【摘 要】
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城市污水厂出水及其再生水排向地表后向地下渗滤储存的过程中,病原微生物如何迁移扩散,是倍受关注的水安全问题。隐孢子虫是水环境中常见的人畜共患寄生虫,通过接触或饮用等途径传播,较低剂量就能导致人或动物感染、引发隐孢子虫病。目前对污水处理过程中不同工艺单元隐孢子虫的去除情况关注较少,结合东北寒区地域条件,低温回灌体系下隐孢子虫迁移行为有何特点、其污染扩散的风险尚不明确。基于以上问题,本文以水中常见的指示
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城市污水厂出水及其再生水排向地表后向地下渗滤储存的过程中,病原微生物如何迁移扩散,是倍受关注的水安全问题。隐孢子虫是水环境中常见的人畜共患寄生虫,通过接触或饮用等途径传播,较低剂量就能导致人或动物感染、引发隐孢子虫病。目前对污水处理过程中不同工艺单元隐孢子虫的去除情况关注较少,结合东北寒区地域条件,低温回灌体系下隐孢子虫迁移行为有何特点、其污染扩散的风险尚不明确。基于以上问题,本文以水中常见的指示性病原微生物——大肠杆菌为参照,开展了不同条件下大肠杆菌及隐孢子虫随流迁移机制研究,主要研究结果如下:(1)调查分析长春市三个污水处理厂各工艺单元对隐孢子虫的去除效率及其虫种/基因型分布。结果表明三个污水处理厂的隐孢子虫的总去除率分别为84.65%、88.70%、84.01%。污水处理工艺中改良二次沉淀单元对卵囊的去除效果最好,平均去除率为62.01%,其次是活性污泥(10.81%)、一级处理(7.76%)和消毒(3.67%),就总体去除率来,夏季高出冬季42.31%。最终全年出水中残余卵囊平均浓度达3.97个/L,且冬季(4.27个/L)高于夏季2.22个/L;共鉴定出10种隐孢子虫虫种,其中牛源隐孢子虫的占比接近90%。(2)研究不同温度、不同离子强度对大肠杆菌迁移行为的影响。结果表明:特定温度条件下,离子强度由1 m M增加至100 m M时,细菌随流迁移能力降低24.62%~45.68%、截留沉积量增加1.99~2.33倍;在特定离子强度条件下,温度由5℃升到25℃时,大肠杆菌与介质表面的沉积加剧,其粘附系数由0.018 min-1~0.091 min-1增加至0.050 min-1~0.208 min-1。分析其原因,低温下细菌代谢分泌的表面蛋白种类及数量发生改变,胞外聚合物由72.29μg/mg增加至119.83μg/mg;表面电负性减弱55.48%~85.68%;疏水性降低72.53%~81.58%;最终其与介质颗粒间的碰撞效率降低,静电斥力、范德华引力和路易斯酸碱作用力等综合界面作用能的二级能阱值减小,不利于细菌粘附,进而细菌截留量降低,有较高的迁移扩散风险。(3)研究不同温度、不同离子强度对隐孢子虫迁移行为的影响,特定温度条件下,离子强度由1 m M增加到100 m M,隐孢子虫表面电负性降低56.09%~69.01%;水动力学直径增加7.2%~11.12%;碰撞效率增加1.71%~7.32%,离子强度提升时,双电层压缩静电斥力减小、范德华引力为主要作用力,卵囊更易沉积到介质颗粒表面,截留量升高28.63%~54.20%。特定离子强度下,随着温度由5℃提升到25℃,胞外聚合物、表面电负性、疏水性呈现与大肠杆菌类似的低温减弱规律(下降2.8%~90.23%),最终呈现出低温诱导下的易化迁移效应。与典型指示性生物大肠杆菌相比,相同条件下,隐孢子虫碰撞效率低25.41%~31.57%,粘附系数低5.8%,穿透率低1.4%~15.67%。在随流迁移过程中,呈现出更高的移动能力,具有更高的扩散风险。
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