世界衛生組織(WHO)估計，至少仍有20億人飲用被糞便污染的水源[1]。這種情況加上不良的衛生條件，與傳染性腹瀉疾病的傳播高度相關[2]，腹瀉病仍是兒童死亡和發病的主要原因，主要源于食用受污染的食物和水。該疾病每年導致近50萬兒童死亡，是9歲以下兒童第二大死因[3]。此外，貧困、飲用水不足和衛生條件差導致營養不良、因無法工作造成的經濟損失，以及教育和社交發展的缺失[4]。

太陽光水消毒(SODIS)已成為中低收入國家(LMICs)廣泛使用的家庭水處理(HWT)方法，在這些地區獲取安全用水是一項艱巨的任務。SODIS是將裝有微生物污染水的透明容器（多為1.5-2升聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料瓶）置于陽光下直射至少6小時的過程[5]。該方法因其對多種水傳病原體有效、低成本、易用性和環境可持續性，成為一種合適的制取飲用水的方法[6]，[7]。多項研究已證明該方法在埃塞俄比亞、肯尼亞、喀麥隆、柬埔寨或印度等國對健康的積極影響[8]，[9]，[10]，[11]，[12]，[13]。然而，SODIS存在幾個影響其效能的局限性：i) 塑料瓶的容積小，不足以滿足家庭的日常需求；ii) 容器材料的透光率。特別是PET對紫外線B(UV-B)不透明，而UV-B是造成DNA損傷的主要因素，導致對微生物（尤其是病毒和原蟲）的滅活效果降低；iii) 細菌因其修復基因損傷的能力可能會重新生長[6]，[14]，[15]。此外，雖然SODIS程序對細菌的效能已被證明非常出色，但對病毒和原蟲的效能可能有限[6]，[7]，[16]，[17]，[18]。

高級氧化過程(AOPs)因其能夠通過產生活性氧(ROS)，如羥基自由基(HO^•)、過氧化氫(H₂O₂)等，來增強太陽能凈化和消毒的能力，從而滅活微生物和降解有機污染物，一直是研究的課題[19]，[20]，[21]。最近，硫酸根自由基(SO₄^•?)因其高氧化還原電位(2.5-3.1 V)引起了關注，其與羥基自由基(2.8 V，相對于標準氫電極)相當，在pH 2-8的廣泛范圍內能更有選擇性地與有機物反應[19]。此外，硫酸根自由基的半衰期更長，這有助于與目標化合物更好地相互作用[22]。

過氧單硫酸鹽(PMS)是過硫酸氫鉀復合鹽在水溶液中的活性形式。PMS可通過紫外線輻照(Eq. (1))、熱量或過渡金屬（Fe²⁺(Eq. (2))是最常用的一種[17]，[23]）均裂過氧化物鍵激活為羥基和硫酸根自由基。除了硫酸根和羥基自由基生成的主要途徑(Eq. (1))外，還有持續產生活性物質的鏈增長反應。硫酸根自由基可與介質中的PMS反應，生成五氧化硫自由基(SO₅^•?) (Eq. (3)) [17]。

PMS可能是一種合適的水消毒氧化劑，因為它易于處理、穩定、低成本且環保。此外，增強SODIS程序僅需微摩爾濃度，產生無害的殘留化合物，與飲用水兼容[20]，[24]，[25]。雖然幾項研究已證明PMS是病毒、細菌和酵母等潛在致病微生物的有效滅活劑[23]，[26]，[27]，[28]，[29]，[30]，[31]，但缺乏確定其對抗水傳原蟲類群功效的研究。

隱孢子蟲(Cryptosporidium)是一種原生動物寄生蟲屬，可引起人類和許多脊椎動物宿主的胃腸道疾病[32]。其感染形式（卵囊）特別頑強，能抵抗氯消毒等常規消毒方法，對公共衛生構成重大風險[32]，[33]，[34]。卵囊通過糞-口途徑傳播，其體積小、感染劑量低、繁殖能力強且缺乏治療方法，促進了它們的傳播[34]，[35]。因此，在2017-2022年間報告的介水傳播疾病暴發中，隱孢子蟲占77.4%，是該類最常見的原蟲病原體[36]。它每年在2歲以下兒童中引起290-470萬腹瀉事件，導致每年超過20萬兒童死亡[37]，[38]。盡管隱孢子蟲是工業化和發展中國家水處理中的主要挑戰，但由于社會經濟因素，其在中低收入國家的流行率顯著更高[39]。所有這些因素使得隱孢子蟲的風險控制繼續成為全球水務部門關注的關鍵問題[40]。世界衛生組織選擇微小隱孢子蟲(C. parvum)作為評估HWT時水傳原蟲類的參考病原體，因其在環境中高度持久、對化學消毒極端抗性且在水處理中難以控制[41]。WHO評估HWT的國際方案規定，消毒處理必須證明對原蟲至少有2個對數或4個對數（高度保護）的滅活效果[34]。使用微小隱孢子蟲作為基準，可確保實現2或4個對數滅活的技術不僅能為隱孢子蟲，也能為抗性較低的原蟲提供強有力的保護[41]。

在過去幾十年中，多項研究評估了SODIS對隱孢子蟲的有效性，證明溫度和紫外線輻射是滅活微小隱孢子蟲卵囊的關鍵因素[42]，[43]，[44]，[45]。因此，確認了它們的協同效應以及入射光譜分布的強烈影響，其中UV-B輻射是導致卵囊滅活的主要因素[44]，[46]，[47]，[48]。此外，還評估了水濁度的影響，強調其是限制SODIS對抗隱孢子蟲效率的主要因素之一[43]，[49]。

除了這些發現，研究還集中于克服SODIS方法對抗隱孢子蟲的局限性。增強透光率和增加處理水量的策略包括評估不同塑料材料和容積的容器[50]，[51]，[52]。其他方法包括使用復合拋物面聚光器反應器以及整合AOPs，如二氧化鈦(TiO₂)和光芬頓過程[53]，[54]，[55]，[56]，[57]，[58]。盡管針對隱孢子蟲開展了不同SODIS方法和策略的多種研究，但與其他微生物相比，相關研究仍然稀少，突顯了進一步研究的必要性。

SODIS方法是一種用于中低收入國家的水處理技術，其對環境抗性病原體（如微小隱孢子蟲）的效能仍然有限。因此，增強其效能是為資源貧乏地區提供更安全飲用水的關鍵。迄今為止，尚無研究調查PMS在SODIS方法中對抗隱孢子蟲的應用。本研究評估了添加PMS（無論是否存在Fe²⁺）是否能與標準SODIS相比，顯著提高卵囊滅活效果。此外，本研究評估了三種SODIS容器塑料材料在不同水基質中的影響，并包括毒理學評估。其研究結果有望為改進SODIS對抗原蟲的效能提供初步見解，并可能在為中低收入國家提供更安全的家庭飲用水方面具有應用潛力。

這是首項評估PMS在SODIS程序中滅活微小隱孢子蟲卵囊效能的研究。由于此前沒有研究調查PMS對抗隱孢子蟲的應用，PMS濃度（最高5 mM）是基于科學文獻中報道的針對其他水傳病原體的值來選擇的[17]，[23]，[26]。在此背景下，當水樣在40°C的模擬太陽光下暴露6小時（無蓋）時，0.5 mM的PMS濃度導致卵囊活力降低5.0個LR。然而，當水樣在PET、PP或PMMA塑料蓋下暴露時，需要更高的PMS濃度（1 mM）才能達到類似的滅活水平。這可能是由于塑料材料會減弱紫外線輻射的穿透，而紫外線輻射是激活PMS產生活性物質所必需的。有趣的是，在井水中，即使沒有Fe²⁺，所有塑料蓋下0.5 mM PMS也能實現>4個LR，這表明井水基質中的某些成分可能促進了PMS的活化。在存在Fe²⁺的情況下，PMS的滅活效果進一步增強，這歸因于Fe²⁺催化PMS產生額外的硫酸根自由基(SO₄^•?)和羥基自由基(HO^•)。然而，添加Fe²⁺也引發了毒性問題。用大型溞(Daphnia magna)進行的毒性試驗表明，在存在Fe²⁺的情況下，經過0.5 mM PMS處理并在PP和PMMA蓋下的井水，在24和48小時后僅造成10%的死亡率，這表明在優化條件下，該處理可能具有可接受的環境安全性。總體而言，本研究的結果表明，將PMS整合到SODIS程序中，可以有效滅活抗性強的隱孢子蟲卵囊，并可能減少實現足夠消毒所需的暴露時間。這對于在中低收入國家推廣改進的SODIS方法具有重要意義，因為這些地區隱孢子蟲感染是導致腹瀉病的主要原因。需要進一步的研究來優化PMS濃度、光照條件和塑料材料，以最大限度地提高滅活效果，同時最大限度地減少潛在毒性，并在現場條件下驗證這些發現。

獲取安全用水仍然是世界許多地區面臨的重大挑戰。SODIS方法是一種用于中低收入國家的HWT，但不足以滅活抗性最強的水傳病原體。因此，提高其有效性至關重要。本工作首次評估了使用PMS增強SODIS程序對抗微小隱孢子蟲卵囊（抗性最強的水傳病原體之一）的效果。這項初步研究獲得的結果表明，在存在或不存在Fe²⁺的情況下，PMS都能顯著增強SODIS對卵囊的滅活。特別是在無蓋條件下，0.5 mM的PMS足以實現超過4個LR的滅活，達到了WHO對原蟲的高保護標準。即使在水樣被常見塑料材料覆蓋時，井水中0.5 mM的PMS也能實現類似的滅活水平。毒性評估表明，在優化條件下，處理后殘留的毒性較低。這些發現為開發更有效、更安全的家庭水處理解決方案提供了有希望的方向，特別是針對資源有限、隱孢子蟲感染高發的地區。未來的研究應側重于現場試驗、長期安全性評估以及與其他水處理技術的整合，以推進該技術的實際應用。