紫外及紫外联合灭活地下水供水系统中真菌效能及机理研究

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饮用水水质与人们的生活质量和身体健康密切相关,近年来,水中的致病微生物受到了极大关注。研究表明真菌大量爆发会造成严重的饮用水供水安全问题,其中,部分真菌可能造成嗅味、浊度、肉眼可见颗粒物超标等问题,一些还会产生真菌毒素,造成过敏性肺炎、哮喘、皮肤感染等严重的健康问题。目前全世界也仅有瑞典对饮用水中真菌污染作了相关规定,标准要求低于100CFU/100mL。  论文主要讨论了紫外、基于紫外的高级氧化工艺(UV-PMS/PS/H2O2),以及组合工艺(UV-Cl2)对木霉属、青霉属、枝顶孢属和枝孢属这四种真菌种属的灭活效能。此外,还研究了实际地下水水质对灭活的影响,水质参数(浊度、碱度、氨氮、DOC、Fe2+、Mn2+)对灭活真菌孢子的影响,以及不同的PMS浓度对消毒的影响。另外,对UV-C l2顺序灭活真菌孢子的差异性进行了研究。最后,对真菌孢子灭活的机理进行了讨论,比较了灭活过程中DNA、蛋白质以及三磷酸腺苷(ATP)的变化,同时对灭活前后真菌孢子的形态进行了对比。研究结果表明:  (1)四种真菌孢子对紫外线辐照的抗性为:枝孢属>青霉属>枝顶孢属>木霉属,灭活动力学符合Chick-watson模型。紫外灭活真菌孢子远比灭活细菌困难,其原因归结为三点:第一,细胞结构不同;第二,细胞壁成份不同;第三,真菌孢子尺寸远大于细菌。  UV-PMS/PS/H2O2高级氧化工艺对真菌孢子灭活具有强化作用,灭活效果为:UV/PMS>UV/PS>UV/H2O2。UV/C l2灭活效果:C l2-UV顺序消毒>UV-Cl2顺序消毒>UV/C l2同时消毒>UV、C l2单独消毒。当水源水中木霉属、青霉属较多时,选用Cl2-UV顺序消毒工艺,枝孢属较多时,UV-Cl2顺序消毒工艺效果则更好。  (2)真菌孢子灭活率随着PMS浓度增大而增加,在水力停留时间短的情况下,选用高剂量的氧化剂(紫外剂量40mJ/cm2,PMS浓度0.3mmol/L)可在短时间内迅速杀灭真菌。水质参数中,DO C、铁、锰离子对灭活效果影响较大。木霉属、枝顶孢属、青霉属的灭活均受到地下水水质较大影响,UV/PMS在地下水中灭活效果受到的影响比单独紫外小。  (3)单独紫外灭活真菌孢子过程上清液中DNA、蛋白质含量较低且稳定。单独氯或UV/PMS灭活时,孢子上清液中DNA及蛋白质含量随时间增加而增大。DN A、蛋白质增加量为:枝孢属>青霉属>枝顶孢属>木霉属,其含量与真菌孢子大小成正相关。四种真菌孢子悬液中灭活前后的总ATP浓度变化不大。单独紫外消毒对胞内ATP的释放影响较小,而单独氯或UV/PMS消毒时,胞外ATP含量随着时间增加而增大,胞内ATP释放量与孢子大小、破坏程度成正相关。存在有活性但不能培养的孢子(VBNC),即处于休眠状态。  灭活前的真菌孢子,表面光滑,形态饱满。紫外单独灭活后,孢子皱缩,脱水。单独氯或UV/PMS后,细胞形态几乎完全被破坏,其中有些细胞极度凹陷,表面粗糙,甚至残缺,且有明显的细胞内容物泄漏。
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