基于紫外高级消毒工艺灭活供水系统中致病性曲霉的效能及光复活控制

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饮用水中的真菌具有一定的致病性、致敏性和致毒性,对人体健康和环境产生了负面影响,在供水系统中均检出不同浓度的曲霉,因此其已成为人们研究的热点。目前已有多种控制水中真菌污染的消毒方法,其中紫外(UV)和紫外氯体系(UV/Cl2)已有广泛研究,而紫外/氯胺体系(UV/NH2Cl)的研究相对较少。UV/NH2Cl作为一种新兴的高级氧化工艺(AOPs)可以产生活性自由基,从而实现对于有机污染物的降解及部分致病细菌的消毒,但目前尚未见其对于真菌污染控制的研究。此外,真菌可以通过光复活的形式修复UV引起的损伤。本文以饮用水中常见的三种曲霉(黑曲霉Aspergillus niger、黄曲霉Aspergillus flavus、烟曲霉Aspergillus fumigatus)为研究对象,通过UV/NH2Cl体系的联合和顺序灭活进行了其灭活效能及机制的研究并就控制曲霉光复活的效果进行了研究。此外,与UV和UV/Cl2两种体系进行了相应对比,评估UV/NH2Cl体系的适用性。得到以下结论:(1)紫外剂量达到160 m J/cm~2时,单独UV(254 nm)可灭活三种曲霉3.50-log10以上,曲霉的紫外抗性为:黄曲霉>黑曲霉>烟曲霉。UV/NH2Cl(3.0 mg/L)可比单独UV(254 nm)更有效的灭活三种曲霉,其灭活值可达5.10-log10以上。UV/Cl2(3.0mg/L)对三种曲霉的灭活值可达3.50-log10以上,弱于UV/NH2Cl(3.0 mg/L)的灭活结果。两种联合灭活方式对于三种曲霉的灭活均无协同作用。NH2Cl-UV在三种顺序灭活方式(UV-NH2Cl、NH2Cl-UV、UV/NH2Cl-UV)中表现出最好的灭活效果,灭活值可达4.20-log10以上,高于UV/Cl2体系的顺序灭活方式(UV-Cl2、Cl2-UV、UV/Cl2-UV)的灭活结果。三种曲霉的灭活过程符合一级动力学Chick-watson模型。三种曲霉的灭活结果存在差异的原因主要是由于孢子尺寸、孢子色素以及孢子疏水性的差异。(2)单独UV(254 nm)灭活2-log10后的三种曲霉在UVA(365 nm)照射480min后出现不同程度的光复活,且光复活趋势呈现一致性,最大存活率为:黑曲霉>黄曲霉>烟曲霉,三种曲霉的光复活率表现出差异的主要原因是光解酶的数量和活性不同。UV/NH2Cl和UV/Cl2可比单独UV(254 nm)更有效的控制三种曲霉的光复活,最大可分别降低光复活率至1%以下和2%以下,NH2Cl和Cl2的添加可以不同程度的降低光复活后的最大存活率Sm和光复活速率常数k1。黑曲霉和烟曲霉经过480 min的光复活之后,UV/NH2Cl(2.0 mg/L)对两者的光复活控制效率分别为81.50%和81.62%,高于UV/Cl2(2.0 mg/L)的47.20%和81.38%。UV/Cl2(2.0 mg/L)对于黄曲霉的光复活控制效率为40.42%,高于UV/NH2Cl(2.0 mg/L)的27.39%。(3)单独UV(254 nm)会引起烟曲霉的膜受损孢子数增加75.80%,胞内高ROS水平增加24.25%,黑曲霉和黄曲霉的膜受损孢子数增加较少,黄曲霉的胞内高ROS水平增加了41.90%。相比单独UV(254 nm),UV/NH2Cl(2.0 mg/L)和UV/Cl2(2.0mg/L)可以明显提高三种曲霉的膜受损孢子数和胞内高ROS水平。单独UV(254nm)灭活后,烟曲霉的SEM图像出现了明显凹陷和褶皱。而UV/NH2Cl(2.0 mg/L)和UV/Cl2(2.0 mg/L)灭活后,三种曲霉都出现了变形和损伤,烟曲霉损伤最严重,黄曲霉和黑曲霉对不同灭活方式表现出的灭活抗性不同,损伤存在差异。UV/NH2Cl与UV/Cl2灭活三种曲霉的成本优劣与灭活值相关。
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