型不具有感染性,而poly A尾和(或)3’-NCR受损的病毒则仍能感染性细胞;氯和二氧化氯灭活的、具有抗原性的PV1仍具有粘附并进入细胞的能力;氯灭活的PV衣壳仍具有脱衣壳的功能,但二氧化氯灭活的病毒却丧失了该功能。 综上所述,我们得出了如下结论: 1.建立并完善了污水中病毒的浓集方法,可以使大体积(20L)污水水样中的病毒回收率达到80%以上。 2.二氧化氯对污水的消毒效果优于氯;氯和二氧化氯的消毒效果受多种水质条件的影响;建议用粪肠球菌作为指示细菌、f2噬菌体作为指示病毒来评价污水的消毒效果。 3.氯和二氧化氯主要通过破坏病毒核酸灭活PV;对PV的致死性损伤都位于基因组的5’-NCR内,但二者在损伤基因组具体位点上存在差别。 4.氯和二氧化氯可损伤PV1衣壳的而致其丧失侵入细胞的能力;与二氧化氯不同,氯灭活的病毒仍然具有脱衣壳的功能。


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