Инактивация микроорганизмов ультрафиолетовым излучением эксилампы с использованием пероксида водорода и нанодисперсных частиц диоксида титана (стр. 4 )

Рис. 8. Изменение численности клеток B. cereus в воде после

УФ-облучения эксилампой в присутствии H2O2 и наночастиц TiO2.

Таким образом, при совместном присутствии H2O2 и наночастиц TiO2 не наблюдается увеличение эффективности УФ-инактивации клеток E. coli и B. cereus .

Разработка принципиальной схемы обеззараживания воды с помощью KrCl-эксилампы в комбинации с H2O2.

В результате исследований нами было установлено, что эффективная инактивация клеток E. сoli и B. cereus осуществляется комбинированными методами УФ/H2O2 и УФ/TiO2. Поскольку удаление наночастиц диоксида титана из воды требует дополнительных энергозатрат и технологических операций, поэтому нами рекомендуется применять данный фотокатализатор совместно с УФ-облучением для обеззараживания и очистки сточных вод.

Нами предложена следующая принципиальная схема обеззараживания воды с помощью KrCl-эксилампы в комбинации с H2O2.

Схема обеззараживания воды включает в себя установку, где на первом этапе вода поступает на УФ-обработку (рисунок 9). Обеззараживание может осуществляться в широком температурном интервале (при температуре 5–35 0C).

 

H2O2 (1г/л)

102-103 КОЕ/мл 104-107 КОЕ/мл

УФ облучение (180 с)

УФ облучение (60 с)

Фильтрование (керамзитовая загрузка)

 

 

Рисунок 9 - Принципиальная схема обеззараживания питьевой воды с помощью KrCl-эксилампы в присутствии H2O2 .

При высоком исходном содержании в воде микроорганизмов 104-107 КОЕ/мл предварительно в зараженную воду подается пероксид водорода. Концентрация H2O2 в облучаемой воде составляет 1 г/л. В этом случае оптимальная продолжительность облучения для достижения 100% обеззараживания составляет 180 секунд. На следующем этапе обеззараживания микроорганизмы удаляют из воды фильтрованием. В качестве фильтра можно использовать фильтр с керамзитовой загрузкой (размер зерен 0,8-5,0 мм).

При невысокой исходной численности бактерий 102-103 КОЕ/мл УФ-обработка зараженной воды происходит без подачи катализатора и окислителя. На следующем этапе осуществляется фильтрование. Эффективность обеззараживания 100% в этом случае достигается за 60 с облучения (рис. 9).

Данная схема обеззараживания позволяет не только повысить эффективность обеззараживания, но и исключить условия для образования хлорорганических соединений в питьевой воде.

ВЫВОДЫ:

1.  Показана высокая эффективность УФ-излучения KrCl-эксилампы для инактивации бактерий E. coli и B. cereus (прямой фотолиз). Инактивация 99.9% клеток E. coli достигалась при дозе облучения 49 мДж/см2 ,а клеток B. cereus при 220 мДж/см2.

2.  Выявлено, что клетки B. cereus являются более резистентными к воздействию УФ-излучения KrCl-эксилампы, чем E. coli.

3.  Установлено, что комбинированная обработка клеток E. coli и B. cereus УФ-излучением KrCl-эксилампы в присутствии пероксида водорода приводит к увеличению эффективности инактивации. Для инактивации 99.9% клеток E. coli необходимой является доза облучения 30 мДж/см2, клеток B. cereus - 118 мДж/см2.

4.  Установлена высокая антибактериальная активность узкополосного УФ-излучения при 222 нм и наночастиц TiO2 при обработке воды, содержащей до 107 КОЕ/мл E. coli и B. cereus. Доза облучения необходимая для инактивации 99,9% клеток E. coli и B. cereus составляет 37 мДж/см2 и 120 мДж/см2, соответственно.

5.  Обнаружено что, при инактивации клеток E. сoli и B. cereus УФ-облучением KrCl-эксилампой (прямой фотолиз), УФ-обработкой в присутствии пероксида водорода (или наночастиц TiO2) не наблюдалась темновая и световая реактивация клеток.

6.  Предложена принципиальная схема обеззараживания питьевой воды с помощью KrCl-эксилампы в присутствии H2O2 .

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1.  , , Батоев патогенной микрофлоры ультрафиолетовым излучением эксилампы в присутствии пероксида водорода //Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. – 2008. – Т. 2. – С. 79–84.

2.  Matafonova G. G., Batoev V. B., Astakhova S. A., Gomez M., Christofi N. Efficiency of KrCl excilamp (222 nm) for inactivation of bacteria in suspension //Letters in Applied Microbiology, 2008, 47. P. 508–513.

3.  , , Батоев эффект KrCI-эксилампы в присутствии пероксида водорода //Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии. – 2008. – Т.2(11). – С. 84–87.

4.  , , Gómez M., Christofi N. Эффективность инактивации бактерий в воде УФ-излучением эксилампы //Известия Иркутского государственного университета. Серия «Биология. Экология». – 2008, Т.1, №1. – С. 22-25.

5.  , , Батоев эффект излучения KrCI – эксилампы //Материалы IV Школы-семинар молодых ученых России “Проблемы устойчивого развития региона”. – Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2007. – С. 141-142.

6.  , Матафонова эффект KrCI – эксилампы //Материалы докладов XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» — М.: Издательство МГУ; СП МЫСЛЬ, 2008. – С. 3.

7.  , , УФ-инактивация бактериальных суспензий Escherichia coli ультрафиолетовым излучением эксилампы //Материалы IX Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (с международным участием). – Красноярск, 2008. – Ч.1. – С. 41-42.

8.  , Матафонова воды ультрафиолетовым излучением эксилампы //Материалы международной научно-практичской конференции в области экологии и безопасности жизнедеятельности. – Комсомольск-на – Амуре: ГОУВПО «КиАГТУ», 2008. – С. 218-219.

9.  Batoev V. B., Astakhova S. A., Shirapova G. S., Matafonova G. G. Photocatalytic oxidation of bacteria using UV KrCl exilamp and TiO2 nanoparticles //Abstracts of the 3rd International Conference on Chemical Investigation and Utilization of Natural Resources. – Mongolia (Ulaanbaatar), 2008. – P.54.

10. , , Батоев эффект УФ- эксилампы и наночастиц //Материалы первой Международной дистанционной научной конференции «Инновации в медицине». – Курск: ГОУ ВПО КГМУ Росздрава, 2008. - С. 11-12.

11. , Матафонова воды ультрафиолетовым излучением //Материалы Международной научно-практической конференции «Современная экология – наука ХХI века». – Рязань: РГУ, 2008. - С. 174-176.

12. , , Батоев эффект УФ-эксилампы и наночастиц //Материалы молодежной научной конференции «Молодежь и наука Забайкалья». – Чита, 2008, С. 84-86.

13. , , Батоев инактивация Escherichia coli ультрафиолетовым излучением эксилампы //Материалы V Школы-семинар молодых ученых России “Проблемы устойчивого развития региона”. – Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2009. – С. 149-151.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д. б.н. , сотрудникам БИП СО РАН к. б.н. и к. т.н. за оказанную поддержку при выполнении работ. Автор также приносит глубокую благодарность заведующему кафедрой биотехнологии ВСГТУ д. б.н., проф. за ценные консультации и за помощь в микробиологических исследованиях.