氨驱动混合氯/氯胺系统中氯形态调控及细菌真菌孢子灭活机制的多尺度研究

　　本研究创新性探讨了氨添加对混合氯/氯胺系统（Cl2/NH3）中氯形态转化的调控机制，揭示了游离氯（FC）与一氯胺（NH2Cl）的协同消毒效应：FC实现6.3-log细菌快速灭活，NH2Cl穿透真菌孢子屏障引发持续氧化应激，动态氨调控使余氯损耗<5%，为长距离输水系统微生物安全控制提供新策略。

　　

Highlight

• FC展现最快杀菌速率，而NH₂Cl对真菌孢子具有持续灭活优势

• Cl₂/N摩尔比调控驱动三阶段氯形态演变（NH₂Cl主导→NHCl₂过渡→HOCl主导），导致消毒效果反转：细菌灭活增强但孢子灭活受抑

机制解析

在混合氯/氯胺系统中，氯物种的快速互转化导致30分钟内>90%总氯损耗，显著削弱余氯稳定性。而氨动态调控系统通过精准控制NH₂Cl生成与存续，10分钟内实现细菌6.3-log、真菌孢子4.4-log灭活，余氯损耗控制在5%以内。

分子机制

FC通过诱导细胞膜破裂和代谢崩溃快速杀菌，NH₂Cl则能穿透真菌孢子富含几丁质和黑色素的细胞壁屏障，引发持续性细胞内氧化应激。密度泛函理论（DFT）模拟揭示了NH₂Cl与孢子细胞壁成分的特异性相互作用机制。

Conclusion

研究证实混合氯/氯胺系统对耐氯真菌孢子效果有限，而氨驱动氯形态调控策略能平衡消毒效率、副产物控制与余氯稳定性，为输水管网微生物风险管理提供创新解决方案。