城市供水系统的细菌内毒素污染释放、风险分析与控制机理研究

Endotoxin contamination in drinking water may cause potential risk by blood，respiration and gastrointestinal exposure. The current situation of no investigation on this area make it necessary to explore the endotoxin contamination in civil water supply system. Based on our previous research, field survey, lab experiment, and animal experiment of endotoxin will be conducted to study the release and control of endotoxin contamination in water. Field survey will be implemented in urban water sources, top water, water treatment process, advanced treatment process, biological treatment combining endotoxin and other water quality detection by molecular biology technique and chemical analysis technique. Lab experiment about treatment processes in water treatment plants, advanced water treatment processes, and biological treatment processes will be conducted to analyze the mechanism and propose effective control measures for endotoxin contamination. The animal experiment of endotoxin in water by respiration and gastrointestinal exposure will be proformed to privide the basic data for health hazard of endotoxin in drinking water. The research aim at providing scientific basis and data for the release and control of endotoxin contamination. The results will rich the microbes safe research of drinking water and contribute to drinking water and health research.

本研究充分认识饮用水内毒素污染通过血液、呼吸和胃肠暴露对机体产生的潜在风险，针对我国尚未开展饮用水内毒素研究的现状，提出了我国城市供水系统的细菌内毒素污染研究这一崭新的科研课题。基于前期基础，本研究采用现代测试分析仪器和分子生物学技术，将内毒素检测与其他水质指标的检测相结合，对我国城市水源、管网末梢水、水厂常规处理工艺、深度处理工艺和典型给水生物处理工艺中内毒素释放与控制进行现场实地调查。搭建实验室小型模拟实验系统，对水厂常规处理工艺、深度处理工艺、典型生物处理方法中内毒素污染的释放与控制进行实验室研究，分析机制，提出有效的内毒素污染控制措施。此外，从毒理学角度开展饮用水内毒素的呼吸暴露和肠胃暴露的动物实验，为饮用水内毒素污染对健康的危害提供基础数据。本研究丰富了饮用水微生物安全研究，旨在为饮用水内毒素污染的释放与控制提供科学依据和数据支持，促进饮用水与健康方面的研究。

基于动态浊度法和动态显色法两种鲎试验方法，建立饮用水内毒素活性定量检测方法。针对水消毒试验中残留消毒剂对鲎试验的干扰，研究常见中和剂对内毒素活性检测的影响，结果表明0.5%以内的Na2S2O3对鲎试验干扰最小。分析内毒素在水中存在形态、颗粒物特征和分子量分布，结果表明内毒素标准品在超纯水中主要以聚集态存在，高于99%的内毒素分子量大于100K Da，自备井水中结合态内毒素比例高达91.50%，内毒素污染严重的自备井水源中主要以结合态内毒素存在。调查室内游泳池水有机污染和内毒素污染，结果表明游泳池水总内毒素活性为7.6~48.8 EU/mL，大多以游离态内毒素存在，占总内毒素的45~98%。根据国外相关文献和标准，评估游泳池水和气溶胶内毒素带来的风险较小。与氯消毒相比，采用臭氧消毒游泳池水的DOM污染和内毒素污染较轻。分析自备井水源内毒素与颗粒物、微生物学和溶解性有机物水质参数的相关性，结果表明自备井水源总内毒素活性为0.15~13.20 EU/mL。总内毒素与细菌总数-流式细胞术法（r = 0.88）和HPC（r = 0.79）相关性高。搭建水处理模拟系统，研究多种水处理工艺中内毒素释放和控制：（1）氯消毒、氯胺消毒和单独低压紫外线对内毒素基本没有去除效果。（2）新型磁性离子交换（MIEX）树脂对水中内毒素有控制效果。对于内毒素模拟水溶液，1 mL/L MIEX树脂处理15min，内毒素活性由2.9 mL/L降为0.06 mL/L, 去除率为97.9%，处理30 min内毒素活性低于检测限（0.012 EU/mL）。对于自来水中内毒素，分别投加1 mL/L和15 mL/L MIEX树脂，处理60 min，去除率分别为16%和86%。水中pH和二价阴离子浓度影响内毒素的去除。（3）低温等离子体对水中内毒素具有去除效果，内毒素模拟水溶液处理8 min后内毒素活性降低76%。（4）低压紫外线/H2O2联用能有效去除水中内毒素，20 mJ/cm2剂量下投加1.6 mM H2O2，内毒素活性从62.6 EU/ ml降至10.6 EU/ml。所优选的内毒素控制工艺及其组合可用于城市供水、医疗用水（包括透析用水、注射用水）和游泳池水处理工艺中控制水中内毒素活性，具有明显的应用前景和社会价值。