Плазмохімічне знезараження питної води

Ефективність дезінфекції залежить від здатності антимікробного агенту взаємодіяти з мікроорганізмом і від міри ушкодження, що викликана ним. На характер взаємодії і міру ушкодження впливає багато чинників, як то структура і концентрація антимікробного агенту, тривалість контакту, доступність, рецептура, число і тип мікроорганізмів.

Пероксид водню - один з відомих антимікробних агентів. Нижче показана антимікробна ефективність пероксиду водню при застосуванні його у концентраціях від 3 до 0,1% (табл. 3.4). Показник D вимірюється часом, необхідним для дезінфекції, який знижується при збільшенні концентрації пероксиду водню. Більш високі величини D означають знижену антимікробну активність.

Таблиця 3.4 - Значення показника D (хв)

Озонування. При озонуванні води озон руйнує окисно-відновну систему бактерій та їх цитоплазму, на відміну від пероксиду водню та активованої води, які впливають тільки на ферменти мікробної клітини. Цим і пояснюється ефективніша дія озону у порівнянні з пероксидом водню.

Ультрафіолетове випромінювання. Знезаражувальний ефект ультрафіолетового випромінювання обумовлений фотохімічними реакціями, в результаті яких відбуваються безповоротні ушкодження ДНК. Також ультрафіолет діє і на інші структури мікроорганізмів, зокрема, на РНК і клітинні мембрани, що викликає, зрештою, загибель мікроорганізму. Ультрафіолетові промені, впливаючи на білкові колоїди цитоплазми клітин, змінюють їх структуру і дисперсність, що і призводить до загибелі самої клітини. При довжині хвиль ультрафіолетового випромінювання 200-315 нм усі види бактерій гинуть вже з перших секунд опромінення. Найбільшу бактерицидну дію має електромагнітне випромінювання при довжині хвилі 240-280 нм.

Під час плазмохімічного оброблення вода піддається впливу ультрафіолетового випромінювання, електролізу, гідравлічному удару, імпульсному розряду, дії озону та атомарного кисню, що відбувається під час однієї технологічної операції, на відміну від існуючих комбінованих методів оброблення води.

Пероксид водню, що міститься у плазмохімічно обробленій воді, є антисептичним агентом. Він викликає деструкцію клітинної стінки і цитоплазматичної мембрани, а також пероксидне окислення ліпідів. Бактерицидна активність пероксиду водню та активованої води у першу чергу пов'язана з їх високою окисною здатністю, а також з дією токсичних продуктів, що утворюються при пероксидному окисленні ліпідів. Саме це явище впливає на білки рибосом, викликаючи їх руйнування. Руйнуванню структури мембран сприяють також і утворені надпероксиди.

Спори мікроорганізмів стійкіші до пероксиду водню, а, отже, стійкіші і до активованої води. Для деяких видів бактерій, здатних утворювати спори, застосування активованої води не завжди ефективне, навіть за наявності у ній високих концентрацій пероксиду водню.

При високих рівнях забруднення води 10³ БОЕ/мл. дія контактної плазми протягом 1 хв. призводить до зниження концентрації коліфага більш, ніж на один порядок. При подальшому збільшенні часу дії до 3-5 хв. концентрація коліфага знижується у меншій мірі і складає у загальному приблизно 2 порядки. Таким чином, максимальна інактивація коліфага (при початковій концентрації 10³ БОЕ/мл) спостерігається при 5 хв дії контактної плазми, а після 10 хв. дії коліфаги в воді не визначається. Максимальна загибель коліфагів (приблизно на 1,5 порядки) відзначається протягом першої хвилини дії контактної плазми.

Вірус поліомієліту, що міститься в питній воді на рівні тисяч віріонів в 1 мл, інактивується на 45,1% після 1 хв. плазмового оброблення і на 99,9% після дії контактної плазми протягом 3 хв. Повна інактивація вірусу спостерігалася після дії контактної плазми 5 хв. при вмісті вірусу у питній воді на рівні сотень БОЕ/мл, після її оброблення 1 хв. він інактивується на 38,1% і не визначається у пробах води після плазмового оброблення протягом 3 хв.

Таблиця 3.5 - Інактивація коліфагів у водопровідній воді у залежності від тривалості дії контактної нерівноважної низькотемпературної плазми

Результати вивчення ефективності знезараження води, що містить кишкову паличку, наведені у табл. 3.6. Повне знезараження води досягається при оброблення її контактної плазмою протягом перших 5 хв.

Таблиця 3.6 - Знезараження води, що містить кишкову паличку, під дією контактної плазми

Слід зазначити аналогічну пригнічуючу здатність оброблених контактною нерівноважною плазмою розчинів відносно Cornebacterium diphteriae gravis, що має особливе значення для епідеміологічної практики. Величина зон затримки зростання у цьому випадку лежить у межах від 15 до 20 мм, вказуючи на чутливість цього виду мікроорганізмів до плазмохімічно активованих розчинів.

До відомих дезінфікуючих препаратів належать водні розчини йодиду калію. Цікавим є вивчення антибактеріальної здатності водного розчину, в

основі якого лежить активована під дією контактної нерівноважної низькотемпературної плазми вода з додаванням йодиду калію. Передбачається, що після оброблення таких розчинів можливе утворення відразу декількох хімічно активних сполук, таких як пероксид водню і його похідних, а також йодат калію, здатних забезпечити ефективне знезараження різного виду мікроорганізмів

KJ + H₂O₂ → KJO₃ +H₂O.

Маючи високі антибактеріальні властивості водний розчин KJO₃ у поєднанні з HjO₂, що утворюються у водному розчині під дією плазми, може бути ефективним дезінфектантом для широкого застосування у санітарно- гігієнічній, медико-біологічній та інших областях санітарії. Оскільки відомі нині антисептики і дезінфікуючі розчини є дорогими препаратами, вимагають набагато більших матеріальних витрат, ніж приготування активованого розчину KJ.

Про бактерицидні властивості металевого срібла відомо з незапам'ятних часів. Інтерес до срібних наночасток був обумовлений можливістю їх використання у якості антибактеріальних агентів місцевого застосування. Препарати (типу колларгола) на основі колоїдного срібла, запропоновані в 1897 році німецьким хірургом Б. Кредо, високо зарекомендували себе у медицині і використовуються досі. У незначних концентраціях наночастки срібла безпечні для клітин ссавців, але згубні для більшості бактерій і вірусів, тому набули поширення для знезараження води та їжі у побуті і у боротьбі з інфекціями при лікуванні людей. Бактерицидні властивості металевого срібла пов'язані з його повільним окислюванням і вивільненням іонів Ag⁺ у навколишнє середовище. Наночастки срібла характеризуються високою антибактеріальною ефективністю завдяки своїй розвиненій поверхні, що забезпечує максимальний контакт з навколишнім середовищем. Крім того, вони досить малі і здатні проникати крізь клітинні мембрани, впливати на внутрішньоклітинні процеси зсередини.

Колоїдне наносрібло - продукт, що складається з наночасток срібла, зважених у воді, що містить стабілізатор колоїдної системи. Застосування контактної нерівноважної низькотемпературної плазми дозволяє одержувати наночастки срібла з водних розчинів прекурсору. Отримані колоїдні розчини характеризуються вираженими антибактеріальними властивостями.

В табл. 1 наведено дані антагоністичної дії колоїдних розчинів наночасток срібла різної концентрації, отриманих плазмохімічним способом, проти кишкової палички (E.coli) (табл.

Таблиця 3.7 - Антагоністична дія плазмохімічно оброблених розчинів AgNO₃ та ΛgCl

Встановлено, що наночастки срібла обох прекурсорів інгібують ріст кишкової палички E.coli за різних концентрацій. Проте слід зазначити, що за однакових умов плазмохімічнго одержання наночасток срібла з водних розчинів прекурсорів інгібуюча дія часток, отриманих з прекурсору AgNO₃ є вища майже у два рази і становить 18-57%.

3.3.3