脉冲电晕放电等离子体在水中的病毒消杀效果及机理

由于水处理过程中难以监测和灭活，水传播病毒是影响公共健康的主要风险因素之一。迄今为止，已经在地下水和地表水中，甚至在饮用水中检测到多种病毒，如腺病毒、轮状病毒、诺如病毒和水生病毒。最近，新出现的SARS-CoV-2也在世界许多地区的污水中被检测到。这些病毒可以在水中保存很长时间，甚至在高度稀释的状态下也可能保持传染性，从而对人类健康以及动物福利和生产带来严重风险。

在过去的几年里，人们研究了许多水净化技术来灭活病毒病原体。例如，广泛使用的氯非常有效，但它可能会导致诱变副产物的形成。紫外线(UV)消毒技术已被证明在灭活病毒方面是有效的，然而，水的浊度可能会阻碍紫外线处理的有效性。光催化是一种替代消毒策略，能够灭活水中的微生物病原体，但是由于光催化剂的光催化活性有限以及许多病原微生物的高环境抗性，缓慢的微生物失活动力学成为光催化消毒应用中的一个主要问题。

图1 用于病毒灭活的PCDP系统示意图。(A)系统图。(B)反应堆容器的三维图。

脉冲电晕放电等离子体(PCDP)具备高去除效率和环境兼容性。在PCDP处理过程中，会产生大量活性粒子(RS)，如过氧化氢(H2O2)、臭氧(O3)、单线态氧(1O2)和羟基自由基(⋅OH)，此外，物理效应也与UV光一样产生，并进一步改善污染物去除。这些强氧化RS和物理效应将协同作用于水污染物，实现高效净化。

图2 RS在脉冲电晕放电系统中对SVCV的灭活过程

PCDP通过对生物大分子造成损伤而有效地灭活细菌，但其对水传播病毒的影响尚未报道。该研究以鲤春病毒血症病毒(SVCV)为模型，评价了PCDP对病毒的灭活效果。处理120 s后，细胞中SVCV的感染性降低了4-log10.与没有病毒攻击的对照鱼相比，感染了PCDP灭活的SVCV 240 s或更长时间的鱼的存活率没有显著差异，从而证实了PCDP对水传播病毒灭活的可行性。

图3 PCDP处理后SVCV的传染性

进一步的研究表明，脉冲电晕放电产生的RS首先通过穿透SVCV病毒粒子与磷酸蛋白(P)和聚合酶复合蛋白(L)反应，然后通过对基因组和其他结构蛋白的损伤导致病毒感染力的丧失。

图4 不同处理变量对 PCDP 对 SVCV 灭活的影响

图5 PCDP处理后SVCV：左)蛋白肽丰度的热图;右)基因组损伤的影响。 (A) G (糖蛋白)基因、(B) M (基质蛋白)基因、(C) N (核蛋白)基因、(D) P (磷蛋白)基因和 (E) L (分别扩增聚合酶复合蛋白)基因

参考文献

Song K, Wang H, Jiao Z, et al. Inactivation efficacy and mechanism of pulsed corona discharge plasma on virus in water[J]. Journal of Hazardous Materials, 2022. 422: 126906.