Группа ученых из Израиля, США, Китая и Германии разработала новую ультрафильтрационную мембрану, которая способна очищать воду от вирусов.
Развитие технологий вторичного использования сточных вод сопряжено с эпидемиологическими рисками. Содержание патогенов, например норовирусов (Norovirus) и аденовирусов (Adenoviridae), вызывающих гастроэнтерит, в таких источниках может достигать десяти особей на литр, при этом из-за небольшого размера (обычно 10–300 нанометров) их уничтожение затруднено. Существующие способы очистки воды, как правило, основаны на дезинфекции с помощью ультрафиолета и хлора, однако их эффективность неоднократно ставилась под сомнение, кроме того, такие методы дозозависимы. В 2011 году американские ученые представили мембранный биореактор (MBR), который хорошо справлялся с фильтрацией вирусов, тем не менее, проницаемость материала снижалась со временем, повышая расходы на эксплуатацию.
В новой статье специалисты из Университета имени Бен-Гуриона и других вузов описали недорогой метод очистки воды с использованием коммерчески доступной ультрафильтрационной мембраны из полиэфирсульфона (PES). Для повышения проницаемости материал подвергали полимеризации с помощью гидрогелевого покрытия на основе двух мономеров SPP. После этого мембрану тестировали методом Фурье-спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения в инфракрасной области (ART-FTIR) и использовали для фильтрации бактериофага человеческого аденовируса 2 (HAdV-2) и РНК-вируса MS2, инфицирующего кишечную палочку (Escherichia coli) и других представителей семейства энтеробактерий (Enterobacteriaceae), размером не более 450 нанометров.
Механизм работы фильтра / ©Ruiqing Lu et al., Water Research, 2017
Дополнительно авторы испытали новую мембрану, загрязнив ее растворимыми продуктами жизнедеятельности микроорганизмов (SMPs) из сточных вод Траверс-Сити, штат Мичиган. Результаты первых тестов показали, что после полимеризации вирусная нагрузка в образцах снизилась в миллион раз по сравнению с необработанной мембраной (первоначальный уровень составлял 100–1000 копий вирусной РНК на миллилитр) для HAdV-2. При этом поток воды снижался всего на четыре процентных пункта. Сопоставимое снижение вирусной нагрузки наблюдалось в случае MS2 при уменьшении потока воды на 31 процентный пункт. После загрязнения материала SMPs проницаемость изменилась незначительно: уровень патогенов в воде снижался в миллион раз и более.
По словам исследователей, после очистки вирусы оставались обнаружимы в воде, несмотря на то, что проницаемость мембраны была рассчитана на удаление объектов молекулярной массой не менее 150 килодальтон, что может быть связано с дефектами материала. В то же время модифицированный MBR значительно превзошел обычную мембрану по показателю фильтрации. Данные ART-FTIR также показали, что метод позволяет получать мембрану с повышенным диапазоном отталкивания, в результате чего вирусы «отбрасываются» гидрогелевой поверхностью на большее расстояние. При этом разработка не требует создания принципиально новых материалов или устройств и предполагает использование коммерчески доступных фильтров, что упрощает ее внедрение.
Статья опубликована в журнале Water Research.
