納米TiO2-光催化滅活水中噬菌體MS2

呂文洲,喬宇祥,劉　英 （寧波大學(xué)建筑工程與環(huán)境學(xué)院,浙江 寧波 315211）

納米TiO2-光催化滅活水中噬菌體MS2

呂文洲*,喬宇祥,劉英 （寧波大學(xué)建筑工程與環(huán)境學(xué)院,浙江 寧波 315211）

提出了一種簡(jiǎn)易的水中病毒滅活方法,以噬菌體MS2為模式病毒,探討了紫外光照射時(shí)間、TiO2濃度、紫外光強(qiáng)度對(duì)自來水中MS2滅活效率的影響；評(píng)價(jià)了太陽(yáng)光代替紫外光用于光催化滅活病毒的可行性.研究結(jié)果表明,聚乙烯（PE）材質(zhì)的樣品袋能更好地透過紫外光；紫外光照射 6h,50mg/L的 TiO2可以滅活自來水中 7.95Log的 MS2；紫外光強(qiáng)度在 45μW/m2以下時(shí),滅活率隨強(qiáng)度的提高而增加；在溪水中,50mg/L的 TiO2僅有 4.87Log的滅活效率. 在太陽(yáng)光下,50mg/L的 TiO2在自來水和溪水中對(duì) MS2的滅活效率差異不明顯,都達(dá)到了6.1Log以上,表明太陽(yáng)光-TiO2滅活水中的病毒可行且高效.

納米TiO2；噬菌體MS2；水；病毒滅活

TiO2作為一種環(huán)境友好型的光催化材料被廣泛用于難降解有毒有害物質(zhì)的光催化降解［1-4］.其主要作用機(jī)理是TiO2在紫外光的激發(fā)下發(fā)生空穴等作用產(chǎn)生活性氧（ROS）［5］,包括·OH、O2·-、·O2和H2O2等可以與病原菌結(jié)構(gòu)中的蛋白和脂質(zhì)發(fā)生反應(yīng),從而導(dǎo)致此類生物體的滅活［6］,因此,TiO2也被嘗試用于水中致病微生物的滅活研究. Matsunaga等［7］于1985年最早利用TiO2滅活細(xì)菌和酵母菌；而后圍繞TiO2光催化滅活病原菌的條件優(yōu)化［8］、滅活機(jī)理［6,9］、反應(yīng)器材料［10-12］、光催化劑的改性［13-16］以及 TiO2固定化方面［17-18］展開了廣泛的研究.相比于病原菌,目前對(duì)水中病毒的滅活研究相對(duì)較少且多見于國(guó)外.Sjogren等［19］通過添加 FeSO4顯著提高了紫外光照射下TiO2懸液對(duì)水中MS2的滅活效果.國(guó)內(nèi)關(guān)于TiO2對(duì)病原菌或者病毒滅活的研究較少,且多處于實(shí)驗(yàn)室的定性研究階段［20-21］.另外,在病原菌和病毒的滅活過程中,敞開體系或者曝氣過程中往往會(huì)產(chǎn)生含有病原菌或病毒粒子的氣溶膠,可能對(duì)接觸人群產(chǎn)生健康風(fēng)險(xiǎn)［22］,因此在病原菌及病毒滅活的裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮.

噬菌體MS2在有腸道病毒污染的水環(huán)境中普遍存在,對(duì)陽(yáng)光和紫外光具有一定的抗性［23-24］,并且對(duì)人沒有致病性,因此常被用做評(píng)價(jià)消毒效果的模式病毒［14,19,25-26］.本研究以MS2為例,提出了一種水中病毒滅活的簡(jiǎn)易方法,探討了紫外光照射時(shí)間、TiO2濃度、紫外光強(qiáng)度對(duì)TiO2光催化滅活 MS2的影響；并在此基礎(chǔ)上,評(píng)價(jià)了太陽(yáng)光-TiO2滅活水中MS2的效能和可行性.

1　材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

噬菌體MS2及培養(yǎng)：MS2由美國(guó)加州大學(xué)歐文分校市政與環(huán)境工程系的Sunny Jiang實(shí)驗(yàn)室提供.培養(yǎng)方法：將一接種環(huán)的宿主大腸桿菌從試管斜面接入盛有15mL LB液體培養(yǎng)基（酵母提取物5g；細(xì)菌胰蛋白胨 10g；NaCl 10g；水1L；pH 7.0）的滅菌離心管中,置于37℃、165r/min的恒溫振蕩器中培養(yǎng)過夜.使用移液器移取1mL的培養(yǎng)液,接入盛有30mL LB液體培養(yǎng)基的50mL離心管中,繼續(xù)以 165r/min振蕩培養(yǎng) 6h；隨后接入備存的MS2濾液100μL, 培養(yǎng)過夜,待培養(yǎng)液基本澄清時(shí)結(jié)束培養(yǎng).將培養(yǎng)好的MS2懸液經(jīng)0.22μm （MILLEX-GP,33mm）的無菌針頭濾器過濾,即為MS2的儲(chǔ)備液.

納米TiO2及處理：納米TiO2購(gòu)自Sigma公司,為銳鈦礦形態(tài),顆粒直徑為 21nm.實(shí)驗(yàn)前,秤取一定量的 TiO2粉末,置于盛有一定量的超純水的50mL離心管中,放在冰浴中在 300W 的超聲波（Fisher Scientific, Sonic Dismembrator, model 500）下分散20min,每次超聲15s,間隔5s. TiO2及超純水的量根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)中TiO2的添加濃度而定.

1.2MS2滅活裝置及儀器

樣品袋中放入100mL的TiO2與MS2的懸液,封口卷動(dòng)密封后固定于一臺(tái)以 48°夾角前后搖擺的試管振蕩器（型號(hào)：Speci-Mix,Thermo）上, 以 18r/min的頻率緩慢搖擺,其目的主要是保持TiO2的顆粒均勻分散在懸液中,避免因?yàn)閳F(tuán)聚現(xiàn)象而導(dǎo)致的顆粒比表面積下降.同時(shí),樣品袋中的少量空氣在搖擺中形成大的氣泡,反復(fù)洗刷樣品袋內(nèi)壁,防止在內(nèi)側(cè)形成水霧而影響紫外光的穿透效率.本實(shí)驗(yàn)選取了2種樣品袋,一種是普通透明的樣品袋（成分為聚對(duì)苯二甲酸乙二酯,PET）,一種是 Nasco Whirl-Pak的無菌樣品袋（成分為聚乙烯,PE）.通過在可見-紫外分光光度計(jì)（型號(hào)：CARY 100Bio）中對(duì)其進(jìn)行波長(zhǎng)掃描,選擇紫外光透過率高的Nasco Whirl-Pak樣品袋進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn).

在條件實(shí)驗(yàn)中,紫外光源為定波長(zhǎng)黑光燈SPECTROLINE MODEL EA-160,穩(wěn)定提供波長(zhǎng)為365nm的紫外光.裝置中紫外燈管與試管振蕩器擺動(dòng)軸心的直線距離約 10cm,以下實(shí)驗(yàn)中除了考察紫外光強(qiáng)度對(duì)MS2滅活的影響外,紫外光強(qiáng)度一律為（62.8±0.8）μW/m2.

1.3試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1紫外光-TiO2對(duì)自來水中 MS2的滅活效果取自來水放入廣口試劑瓶中,靜置12h以便使余氯逸出,根據(jù)預(yù)先測(cè)定的培養(yǎng)好的MS2懸液濃度,使用自來水將其稀釋到 MS2濃度約為108PFU/mL.取 4個(gè)樣品袋,分別裝入經(jīng)稀釋的MS2懸液95mL,然后向其中2個(gè)加入超聲波處理后的 TiO2懸液 5mL,使 TiO2的最終濃度為200mg/L；另外2個(gè)則加入5mL超純水代替TiO2懸液.樣品袋在紫外光下照射6h,考察 TiO2與紫外光不同組合處理下MS2的滅活率,即無TiO2+紫外光、無TiO2+無紫外光（通過厚的鋁箔密封樣品袋來實(shí)現(xiàn)）、TiO2+無紫外光及 TiO2+紫外光.其中MS2滅活率計(jì)算方法為Rate=Log（C0/Ct）. 1.3.2紫外光照射時(shí)間對(duì)滅活 MS2的影響TiO2的終濃度取 200mg/L,考察紫外光照射0,1,2,3,4,5, 6h時(shí)TiO2對(duì)MS2的滅活效率.

1.3.3TiO2濃度對(duì)滅活MS2的影響TiO2的濃度取0, 5,10,20,40,50,100,150,200mg/L,考察不同TiO2濃度對(duì)MS2的滅活效率.為了與后續(xù)采用太陽(yáng)光滅活MS2實(shí)驗(yàn)的時(shí)間一致,以下實(shí)驗(yàn)的紫外燈照射時(shí)間一律采用6h.

1.3.4紫外光強(qiáng)度對(duì) TiO2滅活 MS2的影響TiO2的濃度取50mg/L,通過調(diào)節(jié)樣品袋與燈管之間的距離控制紫外光強(qiáng)度,強(qiáng)度分別控制在0,14.3,33.5,44.6,57.5μW/m2,考察不同紫外光強(qiáng)度下TiO2對(duì)MS2的滅活效果.

1.3.5紫外光-TiO2滅活溪水中 MS2的效果取校園附近一條小溪中的水代替自來水考察紫外光-TiO2對(duì)MS2的滅活效果.該小溪中有蘆葦?shù)人参?水質(zhì)清澈,取樣處水深 0.5m,流速約0.3m/s.為了切近實(shí)際應(yīng)用目的,實(shí)驗(yàn)前將溪水進(jìn)行2h的靜置處理,未過濾.

1.3.6太陽(yáng)光-TiO2滅活自來水及溪水中 MS2的效果TiO2的濃度取 50mg/L.選取陽(yáng)光充足的晴天進(jìn)行實(shí)驗(yàn),將裝置放于太陽(yáng)光下,照射時(shí)間選取早上10：00至下午16：00,共6h.在不同時(shí)段對(duì)光照強(qiáng)度和樣品溫度進(jìn)行測(cè)定,以排除室外溫度過高而導(dǎo)致的MS2滅活的可能.溪水采集和處理方法同上.

1.4分析方法

紫外光強(qiáng)度測(cè)定：使用ILT1400-A Radiometer Photometer對(duì)黑光燈的紫外光和晴天太陽(yáng)光的紫外光部分進(jìn)行測(cè)定.該儀器可以測(cè)定瞬時(shí)值和一段時(shí)間內(nèi)的積分值.測(cè)定單位為 μW/m2或者J/m2（可切換）.

MS2濃度測(cè)定：使用雙層平板法.首先根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn),將待測(cè)的MS2樣品使用無菌水進(jìn)行梯度稀釋,取合適的3個(gè)濃度的稀釋液300μL與新培養(yǎng)的大腸桿菌懸液 300μL混合、震蕩,再傾入含5mL LB上層培養(yǎng)基（含0.5%的瓊脂）中充分混合,但震蕩幅度不宜過大,以免產(chǎn)生氣泡造成對(duì)后續(xù)計(jì)數(shù)的影響.為了排除TiO2顆粒吸附MS2對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響,實(shí)驗(yàn)后直接取MS2懸液進(jìn)行稀釋分析,沒有進(jìn)行TiO2顆粒的去除.同時(shí),后續(xù)的雙層平板培養(yǎng)在生化培養(yǎng)箱中進(jìn)行,沒有光照,因此培養(yǎng)基中存在的 TiO2顆粒不會(huì)被光激活而產(chǎn)生光催化反應(yīng),因而也不會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果造成影響.

對(duì)于各因素的影響試驗(yàn)研究,分別進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn),結(jié)果以平均值表示.

2　結(jié)果與討論

2.1紫外光-TiO2滅活MS2的效果

由圖1看出,兩種樣品袋在波長(zhǎng)400nm以上的透光率趨于一致,但在 350nm 以下時(shí), Whirl-pak的透光率明顯高于普通樣品袋,而后者在200～310nm時(shí)的透光率幾乎為0,也就是說此波段的光會(huì)被完全阻隔,因此不能透過樣品袋作用于 TiO2顆粒.因此,普通樣品袋的光催化效能將明顯低于Whirl-pak樣品袋.

圖1　兩種樣品袋對(duì)不同波長(zhǎng)光的透過率Fig.1　Comparison of transmittance rate of two sample bags under different wavelength

表1　紫外光-TiO2各組合情況下去除MS2的效果Table 1　MS2 removal efficiency under different combinations of ultraviolet and TiO2

太陽(yáng)光到達(dá)地球表面的組分包括 UVB （280～320nm）、UVA（320～400nm）以及可見光（400～700nm）［27］.利用太陽(yáng)能滅活水中病原微生物,因其經(jīng)濟(jì)廉價(jià)而成為發(fā)展中國(guó)家水消毒的一種常用方法.Lawrie等［28］評(píng)價(jià)了太陽(yáng)能對(duì)不同材質(zhì)容器中大腸桿菌、糞腸球菌以及產(chǎn)氣莢膜梭菌的滅活效果,結(jié)果表明對(duì)波長(zhǎng)280～320nm具有良好透過性的PE材質(zhì)的容器在滅活效果上明顯優(yōu)于PET材質(zhì)的容器,因此本研究選取PE材質(zhì)的Whirl-pak樣品袋進(jìn)行后續(xù)研究.

表1是使用whirl-pak樣品袋在黑光燈下滅活MS2的效果.對(duì)于3×107PFU/mL的MS2懸液, 當(dāng) TiO2濃度為 200mg/L時(shí),經(jīng)紫外燈照射6h,MS2的滅活率達(dá)到了7.48Log；沒有光照射時(shí)（即使用鋁箔紙包裹）,僅有約 1Log的滅活效率；而單純的紫外光照射處理對(duì)MS2的滅活效果也只有1.56Log.因此,在自來水介質(zhì)中,TiO2在紫外光的激發(fā)下具有很高的MS2滅活效率.

由于取樣測(cè)試的是含有TiO2的懸液,因此吸附作用對(duì) MS2去除率的影響因素可以排除.而TiO2顆粒吸附作用對(duì)MS2的去除效率也即為二氧化鈦存在下未經(jīng)光照的處理.根據(jù)測(cè)試結(jié)果,僅吸附而無光催化的去除效率僅為1.01Log.

2.2紫外光照射時(shí)間對(duì)TiO2滅活MS2的影響

由圖 2可以看出,對(duì)于濃度為 7.84Log的MS2,在接受強(qiáng)度為62.4～63.2μW/m2的紫外光照射1h后,剩余濃度約3.76Log,去除約4.08Log；照射 2h后,去除 6.91Log,此時(shí)的 MS2濃度僅約8PFU/mL；4h后無MS2檢出.因此,在200mg/L的TiO2濃度下,幾乎在 2h內(nèi)可以將濃度為 6.93× 107PFU/mL的MS2全部滅活,其接收的紫外光能量約為462.3mJ/m2.由擬合曲線可以看出,在起初的2h內(nèi),MS2的滅活速率最高（k=-3.0271）.

2.3TiO2濃度對(duì)滅活MS2的影響

首先考察了TiO2濃度0,50,100,150,200mg/L的效果.結(jié)果顯示,經(jīng)過6h的照射,即使最低的使用量 50mg/L也可以達(dá)到 7.95Log的滅活效率.隨后降低TiO2濃度為5,10,20,40,50mg/L,結(jié)果如圖3顯示.隨著TiO2濃度的增大,6h的滅活效率增加,而且TiO2濃度與剩余MS2的對(duì)數(shù)值呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)（R2=0.9818）.當(dāng) TiO2濃度為40mg/L時(shí),MS2的去除率達(dá)到6.78Log,相應(yīng)的水中的MS2濃度約為30PFU/mL；相對(duì)于光照前的1.8×108PFU/mL,去除效果已經(jīng)很顯著,但滅活效果遠(yuǎn)低于50mg/L時(shí)的7.95Log.

現(xiàn)有文獻(xiàn)中關(guān)于TiO2濃度對(duì)MS2滅活影響的研究并不多見.Biguzzi等［8］利用TiO2光催化滅活假單胞菌 Pseudomonas stutzera,TiO2濃度由0.5g/L提升到 4.0g/L,滅活率由 4.26Log提高到6.00Log.但本研究表明,對(duì)于利用 TiO2光催化滅活MS2,隨著TiO2濃度的增加（超過0.5g/L后）,滅活率并沒有明顯地提高.可能的原因是,0.5g/L 的TiO2在被光激發(fā)后產(chǎn)生了足夠多的·OH或者ROS,足以滅活溶液中的 MS2.高濃度的 TiO2更容易導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚以及紫外光透過率的降低,從而降低光催化效率.

圖3　紫外光下TiO2濃度對(duì)滅活MS2的影響Fig.3　Effect of TiO2concentration on the MS2inactivation efficiencyunder ultraviolet

2.4紫外光強(qiáng)度對(duì)TiO2滅活MS2的影響

考慮到50mg/L的 TiO2能基本去除水中的MS2,后續(xù)實(shí)驗(yàn)中均選這個(gè)濃度進(jìn)行.更少的TiO2的用量有利于減少懸液的濁度,既經(jīng)濟(jì)又可提高光的利用效率；同時(shí)也可以減少實(shí)際應(yīng)用中的材料消耗和環(huán)境保護(hù)問題.由圖4可以看出,紫外強(qiáng)度在 45μW/m2以下時(shí),隨著紫外光強(qiáng)度的增加,滅活率增加（R2=0.9790）；而強(qiáng)度繼續(xù)提高到57.5μW/m2時(shí),去除率并沒有明顯增加,說明TiO2對(duì)MS2的滅活也存在一個(gè)最優(yōu)的紫外光強(qiáng)度.

圖4　紫外光強(qiáng)度對(duì)TiO2滅活MS2的影響Fig.4　Effect of ultraviolet intensity on the MS2 inactivation efficiency

2.5紫外光-TiO2滅活溪水中MS2的效果

圖5　紫外光下CTiO2=50mg/L TiO2對(duì)溪水中MS2的滅活效果Fig.5　Removal efficiency of MS2 in creek water at the concentration of 50mg/L of TiO2under ultraviolet

使用溪水替代自來水,跟蹤研究了在紫外光強(qiáng)度為62.4μW/m2下,50mg/mL的TiO2對(duì)溪水中MS2的滅活效果.由圖 5可以看出,對(duì)于6.6×106PFU/mL的MS2,經(jīng)過6h紫外光照射后的絕對(duì)滅活率為4.87Log, 反應(yīng)完后懸液中的MS2濃度達(dá)到了100PFU/mL左右,明顯低于相同條件下自來水中MS2的滅活效率.推測(cè)造成該結(jié)果的原因可能是溪水中含有的少量天然有機(jī)物（NOM）消耗了產(chǎn)生的活性氧所致.相比之下,僅光照可以滅活約1.17Log的MS2；而僅TiO2無光照時(shí),只有0.15Log的滅活效率,均較自來水的低.從滅活曲線來看,在2h內(nèi)也有一個(gè)較快的滅活速率（k=-1.2821）,與自來水中的規(guī)律相同（圖 2）,但滅活速率明顯低于后者（k=-3.0271）.同時(shí)由圖5還可以看出,2h后的滅活速率明顯低于前 2h,其k=-0.5540.至于在滅活溪水中 MS2時(shí)出現(xiàn)滅活速率的拐點(diǎn),推測(cè)與溪水中的少量有機(jī)物及其組成有關(guān),但具體原因還需進(jìn)一步研究.

2.6太陽(yáng)光-TiO2滅活自來水及溪水中MS2的效果

在美國(guó)加州2012年10～12月份選擇晴天天氣探討了太陽(yáng)光條件下,50mg/LTiO2對(duì)自來水及溪水中MS2的滅活效率.測(cè)定了太陽(yáng)光在10：00～16：00間的強(qiáng)度,10：30： （57.6±0.1）μW/m2； 14：10：（44.2±0.3）μW/m2； 16：00 僅（2.2±0.1）μW/m2（太陽(yáng)快落山時(shí)）.測(cè)試6h總的光能約992～1040mJ/m2.實(shí)驗(yàn)中每隔1h測(cè)試了菌懸液的溫度,最高溫度沒有超過30℃,因此溫度不會(huì)造成MS2的失活.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于 7.0×107PFU/mL的 MS2,經(jīng)過6h的太陽(yáng)光照射后,自來水和溪水中的殘留MS2濃度類似,為50PFU/mL左右,去除效率均達(dá)到了6.14～6.19Log.而有趣的是,雖然溪水中有少量有機(jī)物的存在,但MS2滅活效率并沒有因此而降低,反而略有升高.一般認(rèn)為ROS可以無選擇性的攻擊有機(jī)物,因此水中的NOM可能和病毒存在著一定的競(jìng)爭(zhēng),消耗一部分的 ROS,也就可能出現(xiàn)病毒滅活效率的降低.但水中NOM的存在會(huì)產(chǎn)生新種類的 ROS,如單線氧（1O2）［27,29］,而這些新的ROS的作用可能抵消了少量NOM對(duì)ROS的消耗,因此保持了高的去除率.另外,Love等［22］研究太陽(yáng)光對(duì)水中人類病毒和MS2的滅活效果中發(fā)現(xiàn),因?yàn)槟霞又莺┑乃|(zhì)異常清澈,以至于對(duì)其中的病毒滅活效率與PBS中病毒的滅活效率沒有明顯差異.

2.7討論

2.7.1太陽(yáng)光-TiO2對(duì)水中病毒的滅活國(guó)外學(xué)者近年來利用太陽(yáng)能復(fù)合拋物面聚光器（Solar Compound Parabolic Collectors）來光催化滅活水中的病毒取得了一定的成果,但這些裝置結(jié)構(gòu)和操作往往比較復(fù)雜,比如復(fù)雜的管路、充氣等,而充氣可能導(dǎo)致氣溶膠的產(chǎn)生而出現(xiàn)二次污染［30］.而且對(duì)于發(fā)展中國(guó)家而言,簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、易行的滅菌方法更為現(xiàn)實(shí)和有效.本研究中建立了簡(jiǎn)單的滅菌裝置,所需要的就是選擇紫外光可以高效透過的袋子,向含病毒的水中加入少量的TiO2,然后密封于袋子中并進(jìn)行適度的混勻操作,達(dá)到了高效滅活水中病毒的目的.另外,該過程在全密封情況下進(jìn)行,不存在產(chǎn)生氣溶膠的風(fēng)險(xiǎn).

同樣是50mg/L的TiO2滅活溪水中的MS2,太陽(yáng)光照射6h的效果遠(yuǎn)高于紫外燈照射的效果（分別為6.19Log和4.87Log）,推測(cè)原因可能是太陽(yáng)光中的短波紫外光（比如UVB）起到了一定作用.

2.7.2光催化劑的改良或者固定利用懸浮態(tài)TiO2,特別是納米級(jí)顆粒做光催化劑滅活水中的病毒存在回收難的問題.雖然在滅活水中病毒時(shí)使用的TiO2量遠(yuǎn)低于其他行業(yè),如食品和個(gè)人護(hù)理等,但也可能對(duì)環(huán)境造成一定的風(fēng)險(xiǎn)［31］；而且存在濁度對(duì)滅活效率的影響問題［32］.因此固定化TiO2是一個(gè)發(fā)展的趨勢(shì).

目前出現(xiàn)了 TiO2納米管等固定化的TiO2［18,33］,還有一些為改善氧化活性而設(shè)計(jì)的元素修飾TiO2［34］,提高了使用的安全性和光催化的效率,為該技術(shù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ).但有學(xué)者對(duì)比了懸浮態(tài)和固定態(tài)TiO2的消毒效果,認(rèn)為要達(dá)到相同的滅活效率,固定態(tài)的濃度要比懸浮態(tài)高［35］,這一點(diǎn)與 TiO2光催化機(jī)制有關(guān)［36］,即 TiO2光致催化反應(yīng)主要發(fā)生于催化劑表面,而懸浮態(tài)的納米顆粒更易與病原粒子的有機(jī)結(jié)構(gòu)接觸.

3　結(jié)論

3.1以 PE為材質(zhì)的樣品袋能更好地透過紫外光而用于光催化滅活MS2.

3.2在自來水中,200mg/L的TiO2在紫外光照射6h可以滅活自來水中7.48Log的MS2,且在起初的2h滅活速率最高；50mg/L的TiO2在6h紫外光下可達(dá)到 7.95Log的滅活效果；紫外強(qiáng)度在45μW/m2以下時(shí),滅活率隨強(qiáng)度的提高而增加；強(qiáng)度繼續(xù)增大對(duì)滅活率的提高作用不明顯.

3.3在溪水中,50mg/L的TiO2在6h紫外光下只有4.87Log的滅活效率.但在太陽(yáng)光下,50mg/L的TiO2在自來水和溪水中對(duì)MS2的滅活效率差異不明顯,均達(dá)到了6.1Log以上.

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致謝：本實(shí)驗(yàn)的MS2由美國(guó)加州大學(xué)歐文分校市政與環(huán)境工程系的Sunny Jiang教授提供,實(shí)驗(yàn)工作得到了Sunny Jiang教授的悉心指導(dǎo),在此表示衷心感謝.

Inactivation of bacteriophage MS2 in water by TiO2nanoparticles coupled with light.

Lü Wen-zhou*, QIAO Yu-xiang, LIU Ying （College of Architectural Civil Engineering and Environment, Ningbo University, Ningbo 315211,China）.

China Environmental Science, 2015,35（8）：2532～2538

A simple inactivation method of viruses in water was presented in this study by using bacteriophage MS2 as the model virus. Effects of irradiation time, concentration of TiO2and light intensity of ultraviolet on removal efficiency of MS2 were discussed, and the feasibility of sunlight instead of ultravioletapplied to inactivate virus was evaluated. The results showed that higher transmittance of ultravioletwas obtained for the polyethylene （PE） sample bag； 7.95 Log of MS2 in tapwater was inactivated after 6hour's irradiation of ultraviolet at the concentration of 50mg/L of TiO2；inactivation rate increased with the increasing light intensity below 45μW/m2. By comparison, 4.87 Log of MS2 in creek water was inactivatedat the concentration of 50mg/L of TiO2under ultraviolet. However, 6.1 Log removal efficiency of MS2 in either tapwater or creek water was achieved under sunlight at the same concentration of TiO2, indicating that TiO2coupled with sunlight is a sound method to inactivate the virus in water.

nanoparticle TiO2；bacteriophage MS2；water；virus inactivation

X506

A

1000-6923（2015）08-2532-07

2015-1-27

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（50908119）；浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（LY12E08007）

* 責(zé)任作者, 副教授, wenzhoulv@yahoo.com

呂文洲（1974-）,男,陜西西安人,副教授,博士,主要研究方向?yàn)閺U水生物處理及水質(zhì)安全.發(fā)表論文30余篇.