净水工艺过程中微生物风险评估与控制技术研究

发布时间：2020-07-15 19:23

【摘要】：微生物安全问题直接影响人体健康,保障供水系统微生物安全性是饮用水处理的首要任务。本课题通过对我国南方某市净水工艺过程中微生物安全性进行评价,掌握该地区净水工艺过程中微生物安全现状,明确高风险微生物—耐氯菌名录,对耐氯菌的生长特性、控制技术、耐氯机理进行了研究。首先,运用高通量测序技术对常规处理工艺、臭氧-生物活性炭(O_3-BAC)深度处理工艺及生物活性炭-超滤(BAC-UF)组合工艺过程中各单元出水、砂滤池滤砂和生物活性炭上的微生物多样性、丰度、群落组成进行分析,同时对各单元出水的细菌总数和异养菌总数(HPC)进行测定,结果表明,3个水厂的出厂水中细菌总数及HPC均达到国家标准和美国环境保护署(EPA)标准,并且3种工艺在一定程度上都能降低原水中微生物的多样性及丰度,其中生物活性炭-超滤(BAC-UF)组合工艺的效果最佳,臭氧-生物活性炭(O_3-BAC)深度处理工艺次之,常规处理工艺效果最差;具体而言,各工艺中的臭氧、超滤及消毒单元能大幅消减水体中的微生物,而生物活性炭池则易造成微生物泄露,是水处理过程中微生物爆发的主要风险来源,此外,变形菌门、放线菌门、蓝细菌门、厚壁菌门、浮霉菌门是水处理过程中的优势菌门;从出厂水检测出了大量的鞘氨醇单胞菌属、芽孢杆菌属、分支杆菌属、假单胞菌属、不动杆菌属等“耐氯菌”,其中分支杆菌属、不动杆菌属是条件致病菌,鞘氨醇单胞菌属和假单胞菌属易引起管网腐蚀,需引起足够的重视。然后研究了温度、pH、水质、余氯4种环境因素对3株耐氯菌生长的影响,结果表明,3株耐氯菌在温度25℃~35℃、pH 6~8、原水水质条件下都能快速繁殖;而在沉后水及滤后水中细菌数量虽有所减少,但远未达到消失的地步,此外,净水厂中次氯酸钠、氯胺和二氧化氯等3种常用的含氯消毒剂在规定浓度范围内对2株芽孢杆菌的灭活都达不到3个对数级,其中芽孢比营养体具有更强的耐氯性,4 mg/L的余游离氯对梭形芽孢杆菌芽孢的灭活率仅为1.3个对数级,梭形芽孢杆菌的耐氯性最强。最后,使用紫外、臭氧消毒技术对梭形芽孢杆菌进行消毒灭活研究,结果表明,臭氧在2 mg/L下处理12 min、紫外剂量在120 mJ/cm~2以上条件下,均能将梭形芽孢杆菌芽孢灭活3个以上的对数级。此外,本课题还分析了臭氧和紫外对梭形芽孢杆菌的灭活机理,其中臭氧直接破坏细胞整体结构,导致胞内物质流出从而杀死细菌,而紫外则能穿透细胞膜和细胞质,直接作用于核酸,导致DNA无法复制从而达到灭菌的目的。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU991.2
【图文】：

水厂工艺,采样点

炭滤后水标记为样品DBACFS、超滤膜后水标记为样品DUFS、出厂水标记为样品DFWS、生物活性炭标记为样品 DBACS。图2-1 各水厂工艺及采样点Fig 2-1 Each waterworks process and sampling point2.2.2 微生物常规指标分析方法三个水厂各单元出水均进行细菌总数及异养菌总数（HPC）的测定，其中细菌总数的测定方法：将 1mL 水样放入营养琼脂培养基中 37 ℃，培养 48h 后所生长的菌落数，异养菌总数（HPC）的测定方法：1mL 的水样在 R2A 琼脂培养基中 28 ℃，培养 7d 后所生长的菌落数。

关系曲线,余氯,实验流程

溶液）终止，测试残余菌体及芽孢数量以及消毒剂余量。图2-2 余氯实验流程图Fig 2-2 Flow chart of residual chlorine experiment2.3.6 紫外控制技术实验方案当微生物被照射时，紫外线可透入微生物体内作用于核酸、原浆蛋白与酶，使其发生化学变化而造成微生物死亡。据研究，紫外线使 DNA 上相邻的胸腺嘧啶键合成双体，致 DNA 失去转录能力，病原微生物死亡。课题采用的平行紫外光束仪（见图 2-3，图 2-4）来测定 UV 剂量与微生物灭活率关系曲线，该光束仪使用的是低压紫外灯 C 波紫外消毒剂名称与水接触时间出厂水中的限值出厂水中的余量氯气及游离氯剂（游离氯，mg/L）至少 30 min 4 ≥0.3一氯胺（总氯

曲线,紫外光,内部结构,臭氧

放入培养箱，28℃培养至少 7d 后观察菌落，并计数，最后绘制出紫外线剂量—灭活曲线。图2-3 平行紫外光束仪内部结构图2-4 平行紫外光束仪外形Fig 2-3 The internal structure of the CBD Fig 2-4 The shape of the CBD2.3.7 臭氧控制技术实验方案2.3.7.1臭氧的制备与测定实验所用臭氧由 HD-15 臭氧发生器制备而得，其浓度用哈希 PCII 型臭氧水质分析仪进行测定，货号为 58700-04，根据说明书进行参数设置并购买对应的臭氧试剂包（货号 25170-25）进行实时检测。实际水体检测时，需要在 60 s 内完成检测。单位为 mg/L以 O3计。

【参考文献】