紫外线对给水管网中典型耐氯菌灭活特性和机理
饮用水管网中微生物安全性对公共健康安全至关重要。含氯消毒剂因其杀菌效果好、成本低廉等优势被广泛应用于全世界范围内的供水系统中。然而含氯消毒剂与水中有机物会反应形成消毒副产物（Disinfectionby-products，DBPs）以及存在对氯消毒剂具有较高耐受性的耐氯菌（Chlorine-resistantbacteria，CRB）等问题对含氯消毒剂使用造成巨大的挑战。尤其是新冠疫情爆发以来，大量的含氯消毒剂被用于水/废水和物体表面消毒，残留消毒剂流入水环境加剧了耐氯菌的筛选和强化。此外，对耐氯菌有着较强灭活效果的传统紫外灯由于含有毒金属汞，其应用将会受到限制，且基于新材料的新型环保型紫外光源对耐氯菌的控制效果未知等。本文通过16SrRNA高通量测序、ATP测试、流式细胞术和定量聚合酶链式反应（Quantitativepolymerasechainreaction，qPCR）等技术，开展了大型饮用水管网微生物群落的研究，探究了不同紫外波段对筛选出管网优势致病耐氯菌的灭活特性，分析了不同紫外光源（波段）对耐氯菌的灭活机理，提出了饮用水耐氯菌的控制策略。 通过对饮用水管网微生物群落研究，发现饮用水管网细菌组成和多样性随季节变化而变化，管网优势菌属鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas）和Phreatobacter均是耐氯菌，并且在不同季节中均检出假单胞菌（Pseudomonas）、分枝杆菌（Mycobacterium）、不动杆菌（Acinetobacter）和军团菌（Legionella）等潜在耐氯条件致病菌。基于微生物群落结构和生态网络关系等结果，发现采用不同消毒方式的配水系统微生物群落存在差异，尤其是紫外联合氯消毒方式相较于单独氯消毒对微生物有着明显的控制效果。 研究了传统低压紫外（Lowpressuremercuryultraviolet，LPUV）和中压紫外（Mediumpressuremercuryultraviolet，MPUV）、新兴紫外发光二极管（Ultravioletlight-emittingdiode，UV-LEDs265nm，285nm）和氯化氪222nm准分子灯等不同紫外波段对管网中致病耐氯菌的灭活特性。结果表明5种紫外波段对典型耐氯菌均具有较高的灭活效果，在较低的剂量内（10~15mJ/cm2）5种菌灭活率均达到3-4log。基于耐氯菌灭活率和灭活速率常数表明5种光源的灭活效果排序依次为：265nm＞LPUV≈MPUV≈222nm＞285nm。 5种紫外光源灭活耐氯菌主要机制为破坏微生物DNA和造成微生物细胞膜损伤，以前者为主。其中：265nm和LPUV主要攻击微生物DNA；222nm通过“氧化应激”制造细胞膜损伤；MPUV可造成DNA和细胞膜同步损伤；285nm只能造成少量的DNA损伤。 低压紫外和新兴UV-LED265nm、222nm准分子灯对耐氯菌具有较高的灭活效果，但UV-LED265nm设计灵活，除饮用水厂消毒处理外可用于管网消毒以及二次供水消毒，222nm对人体无害、表现出和传统紫外不同的作用机理——细胞膜损伤等，此外新兴紫外灯不含有毒物质是环境友好型材料，因此在消毒领域具有更大的潜力。
污水处理;耐氯菌;紫外消毒;紫外发光二极管;222nm准分子灯;活性氧
北京化工大学
硕士
环境科学与工程
王晓慧
2022
中文
X703
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）