有机微污染对饮用水消毒工艺灭活病毒的影响及机理研究

我国饮用水源因污水排放量逐年上升而受到不同程度的污染，其中有机污染日益严重。饮用水生产过程中，虽然病原微生物中的原生动物和细菌经过过滤、消毒等工艺后得到了有效控制，但人们对于病原微生物中个体最小、致病性强的病毒的灭活缺乏足够的重视。其中，有机微污染影响下的病毒消毒工艺，有机物与病毒、消毒工艺三者之间的相互作用机制值得进行深入研究。本课题对有机微污染模拟水质与实际水质进行消毒试验，从病毒的形态及生理功能变化和消毒剂、有机物的化学变化两个角度出发，探索氯、氯胺、二氧化氯、臭氧及UV等消毒方法及组合工艺在有机物影响下，灭活病毒的微观机理，即观察病毒在不同分子量、不同性质及来源的有机物干扰下，消毒前后的形态变化、损伤部位及损伤程度，研究消毒剂的反应中间产物、衰减规律及反应动力学，以及消毒效果的变化情况，并在此基础上改进现有消毒方法，为建立在微污染水质下有效灭活病毒的消毒工艺提供理论基础和技术支持。

因污水排放量的逐年上升，我国饮用水水源受到不同程度的有机污染，病原微生物含量增高。在饮用水生产过程中，现有消毒手段对病毒的灭活效果尚不明确。而有机污染可能会对各消毒手段灭活病毒产生一定影响。研究有机微污染对饮用水消毒工艺灭活病毒的影响及机理，对建立在微污染水质下有效灭活病毒的消毒工艺具有重要意义。.本研究首先调研了不同水源、不同处理工艺的水厂水质情况，发现各水厂原水水质均受不同程度的有机物污染。选取典型水厂对水中有机物的特性进行分析，发现在处理过程中，有机物总量平均去除67.8%，生物源有机污染物的总量下降，有机物的分子量分布随处理进程逐渐向小分子量区域（400 Da以下）集中。有机污染物的种类发生一定变化，消毒副产物生成与有机物有一定相关性。对实际水的富集测定结果表明，实际微污染原水中存在103~104 pfu/100L的MS2，存在受肠道病毒污染的风险；生物预处理工艺使病毒效价存在上升的可能。.其次，以大肠杆菌噬菌体MS2为肠道病毒指示物，研究不同消毒手段对其灭活效果。研究发现，紫外、臭氧、游离氯和二氧化氯工艺均可有效灭活病毒，灭活4logMS2需要的平均紫外剂量或Ct值分别为49.3 mJ/cm2、0.32 min•mg/L、0.8 min•mg/L和26.4 min•mg/L。氯胺工艺无法有效灭活MS2。.在此基础上，研究不同种类有机物对不同消毒手段灭活病毒指示物MS2的影响情况。对紫外工艺，腐殖酸、组氨酸的存在导致灭活过程减慢，海藻酸钠、苯丙氨酸的存在加快紫外灭活MS2的速率。有机物对游离氯工艺的灭活具有一定减慢作用，但影响相对较小；对臭氧工艺则影响较大，需要提升臭氧浓度来达到灭活要求。机理研究中，发现海藻酸钠对紫外灭活病毒产生促进作用，主要是因为灭活过程中产生了单线氧和OH自由基；由于有机物消耗了消毒剂，导致臭氧和游离氯的灭活病毒效率减慢。.最后研究了实际水质和实际水处理工艺下病毒的灭活情况。在滤后水中游离氯灭活4 log MS2需要的Ct值为434 min•mg/L，原水中游离氯投加量为5 mg/L反应2 h仍无法将病毒灭活达标。而对臭氧工艺，在滤后水中需将投加浓度由去离子水的0.25 mg/L提高到1mg/L才能达到灭活要求。在连续性试验中，单独臭氧和单独氯消毒均能获得较好的灭活效果，因此在组合工艺中两者的浓度均可大大降低。