城市污水及再生水中典型病毒的赋存及分布特性研究

发布时间：2020-09-07 13:03

　　污水中存在的病毒类型众多,不同病毒甚至同一病毒不同型别间的致病性及抵抗力均有所差别,由此所产生的健康风险也不同。而再生水以污水作为原水,当其处理不充分或存储不当时,也会增加人体的暴露风险。但是目前并没有统一的标准对水中的病毒性污染进行评价,因此,更全面的了解污水及再生水中病毒的赋存及分布特性对控制预防病毒性污染、保障水质安全及降低人类健康风险都具有十分重要的现实意义。基于核酸检测的PCR方法及其衍生技术具有检测周期短、灵敏度高、特异性强等优点,已在环境病毒学研究中得到广泛应用。本研究应用这些先进方法进行病毒检测,以快速分析样品中病毒的来源、分布及变化规律。本论文是国家自然科学基金重大国际合作项目的部分研究内容,以水质卫生安全保障为出发点,以揭示污水与再生水中的病毒性污染为目标,选取肠道病毒(包含手足口病病毒)、肠胃炎病毒等作为水中典型病毒,建立了适用于城市污水水样检测的病毒浓缩方法、肠道病毒PCR-DGGE检测方法及用于分析典型肠胃炎病毒与手足口病主要病毒分布特征的分子生物学检测方法;将建立的方法用于实际污水和再生水的检测,证明了方法的适用性;针对污水处理和再生过程,分析了水中典型病毒的赋存、分布及变化情况;通过肠道病毒示踪剂实验研究了不同处理过程中病毒核酸及感染性的变化。论文的主要工作和成果如下:(1)以建立适用于城市污水水样的病毒浓缩方法为目的,进行了三种病毒浓缩方法的比较和分析。研究不同水样对病毒回收率的影响,结果表明PEG浓缩法对悬浮颗粒较多的污水处理厂原污水及二级处理水中的病毒具有较高的回收率;而膜吸附洗脱法则对低浊度的湖水中的病毒具有较好的回收效果,同时需要与PEG浓缩法连用进行病毒二次回收以提高检测灵敏度;Si O2吸附法对各种水样的病毒回收效果均较差。(2)以研究典型病毒在水中的赋存和分布为目的,建立了适用于水中肠道病毒的PCR-DGGE检测法及典型肠胃炎病毒的(半)巢式PCR检测法。运用建立的方法对污水处理和回用系统进行考察,结果表明,利用扩增位点位于肠道病毒5’UTR中部的通用引物A和变性剂梯度范围为10%~40%的10%聚丙烯酰胺凝胶进行PCR-DGGE检测,能有效分离不同型别的肠道病毒。结合肠道病毒与典型肠胃炎病毒的检测,结果表明:污水中病毒的来源广泛,病毒强度在生化反应阶段有一定程度降低,在后续膜生物反应器(MBR)中能得到大幅度去除,最终通过氯消毒得到彻底灭活。但再生水进入人工湖后又有病毒检出,表明其受到一定的面源污染。肠胃炎病毒的检出易受时间、地域及感染人群等因素影响,而肠道病毒的检出频度高,型别相对稳定,其中PV1稳定存在于消毒以外的各个处理单元中。因此,肠道病毒更适合作为病毒性污染的指示物。(3)以肠道病毒中可能引发手足口病的EV71、CVA16及CVA10三种病毒为切入点,建立了相应的PCR检测方法,考察了城市污水中手足口病病毒的出现情况、构成及其与肠道病毒、常规污染指标的关系。以RNA 5’UTR至VP2区核酸序列为扩增点位设计通用引物,并优化PCR反应条件,建立了手足口病病毒的半巢式PCR检测方法。对污水处理厂进水和出水进行监测,结果表明:三种手足口病病毒在4~7月份检出率较高,与手足口病频发的季节相一致;CVA10是采样期污水中主要存在的手足口病病原体。手足口病病毒的检出与肠道病毒的关联性不强,但与进水常规水质指标,尤其是SS显著正相关。(4)以考察污水处理不同阶段中病毒核酸及感染性的变化为目的,进行了肠道病毒示踪剂实验。结果表明:病毒核酸与感染性的变化规律有一定差异;无机颗粒可导致病毒核酸及感染性的降低,最大降低率约为0.8~0.9-log;活性污泥导致病毒感染性的降低率(~1.7-log)大于核酸的降低率(~1.2-log),说明污泥中微生物作用会导致病毒活性降低;膜过滤对病毒的去除作用受膜孔径影响明显,对一定孔径的膜而言,病毒感染性的去除率与核酸的去除率基本相当;次氯酸钠与紫外线消毒对病毒的去除取决于Ct值,一定Ct值的条件下,感染性的丧失略慢于核酸的破坏;在自然条件下,病毒更易在低温下存活,且病毒感染性的降低略低于核酸。
【学位单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：X703
【部分图文】：

原污水,检出,湖水,样本数

.8 肠胃炎病毒检出样本数月分布图（A）原污水-FS；（B）A2O 出水-AO；（C）湖水-LWFig 3.8 Monthly variation of occurrence of gastroenteritis viruses(A) raw sewage (FS) (B) A2O effluent (AO) (C) lake water (LW)对于不同采样时间而言，如图 3.8 所示，可以看出 4~6 月份病毒阳性率相对较表明这一段时间典型肠胃炎病毒在系统中较为流行。典型肠胃炎病毒的流行与年份、气候、地理环境、易感染人等都有密切的联系，而本研究中污水处统主要接纳学校污水，故学生在校期间，可能感染人群相对增多，病毒检出较高。但是若要准确识别肠胃炎病毒在本地区的流行季节，仍需后续进行定测分析。对于不同肠胃炎病毒而言，其检出率各不相同。其中，HuNoV 的检出频率最为 52.1%（50/96）；HRV 次之，为 32.3%（31/96）；HuSaV 的检出率略低于V，为 31.1%（30/96）；HAstV 的检出率最低，为 15.6%（15/96）。这与先前西区病毒性肠胃炎流行病原学调查结果相似[152]。在以往的肠胃炎病毒监测研究

病毒,月变化,出水,情况

有针对性的对某一特定致病类别的肠道病毒进行检测，尤其是对其分析检测的报道还并不多见。认为，污水处理过程中格栅等物理方法对病毒的影响甚微，故本研出水表征原污水（进水），二沉池出水表征二级处理水（出水）。通的 HFMD 病毒半巢式 PCR 方法对细格栅出水及二沉池出水进行为期测，结果表明：83.8%（25/30）的细格栅出水样品及 36.7%（11/30水样品显示为 HFMD 病毒阳性。由此可推测该地区 HFMD 病毒长期水中，甚至是二级出水中。如图 4.7 所示，表明了采样期间样品阳性况。对于细格栅出水而言，在 2010 年 12 月，2011 年 3、4、5、6 毒阳性率均为 100%（3/3），而在其余检测月份，阳性率为 66.7%（2池出水，在 2010 年 11 月，2011 年 5、6、7 月，HFMD 病毒阳性率为 6在 2010 年 12 月与 2011 年 3、8 月，HFMD 病毒阳性率为 33.4%（1/均未检出 HFMD 病毒。细格栅出水二沉池出水

原污水,二级处理,占比,格栅

西安建筑科技大学博士学位论文020406080100CVA 10 CVA16 EV71HFMD 病毒性率阳%()细格栅出水二沉池出水图 4.8 HFMD 病毒在细格栅出及二沉池出水中的阳性率Fig 4.8 Positive rate for HFMD pathogens in raw sewage and treated wastewater（A）细格栅出水

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