Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор
1.1. Общая характеристика микробиологически загрязненной воды 9
1.2. Методы обеззараживания воды 11
1.2.1. Реагентные методы
1.2.1.1. Хлорирование 12
1.2.1.2. Озонирование 15
1.2.1.3. Тяжелые металлы 17
1.2.1.4. Бром и йод 18
1.2.2. Физические методы
1.2.2.1. Кипячение 22
1.2.2.2. Ультразвук 22
1.2.2.3. Ультрафиолетовое облучение 23
1.2.3. Комбинированные методы
1.2.3.1. Новые окислительные технологии
1.2.3.1.1. Ультрафиолетовая обработка в присутствии пероксида водорода 30
1.2.3.1.2. Ультрафиолетовая обработка в присутствии нанодисперсного фотокатализатора диоксида титана 32
1.3. Источники ультрафиолетового излучения
1.3.1. Ртутные лампы 36
1.3.2. Импульсные источники ультрафиолетового излучения 39
1.3.3. Эксимерные лампы 42
2. Объекты и методы исследований
2.1. Объекты исследований 47
2.2. Материалы и методы исследований
2.2.1. Материалы исследования 47
2.2.2. Методы исследования
2.2.2.1. Микробиологические методы 51
2.2.2.1.1. Определение численности клеток 51
2.2.2.1.2. Методика приготовления питательных сред для культивирования микроорганизмов 53
2.2.2.1.3. Изучение инактивации микроорганизмов Е. coli и В. cereus ультрафиолетовым излучением KrCl-эксилампы 53
2.2.2.1.4. Изучение инактивации микроорганизмов Е. coli и В. cereus ультрафиолетовым излучением KrCl-эксилампы в присутствии пероксида водорода и/или наночастиц ТІО2 54
2.2.2.1.5. Определение эффекта "последействия" 55
2.2.2.2. Физико-химические методы
2.2.2.2.1. Спектрофотометрические определения 56
3. Инактивация е.соы и b.cereus ультрафиолетовым излучением krcl-эксилампы
3.1. Инактивация Е. coli УФ-излучением KrCl-эксилампы 57
3.2. Инактивация В. cereus УФ-излучением KrCl-эксилампы 59
3.3. Эффект последействия 62
4. Инактивация е.соы и b.cereus ультрафиолетовым излучением krcl-эксилампы в присутствии пероксида водорода и/или наночастиц ТЮ2
4.1. Инактивация Е. coli УФ-излучением KrCl-эксилампы в присутствии пероксида водорода 64
4.2. Инактивация В. cereus УФ-излучением KrCl-эксилампы в присутствии пероксида водорода 67
4.3. Эффект последействия 70
4.4. Инактивация Е. coli УФ-излучением KrCl-эксилампы в присутствии наночастиц ТіОз 71
4.5. Инактивация В. cereus УФ-излучением KrCl-эксилампы в присутствии наночастиц Т\02 75
4.6. Эффект последействия 78
4.7. Инактивация Е. coli УФ-излучением KrCl-эксилампы при совместном присутствии пероксида водорода и наночастиц ТіОг 79
4.8. Инактивация В. cereus УФ-излучением KrCl-эксилампы при совместном присутствии пероксида водорода и наночастиц ТЮ2 81
4.9. Эффект последействия 82
5. Разработка ітринципиальной схемы обеззараживания воды с помощью krcl-эксилампы 85
Выводы 86
Список использованных источников 87
- Озонирование
- Определение численности клеток
- Изучение инактивации микроорганизмов Е. coli и В. cereus ультрафиолетовым излучением KrCl-эксилампы в присутствии пероксида водорода и/или наночастиц ТІО2
- Инактивация В. cereus УФ-излучением KrCl-эксилампы в присутствии пероксида водорода
Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время проблема эффективного обеззараживания питьевой воды остается актуальной в связи с сохранением риска возникновения и распространения заболеваний, связанных с употреблением недоброкачественной питьевой воды. На практике наиболее распространены три способа обеззараживания воды: реагентная обработка (хлором или его соединениями), ультрафиолетовое (УФ) облучение и озонирование.
Технологическая простота хлорирования и доступность хлора обусловили его широкое использование в практике водоснабжения. Серьезным недостатком хлорной обработки воды является образование ряда токсичных побочных продуктов (хлорированных фенолов, тригалометанов, диоксинов и др.). Кроме того, хлор (жидкий и газообразный) относится к токсичным веществам, что требует соблюдение повышенной техники безопасности при его транспортировании, хранении и использовании (Луцевич, 2003). Озонирование является более дорогим, но экологически безопасным методом обеззараживания воды. Использование озона, в связи с его высокими реагентными свойствами, требует повышенных мер безопасности для персонала (Фалендыш, 2009).
Обработка УФ-излучением, как известно, не имеет проблемы передозировки и не вызывает образование токсичных соединений. В качестве источников УФ-излучения традиционно используют ртутные лампы низкого, среднего или высокого давления. Существенным недостатком ртутных бактерицидных ламп, ограничивающим их применение, является высокое содержание металлической ртути в свободном состоянии, которая, как известно, является опасным поллютантом (Aucott et al., 2003). Современной альтернативой ртутным лампам являются УФ-эксилампы. Это новый класс источников спонтанного УФ- и вакуумного УФ-излучения, основное достоинство которых заключается в том, что до 80% и более общей мощности излучения сосредоточено в относительно узкой полосе (не более 10 нм на полувысоте) излучения (Sosnin etal., 2006).
В последнее десятилетие бурное развитие получили новые окислительные технологии, или АОТ (Advanced Oxidation Technologies), которые нашли широкое применение для очистки сточных вод от органических загрязнителей (Zona et al., 2002). К ним относится обработка воды УФ-излучением в присутствии сильных окислителей (например, озона, пероксида водорода) и (или) фотокатализаторов. Применение АОТ имеет большой потенциал для инактивации патогенных микроорганизмов в водной среде. В связи с этим большой научный и технологический интерес представляет бактерицидный эффект УФ-излучения эксиламп в
присутствии пероксида водорода (Н202) и/или нанодисперсного фотокатализатора диоксида титана (ТЮ2).
Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ Байкальского института природопользования СО РАН по научному направлению 5.4. «Химические аспекты современной экологии и рационального природопользования, включая проблемы утилизации и безопасного хранения радиоактивных отходов».
Цель работы. Исследование эффективности инактивации бактериальных клеток Escherichia coli (далее Е. coli) и Bacillus cereus (далее В. cereus) УФ-излучением KrCl-эксилампы в присутствии окислителя (пероксида водорода) и (или) нанодисперсного фотокатализатора (наночастиц диоксида титана) в водной среде.
Основные задачи:
установить эффективность УФ-излучения эксилампы для инактивации бактерии Е. coli и Я cereus;
изучить комбинированное бактерицидное действие УФ-излучения эксилампы и пероксида водорода (УФ/Н202);
изучить комбинированное бактерицидное действие УФ-излучения эксилампы и наночастиц диоксида титана (УФ/ТЮ2);.
определить бактерицидный эффект УФ-излучения эксилампы при совместном присутствии пероксида водорода и наночастиц диоксида титана (УФ/Н202/ТЮ2);
разработать принципиальную схему обеззараживания воды с помощью KrCl-эксилампы и окислителя Н202.
Научная новизна работы. В работе установлена эффективность УФ- излучения KrCl-эксилампы при 222 нм для инактивации бактерий Е. coli и В. cereus. На примере данных тест-организмов впервые показан высокий бактерицидный эффект УФ-йзлучения эксилампы в комбинации с окислителем Н202 и нанодисперсным фотокатализатором ТЮ2.
Практическая значимость. В работе показана применимость узкополосного УФ-излучения эксилампы при 222 нм в присутствии окислителя Н202 для высокоэффективного обеззараживания питьевой воды. В зависимости от исходной численности клеток в воде для достижения эффективности обеззараживания 100% рекомендованы УФ-облучение или комбинированная (УФ/окислитель) обработка. Разработанная схема может применяться для эффективного обеззараживания питьевой воды.
Результаты исследований включены в отчеты Байкальского института природопользования СО РАН.
Апробация работы. Результаты работы представлялись на международных и всероссийских конференциях: V школе-семинаре молодых ученых России «Проблемы устойчивого развития региона» (Улан-Удэ, 2009), III International Conference on Chemical Investigation and Utilization of Natural Resources (Ulaanbaatar, 2008), XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2008), IX Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Красноярск, 2008), II Всероссийской научно-практической конференции «Развитие физико-химической биологии и биотехнологии на современном этапе» (Иркутск, 2008), IV школе-семинаре молодых ученых России «Проблемы устойчивого развития региона» (Улан-Удэ, 2007).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и списка использованных источников (115 наименований). Работа изложена на 97 страницах машинописного текста, иллюстрирована 27 рисунками и 9 таблицами.
Озонирование
Наибольшее применение, как альтернатива хлорированию, нашел метод озонирования. В настоящее время более 1000 водопроводных станций в Европе, в основном во Франции, Германии и Швейцарии, применяют озонирование как составляющую часть общего технологического процесса. В последнее время озонирование также стали использовать в Японии и США. В странах СНГ озонирование применяется на водопроводных станциях таких крупных городов, как Москва, Киев, Минск и др. [18]. Основанием для рассмотрения озона как альтернативы хлору послужили некоторые преимущества этого реагента по сравнению с другими окислителями, применяемыми в технологии водоподготовки: более сильный окислитель, чем хлор, одновременно с обеззараживанием удаляет и другие загрязнения воды (цветность, запах, привкус, железо, марганец и др.); высокая биоцидная активность, особенно к хлоррезистентным бактериям, спорам, вирусам и цистам простейших; компактность установок, удобство их эксплуатации, отсутствие громоздкого реагентного хозяйства, возможность полной автоматизации процесса; обеспечивает безопасность питьевой воды в санитарно-гигиеническом отношении и уменьшает вредное воздействие воды на здоровье человека; отсутствие побочных токсичных хлорорганических продуктов реакции. Обеззараживающее действие озона основано на его высокой окислительной способности, объясняющейся легкостью отдачи им активированного атома кислорода: Благодаря высокому окислительному потенциалу озон вступает во взаимодействие со многими минеральными и органическими веществами, в том числе и с протоплазмой бактериальных клеток, разрушая их. Биоцидное действие озона является результатом его реакции с жирными кислотами по двойной связи в клеточных стенках и мембранах бактерий, в протеиновых оболочках вирусов [18].
Высокий окислительный потенциал озона позволяет также одновременно с обеззараживанием воды снизить ее цветность, содержание железа, марганца, а также устранить запахи и привкусы. Анализ опыта и результатов применения озона в процессе водоподготовки выявил и существенные недостатки этой технологии. Основное ограничение применения озона для обеззараживания воды связано с его неустойчивостью в воде. Кроме того, озонирование воды с высоким содержанием органических примесей приводит к образованию продуктов их окисления - более токсичных, чем изначальные загрязнители [2]. Продуктами озонирования воды содержащей органические вещества являются альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и другие гидроксилированные алифатические и ароматические соединения. Наиболее часто в озонированной воде отмечается присутствие альдегидов (формальдегид, ацетальдегид, глиоксаль, метилглиоксаль) [15]. Отмечено также, что метод озонирования в отличие от хлорирования технически сложен и для его реализации необходимо выполнение ряда технологических последовательных операций: очистка воздуха, его охлаждение и сушка, синтез озона, смешение озоно-воздушной смеси с обрабатываемой водой, отвод и деструкция остаточной озоно-воздушной смеси, отвод ее в атмосферу. Все это требует дополнительного вспомогательного оборудования (озонаторы, компрессоры, установки осушки воздуха, холодильные агрегаты и т. д.), объемных строительно-монтажных работ [19]. Следствие, высокая энергоемкость и стоимость озонаторного оборудования обусловливает высокую стоимость озонированной воды.
Кроме того, процесс синтеза озона осуществляется при высоком электрическом напряжении, что также является опасным. Существует также опасность взрыва озоно-воздушной смеси. Кроме того, Озон вызывает активную коррозию оборудования и трубопроводов, требует использования нержавеющих более стойких материалов [20]. Известно, также, что, озон более токсичен, чем хлор и вызывает раздражение слизистых оболочек глаз и поражает органы дыхания. Приведенные аргументы и повлияли на то, что даже в экономически развитых странах озонирование до сих пор не нашло широкого применения в технологиях водоподготовки. Применение тяжелых металлов (медь, серебро и др.) для обеззараживания питьевой воды основано на использовании их «олигодинамического» свойства, т.е. способности оказывать бактерицидное действие в малых концентрациях. Эти металлы могут вводиться в виде растворов солей, либо методом электрохимического растворения. В обоих случаях возможен косвенный контроль их содержания в воде. Бактерицидное действие серебра известно уже давно. Оно связано с процессом соединения ионов серебра с ферментными системами и оболочкой бактерий. При серебрении воды полное обеззараживание наступает через 4-48 ч в зависимости от степени бактериального загрязнения воды и дозы серебра. В основном серебрение воды используют при обеззараживании питьевых минеральных вод [21]. Известно, также, что серебро успешно используется в качестве обеззараживающего средства в комбинации с другими дезинфектантами.
Например, ионизация воды бассейна ионами серебра и меди в соотношении 1:10 дает хороший обеззараживающий эффект и одновременно позволяет снизить степень хлорирования на 80% [22]. Тем не менее, не следует забывать о том, что серебро - тяжелый металл, имеющий высокую степень опасности для здоровья (в одном ряду со свинцом, кобальтом, мышьяком и другими веществами). Как и другие тяжелые металлы, серебро способно накапливаться в организме и вызывать заболевания (аргироз — отравление серебром). Кроме того, для бактерицидного действия серебра на бактерии требуются достаточно большие концентрации, а в допустимых количествах (около 50 мкг/л) оно способно оказывать лишь бактериостатическое действие, т.е. останавливать рост бактерий, не убивая их. А некоторые виды бактерий вообще практически не чувствительны к серебру, например, доказано, что спорообразующие бактерии (например, возбудитель сибирской язвы) ионами серебра не уничтожаются. Все эти свойства ограничивают применение серебра. Оно может быть уместно только в целях сохранения исходно чистой воды для длительного хранения (например, на космических кораблях) [23]. Таким образом, все вышеперечисленное позволяет считать серебро слабым и недостаточно изученным обеззараживающим агентом [22].
Определение численности клеток
Численность клеток определяли методом серийных разведений. Разведения проводили в стерильной водопроводной воде. Готовили определенный объем данного раствора и стерилизовали при 1 атм. в паровом стерилизаторе марки ВК-75-01. В ходе одного опыта пользовались постоянным коэффициентом разведения, т.к. в этом случае уменьшается вероятность ошибки. Делали третьи и пятые разведения. Для этого брали пробирку с 10 см3 стерильного раствора и переносили стерильной пипеткой 1 см3 исследуемого материала в данную пробирку. Суспензию этого разведения тщательно перемешивали с помощью новой стерильной пипетки, вбирая в пипетку и выпуская из нее полученную смесь несколько раз. Это обеспечивает перемешивание суспензии и уменьшает адсорбцию клеток на стенках пипетки. Затем этой же пипеткой брали 1 см полученного разведения и переносили его во 2-ую пробирку. Таким образом, готовили и последующие разведения. Степень разведения определяли предполагаемым количеством микроорганизмов в образце и соответственно, число разведений тем больше, чем больше микроорганизмов в исходном субстрате. Для приготовления каждого разведения обязательно использовали отдельную пипетку. Пренебрежение этим правилом может привести к получению ошибочного результата. Ошибка связана с адсорбцией микроорганизмов на стенках пипетки, в результате чего не все клетки удаляются из пипетки при приготовлении соответствующего разведения. Часть клеток, оставшаяся на стенках пипетки, может затем попасть в одно из последующих разведений, что и явится причиной получения завышенного результата.
Посев микроорганизмов проводили на агаризованные среды в чашки Петри. В стерильные чашки Петри наливали расплавленную на кипящей водяной бане агаризованную среду, по 20-30 см в каждую. Чашки оставляли на горизонтальной поверхности, пока не остынет агар-агар. Когда используют элективные среды или выделяют и учитывают микроорганизмы, требующие повышенной влажности, посев проводят сразу же или вскоре после застывания агар-агара. Посев делали из определенных разведений в зависимости от предполагаемого количества микроорганизмов в исследуемом субстрате. Стерильной пипеткой наносили определенный объем (обычно 0,05; 0,1 или 0,2 CMJ) соответствующего разведения, предварительно тщательно перемешанного, на поверхность агаровой пластинки в чашки Петри. Этот объем распределяли по поверхности среды стерильным шпателем. Затем этим же шпателем проводили по. всей поверхности во второй чашке, куда вносили посевной материале. При выявлении» микроорганизмов, количество которых в субстрате относительно не велико, посевной материал распределяли по поверхности среды только в одной чашке. Из каждого исследуемого разведения делали, таким образом, 2-3 параллельных высева. Для параллельных высевов из одного разведения можно пользоваться одной пипеткой и одним шпателем. Для посевов из разных разведений используют другую стерильную пипетку и другой шпатель. Чашки с засеянными средами помещали в термостат, отрегулированный на определенную температуру, благоприятную для развития выявляемых микроорганизмов.
Подсчет выросших колоний проводили через определенное время после посева, которое зависит от скорости роста выявляемых микроорганизмов на используемой в опыте среде и данной температуре. Количество колоний, выросших при высеве из определенного разведения, подсчитывали на двух - трех чашках Петри. Результаты параллельных высевов суммировали и определяли среднее число колоний, выросших при высеве из одного разведения. Колонии считали, как правило, не открывая чашки. Для удобства отмечали просчитанную колонию точкой на наружной стороне дна чашки, пользуясь стеклографом или чернилами по стеклу. При большом количестве колоний дно чашки делили на секторы, подсчитывали количество колоний в каждом секторе и результаты суммировали [102]. При культивировании микроорганизмов большое значение имеет обеспечение их соответствующим питанием. Белковой основой для всех сред являлся питательный бульон. Основой для приготовления мясопептонного бульона (МПБ) являлась дистиллированная вода. МПБ готовили следующим образом: 15 г сухого питательного бульона растворяли в 1 дм3 дистиллированной воды и кипятили 1-3 мин. Для приготовления плотной питательной среды МПА к 1 дм МПБ добавляли 2-2,5% агар-агара от объема среды и стерилизовали в паровом стерилизаторе [102]. Для исследования бактерицидного действия KrCl-эксилампы на клетки Е. coli и В. cereus , были приготовлены суспензии клеток в стерильной воде из соответствующих односуточных культур методом предельных разведений.
Полученные бактериальные суспензии, содержащие от 10" до 10 колониеобразующих единиц (КОЕ) на 1 мл, последовательно облучали в течение 5-300 с в режиме перемешивания на магнитной мешалке (для равномерного распределения дозы облучения во всем объеме) в кювете, расположенной под выходным окном эксилампы. Для определения эффективности инактивации суспензию контрольных (не подвергаемых УФ-обработке) и опытных (подвергаемых УФ-обработке) клеток высевали в чашки Петри с агаризованным питательным бульоном и инкубировали при 28С Е. coli и при 37С В. cereus в течение 24 ч в трех повторностях. Эффект оценивали путем сравнения числа КОЕ, вырастающих из клеток опытного и контрольного вариантов. Интенсивность излучения определяли по калибровочной кривой представленной на рисунке 4. Средняя интенсивность УФ-излучения при данных условиях составила в среднем 2.2 мВт/см2.
Изучение инактивации микроорганизмов Е. coli и В. cereus ультрафиолетовым излучением KrCl-эксилампы в присутствии пероксида водорода и/или наночастиц ТІО2
Для исследования комбинированного бактерицидного действия KrCl-эксилампы и пероксида водорода на клетки Е. coli и B.cereus, были приготовлены суспензии клеток в стерильной воде из соответствующих односуточных культур методом предельных разведений. Полученные бактериальные суспензии, содержащие от 10 до 10 колониеобразующих единиц (КОЕ) на 1 мл, последовательно облучали в течение 5-180 с в режиме перемешивания на магнитной мешалке (для равномерного распределения дозы облучения во всем объеме) в кювете, расположенной под выходным окном эксилампы. Перед облучением в кювету вносили раствор пероксида водорода и/или предварительно диспергированный фотокатализатор ТЮ2. Для определения эффективности инактивации суспензию контрольных (не подвергаемых УФ-обработке) и опытных (подвергаемых УФ-обработке) клеток высевали в чашки Петри с агазированным питательным бульоном и инкубировали при 28С Е. coli и при 37С В. cereus в течение 24 ч в трех повторностях. Эффект оценивали путем сравнения числа КОЕ, вырастающих из клеток опытного и контрольного вариантов. Интенсивность УФ-излучения при данных условиях составила в среднем 2.2 мВт/см . Дозу облучения рассчитывали по уравнению (4) [26]. Известно, что некоторые микроорганизмы способны восстанавливаться после облучения ультрафиолетовым светом. Для исследования эффекта "последействия" суспензии клеток 9 "7 содержащие от 10М0 КОЕ/мл Е. coli и В. cereus подвергали УФ-обработке KrCl-эксилампой в течении 10-120 с или в присутствии окислителя и / или фотокатализатора ТЮ2 в течении 15-180 с, далее часть проб выдерживали на свету, часть в темноте в течении 24 часов при температуре 18-20С. По истечении указанного срока определяли число КОЕ в пробах.
Для этого суспензию клеток высевали методом Коха в чашки Петри с агазированным питательным бульоном и инкубировали при 28С Е. coli и при 37С В. cereus в течение 24 ч в трех повторностях [103]. Проводилось измерение оптической плотности клеток при 222 нм при различных исходных концентрациях клеток. Также проводились измерения оптической плотности клеток при 222 нм в присутствии наночастиц ТЮ2 на спектрофотометре Agilent Technologies 8453 UV-VIS. На первом этапе были проведены эксперименты по обработке бактериальных суспензий УФ-излучением KrCl-эксилампы без участия окислителя и катализатора. Результаты УФ-обработки клеток Е. coli KrCl-эксилампой представлены на рисунке 5. Из рисунка видно, что при исходной численности 10-10 КОЕ/мл полная инактивация Е. coli достигалась после 10-30 с облучения, что соответствует дозе облучения 22—66 мДж/см". 7 При максимальной исходной численности клеток Е. coli в воде (10 КОЕ/мл) наблюдалось снижение эффективности инактивации и нелинейная зависимость числа выживших клеток от времени обработки. Это обусловлено, на наш взгляд, эффектом экранирования, отмеченным ранее при облучении суспензий с высокой численностью клеток [104]. Полагаем, что данный эффект обусловлен рассеянием света на микробных клетках, имеющих размеры, сопоставимые с длиной волны. В данном случае, также большое влияние приобретают, поглощение средой и рассеяние излучения на клетках, имеющих размеры, сопоставимые с длиной волны [105]. На что также указывают спектры поглощения клеток Е. coli при 222 нм при различной исходной численности (рисунок 6). Из рисунка 6 видно, что при увеличении численности клеток увеличивается поглощение среды, при этом эффективность инактивации снижается. Тем не менее, доза УФ-излучения 66 мДж/см , достигаемая за 30 с обработки, обеспечивала снижение численности клеток Е. coli на 3 порядка, что соответствует эффективности обеззараживания 99.9%. При увеличении дозы УФ-облучения до 264 мДж/см достигалась полная инактивация при максимальной исходной численности 10 КОЕ/мл. Таким образом, выявлено, что клетки Е. coli являются чувствительными к воздействию УФ-излучения эксилампы, несмотря на эффект экранирования, возникающий при облучении высококонцентрированных бактериальных суспензий. Для инактивации суспензии, содержащей относительно низкие концентрации клеток В. cereus (102-103КОЕ/мл), необходимой является доза 66-132 мДж/см , достигаемая за 30-60 с облучения (рисунок 7). При облучении суспензии, содержащей более высокие исходные численности клеток
В. cereus также наблюдается снижение эффективности инактивации, что можно объяснить эффектом экранирования отмеченным ранее. Так, при исходной численности В. cereus 10б КОЕ/мл полная инактивация осуществлялась при дозе облучения 396 мДж/см , 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. Что также можно увидеть и на рисунке 8. Из рисунка видно, что происходит увеличение поглощения среды, при этом эффективность инактивации снижается. Таким образом, установлена высокая эффективность УФ-излучения KrCl-эксилампы для инактивации бактерий В. cereus. Несмотря на эффект экранирования, возникающий при облучении высококонцентрированных бактериальных суспензий, инактивация 99.9% клеток наблюдалась в течение 2-5 мин обработки. Также выявлено, что клетки Е. coli являются более чувствительными к воздействию УФ-излучения эксилампы, чем В. cereus. Как видно из таблицы 8, доза, необходимая для облучения 100% бактериальных клеток Е. coli в 6 раз превышает дозу облучения, необходимую для инактивации бактериальных клеток В. cereus при исходных численностях клеток 10 и 10 КОЕ/мл.
Инактивация В. cereus УФ-излучением KrCl-эксилампы в присутствии пероксида водорода
Представлены кривые изменения численностей клеток Е. coli, соответствующие различным экспериментальным условиям: пероксидная обработка без УФ-облучения (кривая 1), обработка УФ-облучением KrCl-эксилампы без окислителя пероксида водорода (кривая 2), УФ-обработка KrCl-эксилампой в присутствии пероксида водорода (кривая 3). Из представленных результатов видно, что оптимальные условия для инактивации бактерий Е. coli реализуются при УФ-обработке KrCl-эксилампой в присутствии окислителя пероксида водорода. при различных условиях: 1-обработка пероксидом водорода; 2- УФ-обработка KrCl-эксилампой без окислителя; 3- УФ-обработка в присутствии пероксида водорода. Исходная численность клеток Е. coli 105 КОЕ/мл. Концентрация пероксида водорода 1 г/л. Таким образом, установлено, что для комбинированной обработки клеток УФ-излучением KrCl-эксилампы оптимальной концентрацией пероксида водорода является 1 г/л. При комбинированной обработке клеток Е. coli наблюдается увеличение эффективности инактивации как при невысоких исходных численностях клеток, так и при максимальных исходных численностях клеток по сравнению с обработкой без окислителя. На начальном этапе была проведена пероксидная обработка клеток В. cereus без УФ-облучения KrCl-эксилампой. Из рисунка 13 видно, что при пероксидной обработке клеток не происходит изменения их численности.
Следовательно, пероксид водорода не обладает бактерицидным инактивирующим действием в отношении клеток В. cereus без облучения KrCl-эксилампой. Далее были проведены эксперименты по комбинированной обработке В. cereus. Установлено, что доза облучения необходимая для инактивации клеток при исходных численностях 10—10 КОЕ/мл при обработке по схеме УФ/Н2О2 в 2 раза выше дозы облучения найденной при УФ-облучении без участия Н2Ог. Так, для комбинированной инактивации 99,9% клеток В. cereus при низкой исходной численности 10-10 КОЕ/мл, достаточной является доза 33-66 мДж/см2 соответственно, достигаемая за 15-30 с облучения (рисунок 14), как для инактивации клеток при этой исходной численности без окислителя необходимой дозой является 66-132 мДж/см". Известно, что в результате фотолиза Н202 образуются реакционноспособные гидроксильные радикалы (ОН-), инактивирующие клетку по двум основным механизмам: (1) окисление и разрушение клеточной стенки и мембраны с последующей дезинтеграцией клетки и (2) их диффузия в клетку, приводящая к инактивации ферментов, повреждению органелл, нарушению синтеза белка и т.д. [54]. Причем, наибольший выход ОН» генерируется излучением в области 200-280 нм [109]. Поскольку максимум поглощения Н202 составляет 220 нм. Однако Н202 может абсорбировать фотоны при 222 нм и действовать как светофильтр. ]
С другой стороны, это может способствовать увеличению выхода ОН» и, тем самым, повышать эффективность дезинфекции [НО]. На рисунке 15 представлены кривые изменения численностей клеток В. cereus, соответствующие различным экспериментальным условиям: пероксидная обработка без УФ-облучения (кривая 1), обработка УФ-облучением KrCl-эксилампы без окислителя пероксида водорода (кривая 2), УФ-обработка KrCl-эксилампой в присутствии пероксида водорода (кривая 3). На рис. видно, что УФ-обработка KrCl-эксилампой в присутствии: пероксида водорода является лучшим условием для достижения максимальной эффективности инактивации бактерий В. cereus. Рисунок 15 - Изменение численности клеток В. cereus при различных условиях 1-обработка пероксидом водорода; 2- УФ-обработка KrCl эксилампой без окислителя; 3- УФ-обработка в присутствии пероксида водорода. Исходная численность клеток В. cereus 105 КОЕ/мл. Концентрация пероксида водорода 1 г/л. Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективносхи комбинированного метода УФ-обработки в присутствии пероксида водорода для инактивации клеток В. cereus. В результате проведенных исследований было выявлено, что темновая реакция бактерий Е. coli и В. cereus не обнаружена. При выдерживании: облученных суспепензий на свету также не наблюдался рост клеток Е. coli и В. cereus. Таким образом, комбинированная УФ-обработка в присутствии пероксида водорода воды, содержащей Е. coli и В. cereus, обеспечивает необходимый, достаточно устойчивый эффект последействия.
