Инактивация микроорганизмов ультрафиолетовым излучением эксилампы с использованием пероксида водорода и нанодисперсных частиц диоксида титана (стр. 2 )

Доза излучения, мДж/см2р

 

Рис. 1. Изменение численности клеток E. coli в воде после УФ-облучения KrCl-эксилампой.

Тем не менее, доза УФ-излучения 66 мДж/см2 (30 с), обеспечивала снижение численности на 3,5 порядка, что соответствует эффективности обеззараживания 100%. Полная же инактивация клеток была достигнута после облучения в течение 120 с.

Для инактивации суспензии, содержащей относительно низкие концентрации клеток B. cereus (102–103 КОЕ/мл), необходимой является доза 66–132 мДж/см2, достигаемая за 30–60 с облучения (Рис. 2).

Доза излучения, мДж/см2р

660

528

0

132

264

396

Рис. 2. Изменение численности клеток B. cereus в воде после УФ-облучения KrCl-эксилампой.

При облучении суспензии, содержащей более высокие исходные численности клеток B. cereus также наблюдается снижение эффективности инактивации, что можно объяснить эффектом экранирования отмеченным ранее.

При исходной численности B. cereus 106 КОЕ/мл полная инактивация осуществлялась при дозе облучения 396 мДж/см2, которая достигалась за 180 с УФ-обработки KrCl-эксилампой. При исходной численности клеток 107 КОЕ/мл инактивация 99.9% достигается при дозе облучения 660 мДж/см2, которая соответствует 300 с облучения.

Таким образом, установлена высокая эффективность УФ-излучения KrCl-эксилампы для инактивации E. сoli и B. cereus. Несмотря на эффект экранирования, возникающий при облучении высококонцентрированных бактериальных суспензий, инактивация 100% клеток наблюдалась в течение 2–5 мин обработки.

Известно, что некоторые микроорганизмы способны восстанавливаться после облучения ультрафиолетовым излучением.

Наиболее частый способ восстановления – фотореактивация, осуществляемая ферментами фотолиазами. Эти ферменты начинают активизироваться под воздействием энергии света, лежащего в спектре, смежном с ультрафиолетовым, а также в фиолетово-голубом спектре (Зоммер и др., 2005). Происходит и темновая реактивация, при выдерживании клеток в темноте.

Результаты наших исследований показали, что при выдерживании в темноте облученных клеток, не происходил рост клеток E. сoli и B. cereus. При выдерживании облученной суспензии на свету реактивация (фотореактивация) клеток E. сoli и B. cereus также не наблюдалась.

Таким образом, УФ-облучение воды, содержащей бактерии, обеспечивает необратимый, устойчивый эффект инактивации бактерий.

Инактивация E. сoli и B. cereus УФ-излучением KrCl-эксилампы

в присутствии пероксида водорода

На первом этапе были проведены эксперименты по выявлению оптимальной концентрации H2O2 для эффективной инактивации микроорганизмов УФ-излучением KrCl-эксилампы. В результате исследований установлено, что оптимальной концентрацией является 1 г/л.

Далее были проведены эксперименты по выявлению бактерицидного действия пероксида водорода на E. сoli и B. cereus без УФ-обработки. В результате установлено, что пероксид водорода не оказывает бактерицидного влияния на микроорганизмы без УФ-облучения KrCl-эксилампой.

В результате комбинированной УФ-обработки клеток E. coli с участием H2O2 наблюдалось заметное повышение эффективности инактивации по сравнению с УФ-обработкой без окислителя. Так, при максимальных исходных численностях клеток 106 и 107 КОЕ/мл полная инактивация зафиксирована уже после 20-25 с (44-55 мДж/см2) облучения (Рис. 3).

Доза излучения, мДж/см2р

0

11

22

55

44

33

 

Рис. 3. Изменение численности клеток E. coli в воде после УФ-облучения эксилампой в присутствии H2O2.

При более низких исходных численностях 102-105 КОЕ/мл полная инактивация клеток достигается при облучении дозой 11-33 мДж/см2.

Далее были проведены эксперименты по комбинированной обработке B. cereus. Установлено, что доза облучения необходимая для инактивации клеток при исходных численностях 102–104 КОЕ/мл при обработке по схеме УФ/Н2О2 в 2 раза ниже дозы облучения, найденной при УФ-облучении без участия H2O2. Так, для комбинированной инактивации 99,9% клеток B. cereus при низкой исходной численности 102-103 КОЕ/мл, достаточной является доза 33-66 мДж/см2 соответственно, достигаемая за 15-30 с облучения (рис. 4), как для инактивации клеток при этой исходной численности без окислителя необходимой дозой является 66-132 мДж/см2.

Доза излучения, мДж/см2р

 

Рис. 4. Изменение численности клеток B. cereus в воде после УФ-облучения эксилампой в присутствии H2O2.

Известно, что в результате фотолиза H2O2 образуются реакционноспособные гидроксильные радикалы (OH•), инактивирующие клетку по двум основным механизмам: 1- окисление и разрушение клеточной стенки и мембраны с последующей дезинтеграцией клетки и 2- диффузия радикалов в клетку, приводящая к инактивации ферментов, повреждению органелл, нарушению синтеза белка и т. д. (Mamane et al., 2007). Известно, что наибольший выход OH• генерируется излучением в области 200–280 нм (Litter, 2005). Поскольку максимум поглощения H2O2 составляет 220 нм, целесообразно использовать УФ лампы, излучающие в диапазоне 210–240 нм.

Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности комбинированного метода УФ-обработки в присутствии пероксида водорода для инактивации клеток E. сoli и B. cereus.

Далее были проведены эксперименты по исследованию реактивации бактерий после УФ/H2O2 обработки. В результате было выявлено, что темновая реактивация бактерий E. сoli и B. cereus не обнаружена. При выдерживании облученных суспепензий на свету также не наблюдался рост клеток E. сoli и B. cereus.

Таким образом, комбинированная УФ-обработка в присутствии пероксида водорода воды, содержащей E. сoli и B. cereus, обеспечивает необратимый, устойчивый эффект инактивации бактерий.

Инактивация E. сoli и B. cereus УФ-излучением KrCl-эксилампы

в присутствии наночастиц TiO2.

На первом этапе были проведены эксперименты по выявлению оптимальной концентрации нанодисперсного фотокатализатора TiO2 для комбинированной УФ/TiO2 обработки KrCl-эксилампой бактерий. В результате была найдена оптимальная концентрация 0,5 мг/л. фотокатализатора TiO2.