水源水中隐孢子虫和贾第虫灭活方式及机理研究

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：O3对“两虫”的灭活能力强于ClO2，而Cl2的作用效果最差，达到理想灭活效果时，O3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；
　　O3/H2O2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（O3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，H2O2/O3摩尔比为0.8；同时考察了水中常见离子对H2O2/O3灭活效果的影响，低浓度的Ca2+，Mg2+和Cu2+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NO3-、HCO3-和Cl-在一定范围内抑制了 H2O2/O3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/cm2，照射剂量13.5mJ/cm2；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：Cl2和ClO2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；O3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；H2O2/O3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。

目录

水源水中隐孢子虫和贾第虫灭活方式及机理研究

水源水中隐孢子虫和贾第虫灭活方式及机理研究

RESEARCH ON THE INACTIVATION METHODS AND MECHANISM OF CRYPTOSPORIDIUM AND GIARDIA IN SOURCE WATER

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 水资源状况

1.2 水中的隐孢子虫和贾第虫

1.3 水中隐孢子虫和贾第虫国内外研究现状

1.4 课题研究的意义与目的

1.5 本文的主要研究内容

第2章 实验材料与分析方法

2.1 实验材料

2.2 实验分析方法

第3章 “两虫”检测方法改进

3.1 引言

3.2 抗酸染色

3.3 饱和蔗糖悬浮观察

3.4 荧光活性染色法

3.5 几种检测方法的比较

3.6 本章小结

第4章 典型水处理杀菌剂灭活“两虫”及影响因素

4.1 引言

4.2 氯气灭活隐孢子虫和贾第虫

4.3二氧化氯灭活隐孢子虫和贾第虫效果

4.4臭氧灭活隐孢子虫和贾第虫效果

4.5 典型水处理杀菌剂灭活水源水中隐孢子虫和贾第虫

4.6本章小结

第5章 O3/H2O2和UV/TiO2灭活“两虫”及影响因素

5.1 引言

5.2 臭氧/过氧化氢协同灭活隐孢子虫、贾第虫

5.3 光催化法灭活隐孢子虫和贾第虫

5.4 O3/H2O2和UV/TiO2灭活水源水中隐孢子虫和贾第虫

5.5 本章小结

第6章 UV灭活“两虫”及影响因素

6.1 引言

6.2免疫TD（嘧啶二聚体）荧光检测法

6.3 UV灭活隐孢子虫、贾第虫

6.4 UV灭活自然水体中隐孢子虫和贾第虫

6.5 本章小结

第7章 “两虫”灭活机理初探

7.1 引言

7.2 水处理杀菌剂破坏细胞表面及细胞内组件情况

7.3 各种水处理药剂作用对“两虫”细胞蛋白的改变情况

7.4 细胞膜的损伤及凋亡

7.5 核酸破坏情况

7.6 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢

个人简历

学位论文出版授权书