二级出水内毒素活性及紫外线消毒对其的影响

二级出水内毒素活性及紫外线消毒对其的影响

第27卷第7期

2011年4月中国给水排水CHINAWATER＆WASTEWATERVol．27No．7Apr．2011二级出水内毒素活性及紫外线消毒对其的影响

黄11，2璜，胡洪营，杨11扬，吴乾元

（1．清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京100084；

2．清华大学深圳研究生院，广东深圳518055）

——内毒素是一种炎症因子，革兰氏阴性菌的细胞壁成分—会对污水再生利用造成安

并考察紫外线消毒全风险。利用鲎试剂终点显色法检测城市污水处理厂二级出水的内毒素活性，摘

对二级出水与大肠杆菌中内毒素活性的影响。结果表明，在二级出水中可检出内毒素，其活性水平

3处于10EU/mL的数量级。游离态内毒素活性占总内毒素活性的52%～92%，说明二级出水中的

内毒素主要以游离态形式存在。经紫外线消毒后内毒素活性并未发生显著变化，说明采用剂量＜150mJ/cm2的紫外线消毒无法有效去除内毒素。

关键词：内毒素；紫外线消毒；二级出水

中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1000－4602（2011）07－0033－04要：

EndotoxinActivityofSecondaryEffluentandInfluenceofUVDisinfection

onIt

2HUANGHuang1，HUHong-ying1，，YANGYang1，WUQian-yuan1

（1．StateKeyJointLaboratoryofEnvironmentSimulationandPollutionControl，Schoolof

Environment，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China；2．GraduateSchoolatShenzhen，

TsinghuaUniversity，Shenzhen518055，China）

Abstract：EndotoxinsarecomponentsincellwallsofGram-negativebacteria，andareconsidered

asriskfactorsforwastewaterreusebecauseoftheirinflammatorycapacity．ThechromogenicLimulusa-mebocytelysate（LAL）endpointassaykitswereusedtoanalyzetheendotoxinactivityofsecondaryefflu-entfromWWTP，andtheinfluenceofUVdisinfectiononendotoxinactivityinsecondaryeffluentandE．coliwasinvestigated．Theresultsshowthatendotoxinactivityofabout103EU/mLcanbedetectedinsec-ondaryeffluent．Freeendotoxinactivityis52%to92%oftotalendotoxinactivityinsecondaryeffluent，indicatingthatfreeendotoxinsaremainformsofendotoxinsinsecondaryeffluent．Furthermore，endotoxinactivityinsecondaryeffluentandE．colidoesnotchangesignificantlyafterUVdisinfection，suggestingthatUVdisinfectionofbelow150mJ/cm2cannotremoveendotoxinseffectively．

Keywords：endotoxin；UVdisinfection；secondaryeffluent

污水的安全再生利用具有潜在风险。内毒素是位于

大多数革兰氏阴性菌与蓝藻细胞壁的脂多糖（简称

2］LPS）成分［1，。内毒素具有致炎性与致热性，其暴城市污水再生利用是提高水资源综合利用率、缓解水资源短缺的有效途径之一。但污水中存在多种多样的污染物，其中微生物有害组分如内毒素，对

基金项目：国家杰出青年科学基金资助项目（50825801）；国家高技术研究发展计划（863）项目（2008AA062502）

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露可引起人体多种病症，包括发热、过敏、腹泻、呕

［3］

吐、低血压、休克与血管内凝血，甚至死亡。目前，国内外学者主要关注饮用水中的内毒素及其去除，对污水与再生水中的内毒素活性研究较少。笔者主要考察了城市污水处理厂二级出水的内

——毒素活性水平，并研究了常见的污水消毒手段—紫外线消毒对内毒素活性的影响。1

止反应。测定样品的吸光度A405，并通过标线计算

得到其内毒素活性。不同样品间内毒素活性的差异通过t检验分析，若p＜0．05则存在显著性差异，反之则无显著性差异。

水样中包括游离态内毒素与结合态内毒素。首先检测水样的总内毒素活性。将水样以12000g离心10min后，测定上清液的内毒素活性，则为游离态内毒素活性。总内毒素活性减去游离态内毒素活性即为结合态内毒素活性。1.6细菌计数

细菌计数采用混合平板法进行。将1mL一定稀释度的水样和一定量的融化后温度≤40℃的营养琼脂培养基混合，迅速摇匀，待培养基凝固后将平板倒置于37℃培养箱中培养24h，计菌落数。每个样品做3个平行样。不同样品间细菌数的差异通过t检验分析。2

材料与方法

器皿与溶液准备

1.1

试验中所用的玻璃器皿均在250℃下干烤1h

96孔板等均为无以去除内毒素，其他器具如吸头、内毒素的产品。与内毒素活性检测相关的溶液（如

磷酸缓冲溶液PBS）采用高纯水（Milli－Q超滤出水）配制，经高压灭菌后使用。1.2水样采集

水样分别取自两个城市污水处理厂（A与B）的

2

二级处理出水。这两个污水处理厂均采用AO工艺。水样用除内毒素的玻璃瓶采集后保存于4℃冰箱中，并在12h内检测。1.3菌种及其培养

试验所用菌种为大肠杆菌CGMCC1．3373，购自中国普通微生物菌种保藏管理中心。将冻存的菌种150r/min下振荡培养接种于肉汤培养基，在37℃、

16h，于10000r/min下离心10min后收集菌体，并弃去上清液，将沉淀清洗后溶于PBS溶液（pH值为7．4）中得到菌悬液。该菌悬液用于紫外线消毒试验。

1.4紫外线消毒

测定水样的吸光度A254，计算得到选取的紫外线剂量所需的照射时间。取15mL水样于60mm直径的培养皿中，放入转子后将其置于磁力搅拌器上，且处于紫外平行光束仪（内装有1根40W低压紫外灯管）的正下方，使水样接受计算时间的紫外

［4］

线照射。1.5

内毒素活性检测

内毒素活性检测采用终点显色法鲎试剂盒。试剂盒中的内毒素标样提取自大肠杆菌O111：B4。标线范围为0．1～1EU/mL，因此样品需经过适当稀释后测定，使其内毒素活性在标线范围内。一般选择（1∶100）～（1∶100000）范围内的2～3个稀释度进行测定。稀释后的样品与鲎试剂混合，在37℃下培养8min；再加入显色基质，反应6min后加酸终

结果与讨论

内毒素的活性及其存在形态

对污水处理厂A与B的二级处理出水的多次

2.1

水样（分别为3个和5个）进行内毒素活性的测定，结果如表1所示。

表1Tab．1

二级处理出水的内毒素活性水平Endotoxinactivityinsecondaryeffluent

EU·mL－1

项

目二级出水A厂出水B厂出水

平均值137711371522

中位值132210391416

最小值600600815

最大值251017722510

两个污水厂二级出水的内毒素活性处于600～2510EU/mL的范围内，平均值为1377EU/mL。A、B厂二级出水内毒素活性的平均值分别为1137、1522EU/mL。由于这两个污水厂均为城市污水处

2理厂，且都采用AO工艺，因此二者的内毒素活性

水平无显著差异。国外学者检测了部分二级出水的

24［5，6］

。本研究内毒素活性，范围为10～10EU/mL

3

中二级出水的内毒素活性水平主要在10EU/mL的数量级，与前人的检测结果一致。

由于内毒素在细胞生长、分裂或死亡过程中会

［7，8］

，从细胞释放到环境中因此内毒素在水中的存在形式可分为游离态与结合态（游离态是指释放到

水体中的内毒素，结合态是指处于细胞壁中的内毒

［3］素），两种形态的内毒素均具有生物活性。二级

www．watergasheat．com黄璜，等：二级出水内毒素活性及紫外线消毒对其的影响第27卷第7期

出水中内毒素的形态分布如图1所示。游离态内毒

素活性占总内毒素活性的52%～92%，说明二级出A污水中的内毒素主要以游离态形式存在。其中，水厂二级出水中的游离态内毒素占总内毒素活性的78%以上，而B污水厂二级出水中的游离态内毒素虽然两厂出水的总内毒素活性无明仅占60%左右，显差异，但是内毒素的形态分布却有所差异。

Anderson等人［9］研究了中压紫外灯对内毒素标

2

准物质（LPS分子）的去除效果，在100～600mJ/cm的剂量下，发现紫外线照射对内毒素有一定的灭活

作用，但灭活速率较低。因此，只有高强度的紫外线

Anderson采用的照射才能明显灭活内毒素。并且，

其输出波长范围大于目前常用的低是中压紫外灯，

压紫外灯。Gehr等考察了低压紫外灯对饮用水原水中内毒素的灭活效果，结果发现常见的饮用水紫

100mJ/cm2）对内毒素均无明显外线消毒剂量（40、

的灭活作用。本研究选取低压紫外灯且剂量为

10～150mJ/cm2，结果对二级出水中的内毒素活性这与前人的研究结果相符。无明显影响，

以大肠杆菌为模式菌种，考察紫外线消毒对结合态内毒素的影响，结果如图3所示。经紫外线消

83

毒后，大肠杆菌的活菌数从10CFU/mL减小至10

［3］

图1

Fig．1

二级出水中的内毒素形态分布

secondaryeffluent

CFU/mL，但内毒素活性并未发生显著变化（p＞0．05）。这可能是由于紫外线消毒主要作用于细胞而对菌体的细胞壁无明显破坏内的核酸，

对内毒素活性无明显影响。

［10］

Proportionsoffreeandcell-boundendotoxinin

2.2

紫外线消毒对内毒素活性的影响

对A厂二级处理出水进行紫外线消毒试验，紫

，因此

20、50、100和150mJ/cm2，外线剂量分别为0、消毒后内毒素活性与细菌总数的变化如图2所示（其，“×”表示不同样品间存在显著性差异，下同）。中

图3紫外线消毒对大肠杆菌内毒素活性与细菌数的影响

EffectofUVdisinfectiononendotoxinactivity

andcellcountsinE．coli

Fig．3

图2紫外线消毒对二级出水中内毒素与细菌总数的影响EffectofUVdisinfectiononendotoxinactivityandtotalbacteriacountinsecondaryeffluent

综上可知，紫外线消毒可有效地灭活微生物，但

却无法去除内毒素。因此，污水再生处理过程中内毒素的控制需要引起关注。3

Fig．2

二级出水的初始细菌总数为3800CFU/mL，初

始内毒素活性为600EU/mL。经过紫外线消毒后，细菌总数显著下降（p＜0．05），当紫外线剂量达到50mJ/cm时，细菌总数已下降至5CFU/mL。然而，经过不同剂量的紫外线照射后，水样的内毒素活性与初始值均无显著性差异（p＞0．05）。经紫外线

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