臭氧消毒研究进展及对新型冠状病毒的灭活启示

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0515

工业水处理 ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (11): 1-8, 106. doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2021-0515

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臭氧消毒研究进展及对新型冠状病毒的灭活启示

冀豪栋^1,²(),孙丰宾^1,²,赖波^3,⁴,刘文^1,^2,^4,*()

1. 北京大学环境科学与工程学院水沙科学教育部重点实验室, 北京 100871
2. 北京大学国家环境保护河流全物质通量重点实验室, 北京 100871
3. 四川大学建筑与环境学院, 中德水环境与健康研究中心, 四川成都 610065
4. 中国医学装备协会医院建筑与装备分会医院水系统研究中心, 四川成都 610065

收稿日期:2021-05-27 出版日期:2021-11-20 发布日期:2021-11-26
通讯作者: 刘文 E-mail:jihaodong@pku.edu.cn;wen.liu@pku.edu.cn
作者简介:冀豪栋(1989-), 博士。E-mail: jihaodong@pku.edu.cn
基金资助:
北京大学新型冠状病毒感染的肺炎防控攻关专项;国家自然科学基金(21906001);北京市科技新星计划(Z191100001119054)

Research progress in ozone disinfection and implication in inactivation of SARS-CoV-2

Haodong JI^1,²(),Fengbin SUN^1,²,Bo LAI^3,⁴,Wen LIU^1,^2,^4,*()

1. The Key Laboratory for Water and Sediment Sciences, Ministry of Education, College of Environmental Science and Engineering, Peking University, Beijing 100871, China
2. State Environmental Protection Key Laboratory of All Material Fluxes in River Ecosystems, Peking University, Beijing 100871, China
3. College of Architecture & Environment, Sino German Centre for Water and Health Research, Sichuan University, Chengdu 610065, China
4. Research Center of Hospital Water System, Chapter of Hospital Building and Equipment, China Association of Medical Equipment, Chengdu 610065, China

Received:2021-05-27 Online:2021-11-20 Published:2021-11-26
Contact: Wen LIU E-mail:jihaodong@pku.edu.cn;wen.liu@pku.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情给人类社会造成了巨大威胁，新型冠状病毒（SARS-CoV-2）在不同环境介质中稳定性的差异，使如何高效杀灭SARS-CoV-2成为关注的重要问题。在综述臭氧及其协同技术在病原体灭活中应用的基础上，探讨了臭氧氧化技术在SARS-CoV-2灭活中的应用可行性，重点阐述了该类技术对于病毒的灭活行为及机理。该综述可为臭氧氧化技术应用于水中新冠病毒灭活及其在不同媒介中的次生传播阻断提供参考。

关键词: 臭氧消毒, 新型冠状病毒, 灭活, 氧化

Abstract:

The novel coronavirus pneumonia(COVID-19) epidemic poses a huge threat to the human society. Due to the difference in stability of the new coronavirus(SARS-CoV-2) in different environment media, it has become an important concern on how to effectively inactivate the virus. This review presented the application of ozone and its synergistic technology in the inactivation of pathogens first, and then discussed the application feasibility of ozone oxidation technology in inactivation of SARS-CoV-2, and mainly illustrated the behaviors and mechanisms of SARS- CoV-2 inactivation. This review can provide a reference for the application of ozone technology on the inactivation of new coronaviruses in water, as well as the interruption of secondary transmission in different medias.

Key words: ozone disinfection, SARS-CoV-2, inactivation, oxidation

中图分类号:

X703.1

冀豪栋,孙丰宾,赖波,刘文. 臭氧消毒研究进展及对新型冠状病毒的灭活启示[J]. 工业水处理, 2021, 41(11): 1-8, 106.

Haodong JI,Fengbin SUN,Bo LAI,Wen LIU. Research progress in ozone disinfection and implication in inactivation of SARS-CoV-2[J]. Industrial Water Treatment, 2021, 41(11): 1-8, 106.

https://www.iwt.cn/CN/Y2021/V41/I11/1

图/表 5

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病原体	种属	CT值或灭活率	实验条件
大肠杆菌（Escherichia coli）^〔26〕	细菌	4.0×10^-2 mg·min/L	6~41 μg/L
金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）^〔27〕	细菌	10 min灭活率92%	0.92 mg/L
大肠杆菌（Escherichia coli）^〔27〕	细菌	10 min灭活率95%	0.92 mg/L
白色念珠菌（Candida albicans）^〔27〕	细菌	10 min灭活率80%	0.92 mg/L
结核杆菌（Tubercle bacillus）^〔27〕	细菌	10 min灭活率94%	0.92 mg/L
蓝氏贾第鞭毛虫（Giardia lamblia）^〔28〕	原生动物	0.65 mg·min/L	1.10~2.52 mg/L，22 ℃
鼠贾第鞭毛虫（Giardia muris）^〔28〕	原生动物	0.24 mg·min/L	0.62~0.82 mg/L，22 ℃
孢子虫（Cryptosporidium parvum）^〔29〕	原生动物	3.08 mg·min/L	0.36~2.2 mg/L，25 ℃
艾柯病毒（Echovirus）^〔30〕	病毒	1.9×10^-3 mg·min/L	4.10~6.66 μmol/L，22 ℃
腺病毒（Adenovirus）^〔30〕	病毒	4.1×10^-3 mg·min/L	4.10~6.66 μmol/L，22 ℃
柯萨奇病毒（Coxsackievirus）^〔30〕	病毒	8.0×10^-3 mg·min/L	4.10~6.66 μmol/L，22 ℃
冠状病毒（SARS-CoV）^〔31〕	冠状病毒	4 min灭活率100%	27.73 mg/L，19 ℃
支气管炎病毒（IBV）^〔23〕	冠状病毒	40 min灭活率100%	20.3 mg/m³

病原体	种属	CT值或灭活率	实验条件
大肠杆菌（Escherichia coli）^〔26〕	细菌	4.0×10^-2 mg·min/L	6~41 μg/L
金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）^〔27〕	细菌	10 min灭活率92%	0.92 mg/L
大肠杆菌（Escherichia coli）^〔27〕	细菌	10 min灭活率95%	0.92 mg/L
白色念珠菌（Candida albicans）^〔27〕	细菌	10 min灭活率80%	0.92 mg/L
结核杆菌（Tubercle bacillus）^〔27〕	细菌	10 min灭活率94%	0.92 mg/L
蓝氏贾第鞭毛虫（Giardia lamblia）^〔28〕	原生动物	0.65 mg·min/L	1.10~2.52 mg/L，22 ℃
鼠贾第鞭毛虫（Giardia muris）^〔28〕	原生动物	0.24 mg·min/L	0.62~0.82 mg/L，22 ℃
孢子虫（Cryptosporidium parvum）^〔29〕	原生动物	3.08 mg·min/L	0.36~2.2 mg/L，25 ℃
艾柯病毒（Echovirus）^〔30〕	病毒	1.9×10^-3 mg·min/L	4.10~6.66 μmol/L，22 ℃
腺病毒（Adenovirus）^〔30〕	病毒	4.1×10^-3 mg·min/L	4.10~6.66 μmol/L，22 ℃
柯萨奇病毒（Coxsackievirus）^〔30〕	病毒	8.0×10^-3 mg·min/L	4.10~6.66 μmol/L，22 ℃
冠状病毒（SARS-CoV）^〔31〕	冠状病毒	4 min灭活率100%	27.73 mg/L，19 ℃
支气管炎病毒（IBV）^〔23〕	冠状病毒	40 min灭活率100%	20.3 mg/m³

方法	病原体	种属	灭活效果	实验条件
UV+臭氧^〔35〕	大肠杆菌（Escherichia coli）	细菌	120 s灭活率100%	UV 20 W/m²，臭氧0.46 g/m³，pH=7
H₂O₂+臭氧^〔36〕	鼠贾第鞭毛虫（Giardia muris）等	细菌、病毒、原生动物	灭活效果8.0log₁₀、CT值5.4 mg·min/L	臭氧1.0~4.0 mg/L，H₂O₂ 0~1.2 mg/L
超声+臭氧^〔37〕	大肠杆菌（Escherichia coli）、脑脊髓炎病毒（GDVII）、心肌炎病毒（Encephalomyocarditis）	细菌、病毒	灭活率100%	二级出水，152.4cm³/h臭氧，150 W超声功率
P25 TiO₂负载Ag（Cu、Ni）+臭氧^〔38〕	黑曲霉菌（A. niger）	真菌	k=0.475~0.966 h^-1	107 mL^-1，5 mg/L O₃，² mg/cm2催化剂
P25 TiO₂+UV+臭氧^〔39〕	大肠杆菌（Escherichia coli）	细菌	k=0.507 h^-1、灭活率100%	2.96 mg/cm²催化剂，24 W，O3 5.80 mg/h
P25 TiO₂+UVLED+臭氧^〔40〕	大肠杆菌（Escherichia coli）、抗性基因（ARGs）	细菌、抗性基因	灭活率100%	10 W UV LED，60 mL/min O₃
P25 TiO₂+UV或太阳光+臭氧^〔41〕	大肠杆菌（Escherichia coli）、沙门氏菌（Salmonella）、志贺氏菌（Shigellar）、弧菌（Vibrio）	细菌	达到100%灭活率的时间减少了50%~70%，且无细菌再生	200 mL^-1 E. coli，159 mL^-1 Salmonella，95 mL^-1 Shigellar，10 mL^-1 Vibrio，70 mW/cm² UV，37.6mW/cm²可见光，0.5 g/L催化剂，O₃ 20.83 mg/（L·min）

方法	病原体	种属	灭活效果	实验条件
UV+臭氧^〔35〕	大肠杆菌（Escherichia coli）	细菌	120 s灭活率100%	UV 20 W/m²，臭氧0.46 g/m³，pH=7
H₂O₂+臭氧^〔36〕	鼠贾第鞭毛虫（Giardia muris）等	细菌、病毒、原生动物	灭活效果8.0log₁₀、CT值5.4 mg·min/L	臭氧1.0~4.0 mg/L，H₂O₂ 0~1.2 mg/L
超声+臭氧^〔37〕	大肠杆菌（Escherichia coli）、脑脊髓炎病毒（GDVII）、心肌炎病毒（Encephalomyocarditis）	细菌、病毒	灭活率100%	二级出水，152.4cm³/h臭氧，150 W超声功率
P25 TiO₂负载Ag（Cu、Ni）+臭氧^〔38〕	黑曲霉菌（A. niger）	真菌	k=0.475~0.966 h^-1	107 mL^-1，5 mg/L O₃，² mg/cm2催化剂
P25 TiO₂+UV+臭氧^〔39〕	大肠杆菌（Escherichia coli）	细菌	k=0.507 h^-1、灭活率100%	2.96 mg/cm²催化剂，24 W，O3 5.80 mg/h
P25 TiO₂+UVLED+臭氧^〔40〕	大肠杆菌（Escherichia coli）、抗性基因（ARGs）	细菌、抗性基因	灭活率100%	10 W UV LED，60 mL/min O₃
P25 TiO₂+UV或太阳光+臭氧^〔41〕	大肠杆菌（Escherichia coli）、沙门氏菌（Salmonella）、志贺氏菌（Shigellar）、弧菌（Vibrio）	细菌	达到100%灭活率的时间减少了50%~70%，且无细菌再生	200 mL^-1 E. coli，159 mL^-1 Salmonella，95 mL^-1 Shigellar，10 mL^-1 Vibrio，70 mW/cm² UV，37.6mW/cm²可见光，0.5 g/L催化剂，O₃ 20.83 mg/（L·min）

介质	温度/℃	相对湿度/%	存活时间
不锈钢^〔3〕	21~23	40	2 d
不锈钢^〔48〕	室温	65	7 d
铜^〔3〕	21~23	40	4 h
纸^〔3〕	21~23	40	1 d
纸^〔48〕	室温	65	4 d
塑料^〔3〕	21~23	40	3 d
塑料^〔48〕	室温	65	7 d
布料^〔48〕	室温	65	2 d
木^〔48〕	室温	65	2 d
玻璃^〔48〕	室温	65	4 d
废水^〔49〕	20	100	1.5 d
废水^〔49〕	50	100	15 min
废水^〔49〕	70	100	2 min
自来水^〔49〕	20	100	1.7 d
粪便^〔50〕	—	—	7 d
痰液^〔51-52〕	21	40	24 h
气溶胶^〔3〕	21~23	40	3 h
气溶胶^〔53〕	室温	—	16 h
三文鱼^〔54〕	4	—	8 d
三文鱼^〔54〕	25	—	2 d

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臭氧消毒研究进展及对新型冠状病毒的灭活启示

Research progress in ozone disinfection and implication in inactivation of SARS-CoV-2

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