超声灭活水中隐孢子虫影响因素及机制(2014年)资源-CSDN文库

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第 2 7 卷第 4 期

2 0 1 4 年 4 月

环境科学研究

Research of Environmental Sciences

Vol. 27 ,N o.4

Apr. ,2014

李绍峰，冉治霖，胡健龙，等

超声灭活水中隐孢子虫影响因素及机制（

J).

环境科学研究

，2014 ,27!4" :434

六

40.

LI Shaofeng, RAN Zhilin, HU Jianlong,

et al.

Influence factors and mechanism of ultrasonic inactivating

Crypto sporidium

in water ( J) . Research of

Environmental Sciences ,2014 ,27 (4 " $434-440.

超声灭活水中隐孢子虫影响因素及机制

李绍峰1 ，冉治霖2 ，胡健龙1

3 ，张朝升3

深圳职业技术学院, 深圳市工业节水及城市污水资源化技术重点试验室，广东深圳

518055

深圳信息职业技术学院交通与环境学院，广东深圳

518172

广州大学土木工程学院，广东广州

510006

摘要：采用超声灭活隐孢子虫卵嚢，超声频率为

19.8 kHz

，功率为

151 W

，温度控制在

（20 ±1 )°C

，探讨了浊度、

腐殖酸）及无

机离子质量浓度对超声灭活隐孢子虫的影响，并通过扫描电镜观察及动力学分析探究了超声灭活隐孢子虫的机制

结果表明：

在浊度为。〜

21.46 N T U

范围内，隐孢子虫的灭活率先升后降，浊度为

1. 13 N T U

时灭活率最高，为

94.7%

;隐孢子虫灭活率随

腐殖酸）的增加而降低，当

腐殖酸）为

50.0 mg/L

时灭活率降至

78.4%. Cu

、

和3042

对灭活率影响较小，当p(

Cu2+)

为

0.5 mg/L

时，隐孢子虫灭活率(

93. 2% )

比未添加

2+时增加了

0 . %

;p(

32。增加，隐孢子虫灭活率下降，当p(

32。为

150 mg/L

时灭活率降至

82. 5% .

扫描电镜形态学观察表明，超声可破坏隐孢子虫细胞结构；动力学分析表明，自由基氧化作用对

灭活率的贡献为

15.

，说明超声灭活隐孢子虫的主要机制为空化作用产生的机械剪切作用

关键词：超声；隐孢子虫；影响因素；灭活机理

中图分类号：

X703. 1

文章编号

：1001 -6929 (2014) 04 -0434 -07

文献标志码

：A D OI

：

10. 13198/issn. 1001-6929.2014.04. 13

Influence Factors and Mechanism of Ultrasonic Inactivating Cryptosporidium in Water

LI Shao-feng1，R A N Zhi-lin2，H U Jian-long1,3，Z H A N G Chao-sheng

1. Shenzhen K e y Lab of Industrial Water Saving & Municipal Sewage Reclamation Technology，

Shenzhen Polytechnic Institute，

Shenzhen

51 8 05 5 ，China

2. Department of Transportation and Environment，

Shenzhen Institute of Information Technology，

Shenzhen 51 81 72 ，

China

3. School of Civil Engineering，

Guangzhou University，

Guangzhou 5 10 0 06，

China

Abstract

：

The effects of turbidity，organic substance and inorganic ions on inactivation of Cryptossoridium with the ultrasonic frequency of

19. 8 k H z ，power of 151 W and temperature of ( 20 ± 1 ) °C were investigated. Additionally，the mechanism of ultrasonic inactivation of

Cryptosporidium was investigated by scanning the electron microscopy and dynamic analysis. The results indicated that the inactivation rate

increased at first and then decreased in the range of 0-21. 46 NT U . During this process，

the highest inactivation rate was 94. 7 % ，

when

the turbidity was 1. 13 N T U ; the inactivation rate increased with the increase of the concentration of humic acid; the inactivation rate

reduced to 78. 4 % when the concentration of humic acid was 50. 0 mg/L. The effects of Cu2 + ，

M n 2 + and S O 42 on the inactivation was

negligible，since the inactivation rate merely heighten 0 . 7 % compared C u 2 + concentration of 0.5 and 0 mg/L; The inactivation rate

dropped with the increase of C O 32 concentration. It reduced to 8 2 . 5 % when C O 32 concentration was 150 mg/L. Moreover， the

morphological observation by scanning electron microscopy showed that ultrasound was able to damage the cell structure of

Cryptosporidium. It was suggested that the mechanical shear action produced by cavitation was the main mechanism of inactivating the

species via ultrasound due to the free radical oxidation，which contributed to inactivation was 15. 6 % through kinetic constants analysis.

Key words

：

ultrasonic ；

Crypto sporidium ；

effect factors ；

inactivating mechanism

收稿日期

：2013 -08 -06

修订日期

：2013 -12-05

基金项目：广东省科技计划项目（

2011B030800018

);深圳市科技计划

项目（

JCYJ20120617141700417

);广东省自然科学基金项

目

(S2012040007855)

作者筒介：李绍峰

（1972 -)

，男，湖南邵东人，教授，博士，主要从事水

污染控制及污水资源化技术研究，

lshaofeng@ szpt. edu. cn.

水中致病性原生动物对环境安全危害极大，其感

染性极?虽，能够通过各种途径（如食物和饮水）感染

人和动物，从而引发各种疾病，严重的甚至导致死

亡[1]. 隐孢子虫是一种典型的致病性原生动物，人畜

被其感染后容易诱发反胃、腹泻及痉挛等不良症状，

第4 期

李绍峰等:超声灭活水中隐孢子虫影响因素及机制

435

老人、儿童和免疫力低下者是主要的感染人群

(2]

• 隐

孢子虫外壁有一层很厚的卵囊，对传统的加氯消毒有

很强的抗性 (3

]，而加大消毒剂用量又会导致水中致

癌副产物增加

(

]

，严重危害人体健康

•

研究

(

]

显示，

超声波对水体中的原生动物有很好的杀灭效果，而且

没有致癌

产物生成，超声技术在消毒领域有很广泛

的应用前景

•

在超声辐射下，液体中的微小气泡由振荡、生长、

收缩到最后崩溃破灭，称为超声空化作用 •超声的空

化作用会引起水体一系列物理化学变化，空化泡崩溃

时其周围会产生速率为 100

m/s

、具有强烈冲击力的

微射流，形成的机械搅动能够破坏微生物的细胞

壁 (6

]

，同时还伴随大量

. O H 、H O O •

及

•自由基产

生 (7

]，因此超声技术被广泛运用于病原微生物的灭

活研究

[5’8_9]

• 目前国内在该领域的研究主要针对细

菌和大肠菌群等，而鲜见应用于水中隐孢子虫灭活的

报道 [10-11

] •

国外超声灭活隐孢子虫的研究 [12-14]对声

场条彳如频率和功率等）进行了探讨，但并未对水

质条件的影响进行研究，而且对超声的灭活的机制

(

如空化作用或自由基的作用）认识尚不够深入，导

致与其他灭活方法耦合联用时稍显盲目，往往达不到

预期效果

•

该研究探讨了浊度、p ( 腐殖质）及常见无机离子

(Cu

、

M n

、

和

C O

32-)对超声灭活隐孢子虫

的影响；利用

S E M (

扫描电镜）技术对超声灭活隐孢

子虫进行形态学观察，通过投加自由基抑制剂（叔丁

醇）获得自由基间接氧化和超声物理直接灭活的动

力学常数，进行超声灭活隐孢子虫卵囊的机理机制研

究，以期为评估超声技术灭活隐孢子虫实际应用的可

行性进行知识积累

1 材料与方法

1. 1 试验装置与试验方法

试验装置如图 1 所示 •该装置购于中国科学院

声学研究所东海研究站，型号为

TF 24 60A

，可选频率

为

、

40 、60 k Hz

，功率

0 〜（150 ±2) W

可调，容器直

径

c m

，高

cm.

反应容器置于水浴槽中，控制温度（20

±1

)°C

，

容器中加入隐孢子虫样

50 m L

，其浓度为

3 X 10

m L

1，

调节

p H

为

7.0 ±0.2

，超声频率

19.

k H z

，超声功率

151 W

，反应时间

15 min

，每隔

1 m i n

取样

1 m L

进行

检测

•

1. 2 试验材料

隐孢子虫（!ypto sso ri diu m

) 收集于患病的鸡粪

一超声反应器；2—进水口

；

3—

超声传感器；

一反应容器；

5—

水浴槽；6—出水口

•

图1

超声反应装置示意

Fig. 1 Experiment apparatus of ultrosonic

便

•

经过离心筛选，得到浓度为

3.0 X 1 0

m L

-1的隐

孢子虫溶液

•

在

4°C

下保存于

2.5

% 重铬酸钾悬浮溶

液中

• DA PI (4

，6

二脒基

-2-

苯基

口引哚）、

(普匹碘

胺）、

Han ks

平衡盐溶液均购于

Sigma( U SA)

•福尔马

肼浑浊度标准物质购于海岸鸿蒙标准物质技术有限

公司（北京），标准值

400 NTU. H A (

腐殖酸）、叔丁醇

溶液

试

1 . 3 分析方法

隐孢子虫活性检测采用荧光染色法

[15] •

取

1mL

虫

活

于

、

10 000 r/min

心

5 min

，用

Han ks

平衡溶液漂洗

次；弃掉上清液，加

DA PI

、

使用液各

20 ) L ，37 °C

下避光温浴

1 h

，再用

Hanks

平

衡

溶

液

次

，

染

上

色

的

DAPI

与

PI.

涂片后在荧光显微镜（

B X - 5 1

，

O L Y M P U S

，

Japan)

D A P I

可以透过细胞膜与

D N A

结合

，450 n m

紫

外光激发呈天蓝色荧光，

P I

无法透过细胞膜只有在

细胞死后才能进入细胞内与核酸结合

，630 n m

绿色

激发光下呈亮红色荧光，

D A P I

与

P I

联合运用可以判

断隐孢子虫的活性

[16] •

灭活率的计算方法：

灭活率

= (A//t) x

1 0 0

式中，

为

显色的卵囊数，

，为

D A P I

与

P I

显色总

卵囊数

•

采用扫描电镜（

S4700

，

HI TA C HI

，

Japan

)进行形

态学研究

采用

2 . 5 %

戊二醛固定样品，分别用

5 0 %

、

7 5 %

、

9 0 %

、

1 0 0 %

乙醇进行多次脱水，再分别用

1 乙醇与醋酸异戊酯溶液和纯醋酸异戊酯置换，置

换后的样品用针头赵〖出，置于叠好的称量纸中，放入

干燥器中干燥 12

h•

最后用离子溅射镀膜仪喷金

•

1 . 4 动力学参数的计算

Jyoti

等

[

]

建立了超声灭活的动力学公式

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