紫外线消毒因不产生消毒副产物、不改变水味而广泛应用。传统低压汞灯(254nm)穿透细胞能力较强,会损伤人类皮肤和眼睛,且其辐照产生的自由基对水中天然有机物(NOM)有一定程度的矿化或转化。近年来,222nm KrCl*远紫外准分子灯被证实能高效灭活空气和表面的病原体,且对人体相对安全,因为222nm紫外线在皮肤角质层和泪液层的穿透深度极短。那么,将222nm远紫外线应用于水消毒,其效果和安全性如何?与254nm相比,它对水中不同病原体的灭活靶点是核酸还是蛋白质?它对水中NOM的转化产物及其毒性是高是低?
本研究选用大肠杆菌(细菌)、MS2噬菌体(病毒)和枯草芽孢杆菌(产芽孢菌)三种模式微生物。实验表明,222nm远紫外线对这三种微生物的灭活效果均优于或等同于254nm紫外线。特别是在灭活MS2噬菌体时,222nm紫外线展现了更高的效率。其机制可能是,222nm紫外线被蛋白质(病毒外壳蛋白)吸收的比例更高,直接破坏了噬菌体的衣壳蛋白和与宿主细胞结合的受体,而254nm则主要依赖损伤核酸。对于枯草芽孢,222nm紫外线的灭活速率也更快。生物分子水平分析(SDS-PAGE、DNA凝胶电泳、质谱)证实了222nm紫外线对蛋白质的选择性破坏。
在对腐殖酸模拟水样的处理中,222nm紫外线引发的光化学反应弱于254nm,腐殖酸的矿化程度和未知荧光副产物的生成量更低。斑马鱼胚胎急性毒性实验结果显示,254nm紫外线处理后水样的毒性反而有所升高(可能产生了更具生物毒性的中间产物),而222nm紫外线处理后水样的毒性维持在低水平,与原水无显著差异。这一研究证实,222nm远紫外线不仅是一种高效的水消毒技术,而且在控制出水化学安全性和生物毒性方面可能优于传统254nm紫外线,为下一代更安全、更绿色的水消毒工艺提供了重要的科学依据。
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