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三种含氯消毒剂灭活饮用水中病毒的效果及其表现动力学研究

作　者: 张云
导　师: 刘燕
学　校: 复旦大学
专　业: 环境工程
关键词: 饮用水安全病毒灭活游离氯氯胺二氧化氯微污染水表观消毒动力学
分类号: R123.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

病原微生物的控制是保障饮用水卫生安全的一个重要方面,在多种病原微生物中,病毒个体小、致病性强,长期以来因病毒爆发而引发的饮用水卫生事件在国内外时有报道,因此应该引起我们足够的重视。然而,目前只有少数发达国家对饮用水中病毒的处理程度有明确的规定,而我国2006年颁布实施的新版《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中仍未列入病毒指标。此外,目前国内针对病毒灭活的研究多数限于卫生消毒、医学消毒等领域,对实际水处理中的消毒工艺的指导作用非常有限,因此针对病毒的饮用水消毒工艺的相关研究亟待开展。本研究以筛选和建立在微污染水质条件下有效控制病毒的饮用水消毒技术、揭示含氯消毒剂灭活病毒的表观消毒动力学规律为目标,以MS2大肠杆菌噬菌体作为水中肠道病毒的指示物,系统比较了不同投加量下游离氯、氯胺和二氧化氯三种含氯消毒剂对饮用水中病毒的灭活效果及表观动力学,同时还研究了实际水厂的滤后水及原水等两种类型的微污染水对消毒效果及灭活病毒规律的影响。对游离氯灭活MS2噬菌体的研究结果表明,在去离子水中初始投加量≤0.5mg/L时,病毒效价下降3 log后则不再降低,投加量≥1.0 mg/L时可在1 min内将病毒灭活至低于检测限,且随投加量增加将病毒完全灭活所需的时间变短,消毒达到美国环保署(USEPA)标准(即病毒灭活4 log,灭活率99.99%)的Ct值(剩余消毒剂剂量C与接触时间t的乘积,单位是mg·L-1·min)为3.80 mg·L-1·min。微污染水对游离氯灭活MS2噬菌体的效果产生重大影响,达标所需Ct值按去离子水、水厂滤后水及原水的顺序依次增大。游离氯在水中的的衰减基本符合一级动力学,但在微污染水质条件下与有机物或氨氮反应后,总余氯的衰减偏离一级动力学,且衰减速率大大降低。当游离氯的投加浓度相对于消毒需要量及杂质消耗量充足时,其存活曲线(或称灭活曲线)为直线型,可以由反映一级灭活规律的Chick或Chick-Watson模型进行描述；当初始投加量相对不足时,其存活曲线为折线型或初凹型,其灭活病毒的规律偏离一级反应,只能用Hom模型或Selleck模型拟合。对氯胺灭活MS2噬菌体的研究结果表明,在去离子水中按照目前常规余氯量2 mg/L投加时,病毒的效价不降低。初始投加量达到10 mg/L才有较显著的灭活效果,投加10 mg/L和20 mg/L、接触1h后病毒效价分别降低0.5 log和1.5log,均未达到USEPA的标准。投加量为30 mg/L时能够在初始5 min内将病毒灭活至低于检测限,但这是剩余游离氯作用的结果。微污染水对氯胺灭活MS2噬菌体有一定的影响,但没有明显的规律性。氯胺在不同类型的水中的衰减规律偏离一级反应动力学,水质微污染的情况越严重,偏离的程度越大。氯胺的衰减速率常数比游离氯小一个数量级,说明衰减速度远远小于游离氯。氯胺灭活MS2的存活曲线多数为折线型或初凹型,只能由Hom模型或Selleck模型描述。对二氧化氯灭活MS2噬菌体的研究结果表明,在去离子水中初始投加量为0.1 mg/L时,病毒效价下降1 log后则不再降低,投加量≥0.175 mg/L时病毒效价在一定时间内持续下降,下降速率随投加量增加而增大,投加大于1.0 mg/L时可在1 min内将病毒灭活至低于检测限,消毒达标所需Ct值为26.4 mg·L-1·min。微污染水对二氧化氯灭活MS2的效果也能产生显著影响,在水滤后水和原水消毒达标Ct值分别为54.2 mg·L-1·min和65.0 mg·L-1·min。此外,微污染水对二氧化氯灭活MS2的速率也产生影响,在微污染水中反应初期的速率比去离子水中大。二氧化氯在水中的衰减基本符合一级反应动力学,其灭活病毒的动力学规律与游离氯相似。对实际水厂各工艺段出水中病毒的检测结果表明,分别从甲河和乙河取水的A、B两水厂原水中均检测出103～104PFU/100L(PFU, Plaque Forming Unit,空斑形成单位)的MS2噬菌体和ΦX174噬菌体,具有肠道病毒等人体致病性病毒存在的可能。生物预处理会使病毒浓度稍微升高,混凝沉淀和生物活性炭工艺能处理98%以上的病毒。两水厂的消毒工艺出水及出厂水中均未检测到两种噬菌体。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-12
英文缩写词对照表  12-14
第1章绪论  14-31
  1.1 饮用水中病毒类微生物的健康风险  14-15
  1.2 各国饮用水标准中对病毒的要求  15-17
  1.3 以噬菌体作为致病性病毒指示物的研究进展  17-18
  1.4 饮用水消毒工艺灭活病毒的研究进展  18-27
    1.4.1 国内普遍采用的饮用水消毒工艺  18-20
    1.4.2 不同消毒方法对病毒的灭活效果研究  20-21
    1.4.3 各消毒工艺的影响因素  21-25
    1.4.4 消毒动力学研究进展  25-27
  1.5 微污染原水及我国地表水源概况  27-29
  1.6 研究目的和内容  29-31
    1.6.1 研究目的和意义  29-30
    1.6.2 研究内容  30
    1.6.3 课题来源  30-31
第2章试验实施方案和方法  31-37
  2.1 研究技术路线  31
  2.2 试验实施方案  31-34
    2.2.1 消毒试验方案及装置  31-32
    2.2.2 富集实际水厂各处理单元出水中病毒的方案及装置  32-34
    2.2.3 实验水质概况  34
  2.3 监测指标与分析方法  34-36
    2.3.1 病毒指示物概况及增殖培养  34-35
    2.3.2 病毒效价的测定方法  35
    2.3.3 其它检测指标及分析方法  35-36
  2.4 统计分析方法  36-37
第3章游离氯对饮用水中病毒的灭活效果及其表观动力学  37-56
  3.1 游离氯对去离子水中病毒的灭活效果及其表观动力学  37-43
    3.1.1 游离氯对去离子水中病毒的灭活效果  37-39
    3.1.2 去离子水消毒过程中游离氯的衰减模型拟合  39-41
    3.1.3 游离氯灭活去离子水中病毒的表观动力学  41-43
  3.2 游离氯对滤后水中病毒的灭活效果及其表观动力学  43-47
    3.2.1 游离氯对滤后水中病毒的灭活效果  43-45
    3.2.2 滤后水消毒过程中游离氯的衰减模型拟合  45-46
    3.2.3 游离氯灭活滤后水中病毒的表观动力学  46-47
  3.3 游离氯对原水中病毒的灭活效果及其表观动力学  47-51
    3.3.1 游离氯对原水中病毒的灭活效果  47-49
    3.3.2 原水消毒过程中游离氯的衰减模型拟合  49-50
    3.3.3 游离氯灭活原水中病毒的表观动力学  50-51
  3.4 不同类型的水对游离氯灭活病毒效果及其表观动力学的影响  51-54
    3.4.1 不同类型的水对游离氯灭活病毒效果的影响  51-52
    3.4.2 不同类型的水对游离氯灭活病毒动力学的影响  52-54
  3.5 本章小结  54-56
第4章氯胺对饮用水中病毒的灭活效果及其表观动力学  56-71
  4.1 氯胺对去离子水中病毒的灭活效果及其表观动力学  56-59
    4.1.1 氯胺对去离子水中病毒的灭活效果  56-57
    4.1.2 去离子水消毒过程中氯胺的衰减模型拟合  57-58
    4.1.3 氯胺灭活去离子水中病毒的表观动力学  58-59
  4.2 氯胺对滤后水中病毒的灭活效果及其表观动力学  59-63
    4.2.1 氯胺对滤后水中病毒的灭活效果  59-61
    4.2.2 滤后水消毒过程中氯胺的衰减模型拟合  61-62
    4.2.3 氯胺灭活滤后水中病毒的表观动力学  62-63
  4.3 氯胺对原水中病毒的灭活效果及其表观动力学  63-66
    4.3.1 氯胺对原水中病毒的灭活效果  63-64
    4.3.2 原水消毒过程中氯胺衰减模型拟合  64-65
    4.3.3 氯胺灭活原水中病毒的表观动力学  65-66
  4.4 不同类型的水对氯胺灭活病毒效果及其表观动力学的影响  66-69
    4.4.1 不同类型的水对氯胺灭活病毒效果的影响  66-67
    4.4.2 不同类型的水对氯胺灭活病毒动力学的影响  67-69
  4.5 本章小结  69-71
第5章二氧化氯对饮用水中病毒的灭活效果及表观动力学  71-84
  5.1 二氧化氯对去离子水中病毒的灭活效果及其表观动力学  71-74
    5.1.1 二氧化氯对去离子水中噬菌体的灭活效果  71-73
    5.1.2 二氧化氯灭活去离子水中病毒的表观动力学  73-74
  5.2 二氧化氯对滤后水中病毒的灭活效果及其表观动力学  74-77
    5.2.1 二氧化氯对滤后水中病毒的灭活效果  74-76
    5.2.2 二氧化氯灭活滤后水中病毒的表观动力学  76-77
  5.3 二氧化氯对原水中病毒的灭活效果及其表观动力学  77-80
    5.3.1 二氧化氯对原水中病毒的灭活效果  77-79
    5.3.2 二氧化氯灭活原水中病毒的表观动力学  79-80
  5.4 不同类型的水对二氧化氯灭活病毒效果及其表观动力学的影响  80-82
    5.4.1 不同类型的水对二氧化氯灭活病毒效果的影响  80-82
    5.4.2 不同类型的水对二氧化氯灭活病毒动力学的影响  82
  5.5 本章小结  82-84
第6章三种含氯消毒剂灭活饮用水中病毒的比较  84-92
  6.1 三种含氯消毒剂灭活病毒的比较  84-88
    6.1.1 灭活效果  84-86
    6.1.2 表观动力学  86-88
  6.2 氯和氯胺在实际饮用水处理过程中对病毒的灭活效果  88-90
  6.3 本章小结  90-92
第7章结论与建议  92-94
  7.1 结论  92-93
  7.2 建议  93-94
参考文献  94-104
附录:作者在攻读硕士学位期间所发表的论文  104-105
致谢  105-106

三种含氯消毒剂灭活饮用水中病毒的效果及其表现动力学研究

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