臭氧消毒研（yán）究進展及對新型冠狀病毒的滅（miè）活啟示
［摘要］新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）疫情給人（rén）類社會造成了（le）巨大威脅，因（yīn）新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）在不同（tóng）環境介質（zhì）中穩定性的差異，使如何高效殺（shā）滅（miè） SARS-CoV-2 成為關注的重要問題。在綜述臭氧及其協同技術在病原體滅活中應用的基礎上，探討了臭氧氧化技術在 SARS-CoV-2 滅活中的應用可行性，重點闡述了該（gāi）類技術對於病毒的滅活行為及機理（lǐ）。該綜述可（kě）為臭氧氧化技術應用於水中新冠病毒滅活及其在（zài）不同媒介中的次生傳播阻斷提供（gòng）理論依（yī）據和實踐參（cān）考。
2019 年末暴（bào）發的（de）由新型冠狀病毒（SARS-CoV-2，簡稱“新冠病（bìng）毒（dú）”）導致的全球性大規模新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）疫情給人類社會（huì）帶來了深遠的影響，到 2021 年（nián）5 月為止，全球範圍內已累計報道確診病例超過 1 億例。新冠病毒在人群中主要通過空氣（呼吸道飛沫）和物理接觸進行傳播。SARS-CoV-2 不具有細胞結構，而是由核糖核酸（RNA）和結構蛋白（bái）組成，因外觀像“皇冠”而得名。其中 RNA 是病毒的遺（yí）傳（chuán）物質，而其結構蛋（dàn）白包（bāo）括囊膜蛋白（E）、膜蛋白（M）、核衣殼蛋白（N）和刺（cì）突蛋白（S）4 種組分，起（qǐ）到保（bǎo）護（hù）病（bìng）毒核酸（suān）和與宿主細胞（bāo）結合的作（zuò）用。目前，有研究表明新冠病毒的刺突（tū）蛋（dàn）白會首先與人體細胞中的血（xuè）管緊張素轉化酶 2（ACE2）結合進（jìn）而（ér）達到攻擊人體細（xì）胞的目的（de），其中刺突蛋白1（S1）與 ACE2 結合的能力是 SARS 病毒（SARS-CoV，同屬冠狀病毒，導致 2013 年（nián） SARS疫情）的 10~20 倍（bèi），這也是 SARS-CoV-2 相比於（yú） SARS-CoV 傳（chuán）染（rǎn）性高和致（zhì）病性強的內在原因。因此基於新冠病毒的結構（gòu）組成和致病原理（lǐ），阻斷其傳播致病的途（tú）徑主要有：（1）抑（yì）製和幹擾 SARS-CoV-2 的刺突蛋白與人（rén）體細胞的結合路徑；（2）直接破壞 SARS-CoV-2 的刺突蛋白結構，使病毒無法與宿主細胞結合從而失去感染性；（3）破壞 SARS-CoV-2 的核衣殼（ké）蛋白結構，進而（ér）使 RNA 失去保護而解體；（4）破壞 SARS-CoV-2 的 RNA 鏈，使病毒喪失繁殖能（néng）力。
目前而言，切斷病毒在介質中傳播的主要手段（duàn）仍以紫外消毒、氯製劑消毒和臭氧技術的傳統消毒（dú）為主。其中傳統的氯製劑，如廣泛（fàn）使用的 84 消毒液，主要是依靠（kào）次氯（lǜ）酸的氧化作用（yòng）實現物體表麵和環境的消毒。雖然次氯酸能穿透細菌的細胞壁，破壞細菌的酶係統，使細菌死亡，但是對（duì）無細胞結構的病毒的殺滅（miè）效（xiào）果差，因而存在消毒效率（lǜ）低和持（chí）續性差等缺點。紫外消（xiāo）毒是通過破環微生物的壞脫氧核糖核酸（DNA）和 RNA，幹擾其複製和轉錄，從而達（dá）到滅活的（de）目（mù）的，該方法具有效率高、不產生二次汙染、廣譜性的優勢，但是由於需額外提（tí）供（gòng）紫外光源，因而會受到能（néng）耗、光利用（yòng）率、運行成本和維護成本的（de）限製。臭氧（O3）作為一種高反應活性分子（zǐ），其氧化電位為 2.07 V，高於（yú）過氧化氫、二氧化氯（lǜ）、氯氣和高錳酸根等（děng）氧化劑，分子本子即具（jù）有強的氧化能力。此外（wài），臭氧在水中也能轉化形成活性更（gèng）高的活性氧物種（ROS），如（rú）羥基自由基（•OH，氧化電位 2.8 V），進而進行間接氧化作（zuò）用。臭氧（yǎng）的直（zhí）接和間（jiān）接氧化不僅（jǐn）可以降解水中汙染物（wù），還可以消毒殺菌（jun1），如臭氧及其衍化產生的自由基能夠滅活各種病原體，如細菌、原（yuán）生動物、真菌和病毒等。因而，臭氧氧化及其協同技（jì）術在阻斷新（xīn）冠病毒傳播和滅殺方（fāng）麵的具有很好的應用前景。臭氧用作消（xiāo）毒劑（jì），相比於氯製劑更（gèng）有效、反應時間更短且微生物再生率低（dī）。此外，臭氧（yǎng）技（jì）術還可以提高下遊工段的效率，如能減少膜工藝中的結垢，同（tóng）時過（guò）量的臭氧氣體能在較短的時間內分解為氧氣（qì），因而次生環境問題相比於氯消毒技術來說大大降低。但是當前的臭氧技術也麵臨多（duō）種多樣的（de）問題，如為了達到有效消毒常投加高臭氧劑量，過量的臭氧（yǎng）雖然可以同時去除有機微（wēi）汙染物，但（dàn）也會腐蝕（shí）管道設備，且與溶解的有機微汙染物發生不完全（quán）氧（yǎng）化反應會（huì）產生毒害消毒副產物，這一過程不僅增加了能耗，而且會帶來一定的環境健康風險。因而針對實際（jì）應用，優化臭氧消毒（dú）技術及臭氧耦（ǒu）合消毒工藝的開發也成為了未來的重要（yào）發展方（fāng）向。
筆者通過（guò）綜述臭（chòu）氧及臭（chòu）氧協同（tóng）技術在原生動物、細菌（jun1）和病毒等（děng）病原微（wēi）生物（wù）滅活中的應用，並結合很新關於（yú）臭氧技術用於滅活（huó）新冠（guàn）病毒 SARS-CoV-2 的研究，深入探究臭氧對新冠病毒的滅活行為及機理，提出此類技術的適用性及未來發展方向，由此可為臭（chòu）氧氧化技術應用於新冠病毒滅（miè）活及其在不同媒介中的次生傳播阻斷提（tí）供理論（lùn）依據和實（shí）踐參考。
冀豪棟，孫（sūn）豐賓，賴波，劉文
1. 北京大學環境科學與（yǔ）工程學院水沙教育部重點實驗室，北京 100871；
2. 北京大學（xué）國家環境保護河流全物質通量重點實驗室，北京 100871；
3. 四川大學建築與（yǔ）環境學院（yuàn）；中德水（shuǐ）環境與健康（kāng）研究中心，四川成都 610065；
4. 中國醫學裝備協會醫院建（jiàn）築與裝備分（fèn）會醫院水係統（tǒng）研究中心，四川成都（dōu） 610065）
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臭氧消毒
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