“藻华”引发病毒增殖的多相微界面过程与病毒灭活调控机制

Eutrophication induced by algae frequently occurs in lakes and reservoirs, causes a variety of water quality problems including pathogen growth, unacceptable taste, odor and color. In order to ensure human health and water safety, this proposal will be the first systematic study to focus on how pathogen mobility and inactivation would be influenced by surface interaction between pathogens, algae, algal organic matters (AOM) and natural organic matters (NOM) in drinking water treatment. Bacteriophage and cyanophage are selected as drinking water index virus. The surface interaction of different surface types (soft surface or hard surface) between viruses and algae or nano-particles will be investigated to clarify the influence of AOM, NOM and different ions on the migration and the deposition of virus on the hard and soft surface. The migration and inactivation of virus in aqueous medium conditions and behaviors in disinfection processing units (such as chlorine, ozone and UV etc) are studied. Based on the mechanism of hard and soft surface interaction, the inactivation of virus in disinfection process will realized through the releasing of virus from the interface. These results and the experimental techniques developed in this proposal will be applicable to explore the high-efficient technologies for inactivation of pathogen in the drinking water and protection of human health and water safety.

本项目针对富营养化水源“藻华”引发病毒增殖传播问题及其控制难题，采用石英晶体微天平（QCM）、动态光散射（DLS）和逆转录-聚合酶链反应（RT-PCR）等手段研究指示病毒（噬菌体和噬藻体）在典型有机或无机颗粒物（藻细胞、高岭土、纳米金属氧化物等）界面上的粘附、解吸与分配过程，明确天然有机物（NOM）、藻源有机物（AOM）、溶解态无机物等对病毒与颗粒物相互作用的影响效应，研究“藻华”爆发条件下病毒在藻细胞“软界面”的增殖动力学及生物化学机制，探索典型消毒工艺（氯、臭氧、紫外等）下病毒与藻细胞在非均相界面的灭活动力学过程、影响要素与强化方法，揭示多介质复合污染条件下藻细胞与病毒协同控制的多相微界面过程与调控原理，为富营养化水源病原微生物控制与水质安全保障提供基础性支撑。

病原体的控制一直是保障饮用水安全的核心问题之一。目前我国大部分的水厂均采用湖泊（水库）水作为饮用水源。由于氮磷等营养元素的排放，许多湖泊水库均出现了不同程度的富营养化，这些富营养化的水中不仅含有天然有机物、悬浮固体颗粒物和无机营养盐，还含有大量的藻细胞和藻源有机物。这些复杂的水质条件将影响病毒在天然水体中和消毒单元中的灭活。选用病毒MS2作为水中肠道病毒的指示病毒，高岭土和铜绿微囊藻分别作为无机颗粒物和有机颗粒物，研究不同颗粒物浓度、pH值、离子强度、天然有机物（NOM）等水质条件下无机（高岭土）、有机（铜绿微囊藻）颗粒物存在对病毒MS2存活、团聚、吸附的影响。揭示病毒与典型无机/有机颗粒物的界面相互作用过程。以DLVO和E-DLVO模型定量模型为基础，定量研究阴阳离子种类、浓度以及离子强度对指示病毒离子化程度、表面电位、双电层厚度、分散形式的影响；选择藻源有机物（AOM）和天然有机物（NOM）等，研究不同结构性质有机物对指示病毒在典型颗粒物（藻细胞、高岭土）表面的相迁移、沉积过程的影响效应；阐述多介质复合污染条件下指示病毒在典型颗粒物表面迁移、粘附的相转移动力学行为。研究代表性藻细胞经不同氧化途径导致其损伤、破裂所释放的胞内代谢物（IOM）种类和形态，揭示不同氧化剂及其活性物种、反应条件及微界面作用条件下藻细胞破裂、IOM释放与指示病毒灭活的动力学机制；考察藻细胞、有机质、无机颗粒物、阴阳离子共存的多介质复杂体系下典型消毒工艺（氯、臭氧、紫外、模拟太阳光等）灭活指示病毒效能，明确影响不同赋存形态指示病毒灭活的关键水质要素；以指示病毒与颗粒物表面的相互作用为依据，建立基于水质条件、界面特征、工艺模式等协同调控的藻与指示病毒定向灭活技术原理。