重力驱动膜过滤系统对水生病原体去除效能及公共卫生保护作用的评估研究

本研究针对废水处理中病原体去除不足的难题，研究人员通过重力驱动膜(GDM)过滤系统，系统评估了其对水生病原体（如诺如病毒和细菌）的去除效果及公共卫生风险。结果表明，GDM可实现细菌8-log10和病毒4.5-log10的高效去除，将诺如病毒感染风险降低4个数量级，同时揭示了膜完整性、孔径分布和生物膜形成的协同作用机制，为低能耗废水处理技术提供了重要理论支撑。

　　

水生病原体对公共卫生构成持续威胁，看似清洁的废水仍可能携带高浓度病原体。传统废水处理厂对肠道病毒的去除效率有限（仅1-3 log₁₀），难以满足安全需求。瑞士联邦水科学与技术研究所（Eawag）的研究人员Chaojie Li在《Food and Environmental Virology》发表研究，通过重力驱动膜(GDM)系统创新性地解决了这一难题。

研究采用跨三大洲8个污水处理厂的样本队列，结合定量微生物风险评估(QMRA)模型和微生物挑战实验，系统评估了GDM对诺如病毒的去除效能。关键技术包括：微生物挑战测试（使用MS2噬菌体和粪肠球菌作为替代指标）、荧光染料完整性检测、光学相干断层扫描(OCT)生物膜表征，以及基于β-二项式模型的感染风险计算。

微生物挑战测试

通过18次重复实验验证，膜完整性测试数据稳定性ACF/PACF分析显示滞后阶数>1时收敛于95%置信区间。粪肠球菌平均去除率达6.2-log₁₀，其中3M PH膜表现最佳（8-log₁₀）。

病毒去除与生物膜效应

MS2噬菌体在清洁膜中平均去除2.3-log₁₀，而生物膜形成后UP150膜去除率提升至4.5-log₁₀。OCT显示US100和UP150膜生物膜更厚密（见图7），印证"次级膜"增强效应。

风险量化分析

原始废水感染风险>95%，经GDM处理后UP150膜风险降至<0.02%。孔径分布分析揭示13nm UP150膜优于标称11nm的US100膜，表明孔径均匀性比标称值更具预测价值。

该研究突破性发现生物膜可提升病毒去除2-log₁₀，但伴随渗透率下降至100L/(m²hbar)。通过建立VCF（体积浓缩因子）敏感性公式，为膜完整性监测提供了量化工具。研究为低能耗分散式水处理提供了关键技术支撑，其创新的QMRA模型和生物膜调控策略对全球水安全管理具有重要指导意义。