Знезараження, дезінфекція питної води ультрфіолетом та перекисом водню
Реалізація знезараження, дезінфекція води за допомогою ультрафіолетового випромінювання та перекисом водню (Н202) для інактивації мікроорганізмів.
Компанія з водопостачання N.V, PWN (Північна Голландія) має намір замінити на одному з підприємств знезараження питної води хлорування до точки перелому на більш продуктивний процес. При цьому переслідуються такі цілі: обмеження утворення побічних продуктів у процесі дезінфекції води, підвищення ступеня інактивації хвороботворних мікроорганізмів, створення багатьох бар'єрів для регулювання органічних забруднюючих речовин.
Було проведено дослідження, яке продемонструвало можливість знезараження води за допомогою ультрафіолетового випромінювання спільно з перекисом водню Н202 (обробки ультрафіолету/перекисом водню Н202) для первинної дезінфекції води та регулювання вмісту пестицидів при безпосередній обробці поверхневої води. Завданням цього етапу модернізації є вирішення проблем, пов'язаних з утворенням тваринних продуктів та необхідністю створення бар'єрів для хвороботворних мікроорганізмів, таких як протоза, а також бар'єрів для мікроскопічних забруднювачів, наприклад, пестицидів. У вдосконалених методах технології знезараження води (ультрафіолет/перекисом водню Н202) гідроксильні радикали, що утворюються, діють у 106-109 разів швидше, ніж озон.
Фотоліз та вдосконалені методи окислення при обробці з використанням ультрафіолету / перекисводню Н202
Ультрафіолетовий фотоліз заснований на поглинанні фотонів ультрафіолетового випромінювання забруднювальними речовинами, в результаті якого відбувається розпад цих речовин більш дрібні елементи. Для процесу фотолізу необхідно, щоб енергія, що поглинається, була більше енергії зв'язку.
Поряд із поглинанням фотонів ультрафіолетового випромінювання важливим фактором є квантовий вихід розпаду. Склади з високою поглинаючою здатністю ультрафіолетового випромінювання і високим квантовим виходом дуже схильні до фоторозпаду. Однак не всі речовини мають достатню здатність поглинати ультрафіолетове випромінювання або мають високий квантовий вихід. Тому для зниження селективності розпаду може додаватися перекис водню Н202, завдяки якому утворюються гідроксильні радикали.
Загальний вираз для інтенсивності розпаду забруднюючих речовин є комбінацією члена, що відображає внесок безпосереднього фотолізу ультрафіолетового випромінювання, і члена, що визначає реакції гідроксильних радикалів:
Знезараження води ультрафіолетовим випромінюванням
Опубліковано масу робіт про інактивацію фекальних коліформних бактерій ультрафіолетовим випромінюванням. Відомо, що віруси та спороутворюючі бактерії стійкіші до впливу ультрафіолетового випромінювання, ніж коліформні бактерії. Для вірусів, бактеріальних суперечок та амебних утворень потрібне у 3, 4, 9 та 15 разів більше опромінення ультрафіолетовим випромінюванням, щоб досягти такого ж рівня інактивації, як і у бактерій Escherichia coli.
Досі вважалося, що цисти протозу не чутливі до ультрафіолету, проте недавні дослідження показали, що цисти Cryptosporidium parvum та Giardia mirus відносно чутливі до ультрафіолетового випромінювання.
Для процесу знезараження води дуже важливим параметром є можливість відновлення життєдіяльності хвороботворних мікроорганізмів. Добре відомо, деякі мікроорганізми здатні відновлюватися після опромінення ультрафіолетовим випромінюванням. Бактерії Е coli, інактивовані ультрафіолетовим випромінюванням низької інтенсивності, відновлюють свою ДНК після кількох днів перебування у темряві. Кінцевою метою знезараження питної води ультрафіолетовим випромінюванням є така руйнація ДНК хвороботворних мікроорганізмів, після якої її відновлення неможливе.
Інактивація мікроорганізмів. Лабораторні експерименти
Було показано, що бактеріофаг MS2 відносно стійкий до інактивації ультрафіолетовим випромінюванням. В умовах коли фаг MS2, зважений у досліджуваній воді PWN, піддавався дозам ультрафіолетового випромінювання порядку 20-25 мДж/см 2 , досягалося зниження вмісту мікроорганізмів, відповідне 1 одиниці за логарифмічною шкалою ( рис . 1).
Мал. 1. Логарифм показника інактивації фага MS2 при знезараженні ультрафіолетовим випромінюванням.
Для фага MS2 залежність логарифму інактивації від ефективної дози опромінення ультрафіолетовим випромінюванням характеризується майже лінійною функцією, особливо діапазоні дози опромінення до 50 мДж/см 2 . Це відрізняється від кривих інактивації під впливом ультрафіолетового випромінювання для Bacillus subtilis (рис. 2), Giardia muris (рис. 3) та Cryptosporidium parvum (рис. 4), для яких явно спостерігаються ефекти викривлення та кінцеві ефекти.
Мал. 2. Логарифм показника інактивації ендоспор Bacillus subtilis при дезінфекції ультрафіолетовим випромінюванням.
Мал. 3. Логарифм показника інактивації цист GiardiaMuris при дезинфекції ультрафіолетовим випромінюванням.
Мал. 4. Логарифм показника інактивації ооцистів Cryptosporidium parvum при дезінфекції ультрафіолетовим випромінюванням.
На рис. 3 представлені в загальному вигляді результати інактивації ультрафіолетовим випромінюванням ендоспор Bacillus subtilis, зважених у досліджуваній воді PWN. Виразний ефект викривлення спостерігався при дії на ендоспори дозами ультрафіолетового випромінювання, більшими за 20 мДж/см 2 .
Крім того, спостерігався чіткий кінцевий ефект. В одній із робіт, що висвітлюють цю проблему, повідомляється про зниження вмісту мікроорганізмів, що відповідає 4 одиницям за логарифмічною шкалою при дозах опромінення 60 мДж/см 2 . У даному дослідженні отримані дані зниження вмісту, еквівалентні 3 і 4 логарифмічним одиницям при опроміненні 60 і 120 мДж/см 2 відповідно.
Було показано, що цисти Giardia muris, зважені в досліджуваній воді PWN, відносно чутливі до інактивації ультрафіолетовим випромінюванням. При дозах ультрафіолетового опромінення близько 20 мДж/см 2 результат інактивації Giardia muris характеризується показником, що перевищує 2 логарифмічні одиниці. Однак при дозах опромінення, більших 20 мДж/см 2 на кривій здатності ультрафіолетового випромінювання інактивації інфекційного потенціалу цист Giardia muris спостерігався виразний кінцевий ефект (рис. 3). Збільшення дози опромінення Giardia Muris до 120 мДж/см2 додає лише 1 логарифмічну одиницю інактивації порівняно з дозою 20 мДж/см2.
Зважені в досліджуваній воді PWN ооцисти Cryptosporidium parvum дуже чутливі до невеликих доз ультрафіолетового опромінення. У дослідах, при яких ооцисти піддавалися дозам опромінення, рівним 20 мДж/см 2 спостерігалося зменшенняінфекційної здатності цих мікроорганізмів, що відповідає 3 логарифмічним одиницям. Для ооцистів Cryptosporidium parvum кінцевий ефект зі збільшенням дози опромінення негаразд виражений, як цист Giardia Muris (рис. 4). При дозах ультрафіолетового випромінювання, приблизно рівних 120 мДж/см 2 показник інактивації виражається значеннями 4-5 логарифмічних одиниць. Однак присутність кінцевого спаду діаграми інактивації (рис. 5) вказує на можливу наявність у будь-якій групі ооцистів фракції, стійкої до ультрафіолетового випромінювання. Це припущення вимагає підтвердження молекулярного аналізу стійкої до опромінення фракції ооцистів. Отримані дані показують, що знезараження води ультрафіолетовим випромінюванням є надійною технологією інактивації хвороботворних мікроорганізмів у питній воді. Доза ультрафіолетового випромінювання, еквівалентна 105 мДж/см 2 забезпечує високий ступінь інактивації фагів і ендоспор і повну інактивацію цист протоза і ооцист.
Мал. 5. Інактивація фагів MS2, ендоспор Bacillus Subtilis та ооцистів Cryptosporidium parvum при дезінфекції дозами ультрафіолетового випромінювання 120 мДж/см 2
Відновлення життєдіяльностімікроорганізмів
Важливо розуміти, що не існує загальноприйнятої думки про те, чи викликає ультрафіолетове опромінення постійну чи тимчасову інактивацію мікроорганізмів. Порівняно мало відомо про здатність відновлення пошкодженої ДНК цист, які переносяться водою хвороботворних мікроорганізмів протозу.
Дані вказують на те, що ні Giardia muris, ні ооцисти Cryptosporidium parvum у штучних умовах не здатні до відновлення. Дані відновлення в природних умовах цист Giardia muris наводяться в табл .1.
Зцих даних можна зробити висновок, що Giardia muris можуть у природних умовах відновлюватися після ультрафіолетової обробки при низьких дозах опромінення близько 25 мДж/см 2 . Це істотно нижче значення дози 105 мДж/см 2 необхідної для інактивації фагів MS2, що відповідає 3,5 логарифмічним одиницям. Через «кінцеву точку» моделі піддослідних тварин відновлення в природних умовах ооцистів Cryptosporidium parvum не може бути перевірено.
Розпад органічних мікроскопічних забруднюючих речовин.
Лабораторні експерименти із попередньо обробленою водою озера Іссель.
Кількість минулих днів
Кількість інфікованих мишей / Загальна кількість мишей