粪肠球菌在活性炭内沉积与运移行为的调控与机理

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近年来随着社会的不断发展以及生活水平的提高,人们对饮用水水质要求不断提高。活性炭做为最常用的吸附剂,其来源广、成本低,被世界各国用于饮用水的深度处理。畜禽粪便、医院污水、居民生活废水、化粪池污水以及垃圾场中存在大量的病原致病微生物,这些污水污物的随意排放以及被雨水冲刷后随着地表径流流动,导致了许多地表水水源受到污染,从而给饮用水安全带来了极大的潜在威胁,危害了人们的身体健康。本文以水环境中常见的污染致病菌——粪肠球菌作为研究目标,设计柱实验研究各种物理、化学以及生物等因素对其运移的影响,从而为保障饮用水水质安全、保证人们的身体健康起到重要的作用。以颗粒活性炭作为柱实验的填充介质,模拟活性炭滤池水环境,研究不同颗粒活性炭粒径对粪肠球菌运移的影响。结果表明选用粒径为1.0-2.0mm(中值粒径为1.5mm)最为合适。然后研究了不同水流流速、离子强度与离子种类、活性炭形状以及生物膜对粪肠球菌运移的影响。本文研究结果如下:(1)当选用中值粒径为0.8mm的颗粒活性炭作为填充介质时,粪肠球菌在柱实验中的迁移出现了表面封阻(blocking)现象,且其穿透曲线的平台值随着活性炭粒径的增加而增大。由于介质粒径的增加,其比表面积相对减小,能够提供的吸附点位减少。同时,由于细菌胶体的应变形力随着介质粒径的增大而减小,从而粪肠球菌的沉积量不断减小。(2)水流流速的不断增加使得粪肠球菌的流失率不断增大,即粪肠球菌的穿透曲线的出流比随着水流流速增加而增加。当水流流速不断提高时,沉积于颗粒活性炭表面的粪肠球菌胶体所受到的剪切力不断变大,使得细菌胶体易随水流流出,减少沉积量。根据胶体过滤理论可知,当单收集器收集效率不发生变化时,在较高水流流速下,细菌胶体与介质颗粒的碰撞次数变少,细菌胶体的粘附效率减小。(3)增大背景溶液的离子强度以及注入Ca2+均能够增加粪肠球菌在颗粒活性炭中的沉积。离子强度能够影响细菌胶体的双电层,当离子强度不断增加时,细菌胶体的双电层厚度减小,减弱了细菌与细菌、细菌与介质颗粒之间的斥力,使得细菌更容易沉积于颗粒活性炭内。在相同离子强度的背景溶液中,二价Ca2+对细菌胶体的阻滞作用要强于一价Na+,因而粪肠球菌在背景溶液为CaCl2溶液中的沉积量更大。(4)粪肠球菌在柱状活性炭内的运移能力大于颗粒活性炭。主要原因是因为柱状活性炭的比表面积小,从而其提供给粪肠球菌的吸附空间也减少,因而粪肠球菌在柱状活性炭中放入沉积量较少,穿透曲线也就较高。(5)粪肠球菌在生物颗粒活性炭柱中的沉积效果比颗粒活性炭柱更好。生物膜表面主要由EPS组成,胞外聚合物EPS与粪肠球菌之间的相互作用以及EPS的表面特性增强了粪肠球菌在生物颗粒活性炭内的沉积。所用生物颗粒活性炭用粪肠球菌制备,使得粪肠球菌更容易被自身产生的EPS所吸附。
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