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饮用水水质是关系人类健康的主要因素之一。水中的化学和生物成分、种类及其含量,是水质的中心问题。如何去除水中日益复杂的有害成分并保留对人体健康的有益成分是提高水质的核心问题。活性炭是目前饮用水深度处理的核心材料之一,无论在外部形态上,还是在对不同化学和生物物质的选择性吸附功能和特性上,都发展很快。虽然活性炭应用于水处理方面的研究很多,但是其在去除肠道病毒能力方面的研究却十分匮乏。然而,饮用水的病毒安全性是水质的主要关心问题之一。本研究通过实验室三角瓶实验,初步探讨了多种活性炭材料在不同条件下去除人类肠道病毒指示物的能力。该指示物采用的是细菌病毒F-噬菌体类别中的单链RNA噬菌体f2。测定了在特定条件下水中存活的f2噬菌体数量随时间的变化及其该动力学的一级或二级拟合曲线。该曲线给出了速率反应常数及其去除1log和2log噬菌体数量所需要的时间。
本研究还测定了f2噬菌体在梅江管道直饮水厂的四个工艺流程采样中的含量,这四个样品包括:斜管混凝池和斜板生化池中的沉积物以及炭滤池中的活性炭和砂滤池中的煤滤料,以探讨现场测定方法的可行性。
研究发现不同的活性炭材料在不同的实验条件下均可去除相当数量的f2噬菌体,去除过程通常可用一级动力学方程拟合,呈现双阶段动力学,即初始快速去除阶段,通常在前一小时内去除率达到60%左右,和后期的缓慢去除阶段,实验结束时的去除率可接近99%或以上。根据一级或二级拟合方程计算,去除1 log 噬菌体数量所需时间通常为1至3小时,去除2 10g噬菌体数量的时间通常为1至6小时。沸水浸渍预处理活性炭以去除杂质,既可加快又可降低去除速率;温度从15℃上升至25℃和35℃,可加快去除过程;偏酸 (pH 6.0)和偏碱(pH 8.4) 的去除速率均高于中性pH 7.3的去除速率;钙离子浓度从100 mg/L增加到500 mg/L,可促进f2噬菌体的去除;磷酸缓冲溶液的去除速率高于去离子水的去除速率。粉末活性炭的去除速率最快,其次为颗粒活性炭,纤维活性炭布块最慢。实验未能测量到水厂样品中含有f2噬菌体,推测是因为含量低或洗脱过程效果差或洗脱导致噬菌体失活。
结果表明,活性炭材料具有一定或显著去除肠道病毒的能力,其效果的好坏取决于特定的应用方式。因此,进一步的实验研究十分必要,如条件可控的中型或大型活性炭柱过滤实验。本研究结果将为在水的深度处理中应用活性炭工艺,提供病毒学安全方面的科学依据。