残留消毒剂对多孔介质中病原体的影响探究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Mafei19881016
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在新型冠状病毒疫情期间,为了控制病毒扩散,消毒剂被大规模、大剂量地使用,造成大量消毒剂残留于环境中,而残留消毒剂的有效成分会随降雨径流作用渗入地下水中,可能会对地下水环境具有潜在的风险,地下水作为病原体的重要栖息环境和传播途径,消毒剂长期的残留在地下水中,可能会导致病原体对消毒剂的耐受性增强,目前针对残留消毒剂入渗多孔介质过程中对病原体的影响尚不清楚,本次研究拟采用静态实验和砂柱实验,利用粒径测量、Zeta电位测试、拉曼共聚焦显微镜等手段,主要研究残留消毒剂入渗多孔介质过程中对病原体产生的影响,从影响效应、机理过程两个方面开展研究,模拟降雨径流作用下,残留消毒剂对多孔介质中病原体的存活及其迁移能力的影响,为突发公共卫生事件中消毒剂的使用、管理及认知提供科学支撑,也为病原体入侵地下水的风险和防控措施提供相关认识。本论文得出的主要结论如下:1、残留消毒剂对病原体的存活影响不同残留消毒剂剂量和暴露时间会对病原体呈现出不同的灭活效果,残留消毒剂剂量在0-6.5 mg/L时,剂量越高,灭活速率更高,病原体存活率越低,相同残留消毒剂剂量下延长暴露时间也会降低病原体的存活率,但随着消毒剂残留剂量的增加,暴露时间对病原体灭活的影响会逐渐减小。残留剂量同等条件下(0-6.5 mg/L时),次氯酸钠消毒剂的灭活速率及灭活率显著高于过氧乙酸消毒剂,两种消毒剂作用方式均为靠其强氧化能力灭活病原体,但过氧乙酸消毒剂由于易分解,不稳定,所以在低剂量时,灭活效果更容易受到外界因素影响而被削弱。C-3000大肠杆菌和铜绿假单胞菌在相同条件下的消毒过程中,两者被灭活速率及存活率基本相同,但有时铜绿假单胞菌的存活率会高于C-3000大肠杆菌,推测是由于两种病原体在残留消毒剂低剂量时(≤0.5mg/L)的灭活过程中,由于此时消毒剂灭活效率较低,两种病原体自身抵抗消毒剂的方式存在差别,导致存活率的不同。2、残留消毒剂对病原体在多孔介质中迁移能力的影响残留消毒剂入渗多孔介质过程中会导致病原体灭活,消毒剂残留剂量越高,病原体流出存活率越低,但结合静态实验结果发现在多孔介质环境中,消毒剂的灭活效果被大大削弱,并且随着消毒剂剂量变低,灭活效果被削弱得更强。残留消毒剂对病原体迁移能力存在抑制作用,会导致病原体穿透曲线出现峰值的时间延长,在消毒剂胁迫下,有利于促进病原体的附着行为,且主要为可逆吸附,使得在淋滤过程中存活于砂柱中的病原体能够解吸流出。残留消毒剂对病原体的迁移能力的影响也与病原体自身的性质相关,由于铜绿假单胞菌比C-3000大肠杆菌迁移能力更强,沉积量小,导致与消毒剂反应时间也会减少,使得铜绿假单胞菌在动态实验中第一阶段流出存活率比C-3000大肠杆菌更大。3、天然有机物对残留消毒剂影响病原体的削减作用地下水环境中的有机物质是影响残留消毒剂-病原体相互作用的关键因素。本次研究以腐殖酸为典型有机组分代表,研究结果显示在消毒剂胁迫下,腐殖酸对残留消毒剂影响病原体的削减作用机制主要分为三个方面:(1)腐殖酸和消毒剂可以直接发生反应,从而消耗消毒剂,导致消毒剂本身的杀菌性能下降或消耗殆尽;(2)在动态实验过程中,腐殖酸对消毒剂的扩散存在物理限制,由于病原体表面带负电荷,次氯酸根也带负电荷,导致相互排斥,到达病原体表面较为困难,进入细菌内部则更难,腐殖酸的存在更加阻碍了两者的接触,限制消毒剂接触病原体;(3)在水相环境中,腐殖酸的存在,可以作为水相中病原体的载体提供附着点位,增强病原体的聚集能力进而提高其抵抗消毒剂的能力,在多孔介质中迁移时,病原体及吸附在腐殖酸表面的病原体,由于消毒剂的影响容易聚集及沉积,嵌入多孔介质的粗糙表面可以保持对消毒剂的屏蔽,使其不易受到消毒剂的灭活作用。在次氯酸钠消毒剂剂量为2mg/L以下时,腐殖酸对C-3000大肠杆菌存在显著的保护效果。但当消毒剂剂量更高时,环境中的影响因子作用变弱,腐殖酸对病原体的保护效果不明显。
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