家用及類似用途飲用水處理裝置對飲用水中病毒凈化性能的評價

孫勝敏 索依拉 王祎珂 王肖 官杰

摘 要：通過選用對人體無害的大腸桿菌噬菌體作為飲用水中病毒的模擬物，建立家用及類似用途飲用水處理裝置對飲用水中病毒凈化性能的評價方法，并對比不同家用及類似用途飲用水處理裝置關(guān)鍵部件對飲用水中病毒的凈化性能，研究發(fā)現(xiàn)，前置處理裝置PP棉濾芯與后置調(diào)節(jié)口感活性炭濾芯由于孔徑較大，對飲用水中病毒顆粒無凈化效果，具有較大比表面積的燒結(jié)活性炭濾芯基于活性炭的吸附作用，可以去除飲用水中99%以上的病毒顆粒，但隨著累積凈水量的增加，活性的吸附位點(diǎn)被占據(jù)，導(dǎo)致凈化性能降低；膜過濾裝置中，超濾濾芯可去除水體中99%的病毒顆粒，納濾及反滲透濾芯課完全去除飲用水中的病毒顆粒?？梢姡{濾及反滲透濾芯可滿足飲用水中病毒顆粒的凈化需求。

關(guān)鍵詞：飲用水處理，病毒，噬菌體，濾芯，凈化

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.11.030

0 引 言

本文選用對人體無害的大腸桿菌噬菌體作為飲用水中病毒的模擬物，大腸桿菌噬菌體，是指寄生在大腸桿菌內(nèi)的一種噬菌體，屬于細(xì)胞病毒的一種[1-2]。大腸桿菌噬菌體Phi-X174在大小和形狀上與丙型肝炎病毒（HCV）相似，其大小在80 nm左右，并且也可代表乙型肝炎病毒（HBV）和人類免疫缺陷性病毒（HIV）。大腸桿菌噬菌體MS2是二十面體的單鏈正義RNA病毒[3]，通過電子顯微鏡確定，MS2病毒體（病毒顆粒）的直徑約為27 nm。MS2由于其與諾如病毒的結(jié)構(gòu)相似性，其相似的最佳增殖條件以及對人類的非致病性，已被用于疾病傳播研究中諾如病毒的替代品[4]。本實(shí)驗(yàn)以大腸桿菌噬菌體Phi-X174和MS2作為飲用水中病毒模擬物[5]，實(shí)現(xiàn)家用及類似用途飲用水處理裝置對飲用水中病毒凈化性能的研究。

1 飲用水處理裝去除飲用水中噬菌體測試方法

1.1 檢測方法

試驗(yàn)采取無菌操作技術(shù)，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、試驗(yàn)操作及其他涉及生物安全的部分應(yīng)符合GB 19489的要求。

1）試驗(yàn)用噬菌體及宿主

噬菌體在平板上形成的噬菌斑如圖1所示。

噬菌體：P h i - X 1 7 4（A T C C 1 3 7 0 6 - B 1，NBRC103405）

宿主細(xì)胞：大腸埃希氏菌（A T C C 1 3 7 0 6，NBRC13898）

噬菌體：MS2（NBRC102619）

宿主細(xì)胞：大腸埃希氏菌（NBRC3012）

2）使用滅菌去離子水對噬菌體原液進(jìn)行稀釋，將噬菌液濃度調(diào)節(jié)至106 PFU/mL～107 PFU/mL，作為加標(biāo)液，供試驗(yàn)使用。

在進(jìn)水壓力為（0.24±0.02）MPa的條件下，向不同過濾精度的飲用水凈化裝置中通入噬菌體加標(biāo)液進(jìn)行測試，分別在流入樣本取樣點(diǎn)和流出樣本取樣點(diǎn)進(jìn)行取樣。

通過對比試驗(yàn)組和對照組的噬菌體滴度，計(jì)算飲用水處理裝置對水體中噬菌體的去除率，噬菌體去除率按照下列公式計(jì)算：

式中：RV為噬菌體去除率，%；Va為對照組回收的噬菌體滴度，PFU/mL；Vb為試驗(yàn)組回收的噬菌體滴度，PFU/mL。

2 各類凈水部件對飲用水中噬菌體的凈化性能研究

2.1 不同飲用水處理裝置對飲用水中病毒凈化性能研究

根據(jù)家用及類似用途飲用水處理裝置凈水部件凈化性能的不同，分別研究了PP棉濾芯、活性炭濾芯、超濾濾芯、納濾濾芯、反滲透濾芯對飲用水中Phi-X174和MS2噬菌體的凈化效果，測試效果見表1和表2，圖2和圖3。

以Phi-X174和MS2噬菌體為目標(biāo)物，對比家用及類似用途凈水裝置的不同濾芯對大腸桿菌噬菌體Phi-X174和MS2的凈化性能。

由表1和表2及圖2和圖3可以看出，PP棉濾芯過濾精度在0.1μm～10μm之間，能夠有效去除水質(zhì)中的泥沙、鐵銹、細(xì)菌、化學(xué)污染物等粒徑較大的物質(zhì)，由于噬菌體的大小遠(yuǎn)小于細(xì)菌的粒徑，PP棉濾芯對飲用水中噬菌體的過濾效果較差，過濾效率不足10%，無法去除飲用水中病毒。

基于活性炭濾芯較強(qiáng)的吸附作用及大比表面積，活性炭濾芯對飲用水中噬菌體的凈化性能有了大幅度提高，其凈化效率高于90%，實(shí)驗(yàn)中，我們對比了顆粒活性炭濾芯、燒結(jié)活性炭濾芯及調(diào)節(jié)口感活性炭濾芯對飲用水中病毒的過濾性能，由于燒結(jié)活性炭濾芯顆粒間空隙較小，表面積更大，過濾效率高于顆?；钚蕴亢驼{(diào)節(jié)口感活性濾芯的凈化性能，。

超濾濾芯的過濾精度在0.01 μm～0.1 μm，可以徹底地過濾水中的大顆粒雜質(zhì)及微生物，但是由于病毒粒徑大小遠(yuǎn)小于微生物，Phi-X174和MS2噬菌體的粒徑分別是80 nm及20 nm左右，由以上圖表可見超濾濾芯對飲用水中Phi-X174和MS2噬菌體具有較高的過濾效率。

納濾濾芯可以去除飲用水中粒徑介于1 nm到幾納米的顆粒物，并且對飲用水中二價離子具有很好的去除效果，由于Phi-X174和MS2噬菌體的尺寸大于納濾濾芯的過濾精度，可實(shí)現(xiàn)飲用水中病毒的精準(zhǔn)凈化。

反滲透濾芯是目前過濾精度最高的家用及類似用途飲用水處理裝置的凈水部件，其可以去除飲用水中的一價離子，可完全實(shí)現(xiàn)飲用水中病毒顆粒物的去除。

2.2 累積狀態(tài)下凈水部件對飲用水中噬菌體的凈化效果

為研究凈水部件在累積凈水環(huán)境中，對飲用水噬菌體的凈化性能進(jìn)行研究。由于納濾濾芯及反滲透濾芯可以很好的去除飲用水中的病毒顆粒物，超濾濾芯和燒結(jié)活性炭濾芯對飲用水中噬菌體的去除率可達(dá)90%以上，具有較好的去除效果。本部分試驗(yàn)研究了隨著累積凈水量的增加，超濾濾芯與燒機(jī)活性炭濾芯對Phi-X174和MS2噬菌體的去除效果，見表3和表4，圖4～7。

通過研究累積凈水量對超濾濾芯和活性炭濾芯凈化性能的影響，以上數(shù)據(jù)顯示，以過濾方式去除飲用水中雜質(zhì)的超濾濾芯隨著累積凈水量的不斷增加，超濾濾芯對phi-X174和MS2噬菌體累積凈化效率不斷增加，這是因?yàn)殡S著凈水量的增加，過濾后的噬菌體不斷累積，附著在濾膜表面，減小了濾膜的過濾孔徑，提高了濾膜對噬菌體的過濾效率。

通過圖6可以看出，超濾濾芯對MS2噬菌體的過濾效率低于對Phi-X174噬菌體，Phi-X174噬菌體的粒徑在80 nm左右，而MS2噬菌體的粒徑在20 nm左右，由于MS2的粒徑要小于Phi-X174，超濾濾芯的過濾精度在10 nm～100 nm之間，故超濾濾芯對粒徑較大的Phi-X174的過濾效率要優(yōu)于粒徑較小的MS2。

隨著累積凈水量的增加，被過濾的噬菌體附著在濾膜表面，導(dǎo)致濾膜孔徑被堵塞，提高了濾芯的過濾精度，使兩種噬菌體的過濾效率均得到提高。

由圖7可以看出，燒結(jié)活性炭濾芯對飲用水中噬菌體的過濾效率隨著累積凈水量的增加而不斷減小。這是因?yàn)榛钚蕴繛V芯對飲用水中病毒顆粒物的凈化是基于活性炭的吸附作用。與顆?；钚蕴繛V芯相比，燒結(jié)活性炭濾芯具有較高的比表面積，由于MS2的粒徑要小于Phi-X174，活性炭對MS2具有較高的吸附作用，故活性炭濾芯對MS2的過濾效率更高，但是隨著累積凈水量的不斷增加，由于病毒顆粒物在活性炭表面不斷吸附，降低了濾芯對水體中病毒顆粒的吸附作用，導(dǎo)致隨著累積凈水量的增加，燒結(jié)活性炭濾芯對飲用水中病毒的吸附能力逐漸降低。

3 結(jié) 論

綜上所述，由于病毒粒徑遠(yuǎn)小于細(xì)菌顆粒，對家用及類似用途飲用水處理裝置的凈化性能提出更高的要求，通過上述實(shí)驗(yàn)可知，在凈水系統(tǒng)的前置過濾裝置如PP棉濾芯及后置活性炭調(diào)節(jié)口感濾芯不具有飲用水中病毒的凈化性能，不能精準(zhǔn)凈化飲用水中的病毒顆粒；燒結(jié)活性炭濾芯和超濾濾芯可以去除飲用水中99%以上的病毒顆粒，燒結(jié)活性炭濾芯基于活性炭的表面吸附作用，而超濾濾芯基于濾膜孔徑過濾，所以隨著累積凈水量的增加，前者的凈化效率不斷下降，而后者呈上升趨勢；納濾濾芯及反滲透濾芯可以完全去除飲用水中的病毒顆粒。

參考文獻(xiàn)

吳偉勝，李玉保，王守榮，等.大腸桿菌噬菌體的研究進(jìn)展[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，1：8-10， 11.

張培東，孫巖，任慧英，等.大腸桿菌噬菌體的分離及其生物學(xué)特性[J].中國獸醫(yī)雜志，2008，4：10-12.

房保海，岳志芹，梁成珠，等.RNA病毒檢測質(zhì)控物質(zhì)-大腸桿菌噬菌體MS2標(biāo)準(zhǔn)樣品的研制和應(yīng)用[J].食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報，2016，10：3338-3343.

駱海朋，瞿洪仁，任秀，等.諾如病毒檢驗(yàn)用大腸桿菌噬菌體MS2標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制[J]，食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報，2021，10：6788-6794.

王維軍，李楠.用大腸桿菌噬菌體和細(xì)菌的檢驗(yàn)評價飲用水的安全性[J].吉林造紙，1998，1：43-46.

作者簡介

孫勝敏，本科，主要從事產(chǎn)品質(zhì)量安全研究及實(shí)驗(yàn)室管理。

（責(zé)任編輯：袁文靜）