Вступ
Забезпечення мікробіологічної безпеки води є однією з найактуальніших проблем сучасної екології, санітарії та охорони здоров’я. Наявність у природних і стічних водах патогенних мікроорганізмів, зокрема вірусів, становить серйозну загрозу для населення, оскільки вірусні інфекції можуть передаватися водним шляхом навіть за низьких концентрацій збудників. Традиційні методи знезараження води, такі як хлорування, озонування та ультрафіолетове опромінення, мають низку недоліків, серед яких утворення токсичних побічних продуктів, зниження ефективності за наявності органічних домішок та обмежена дія щодо вірусів [1, c. 183]. У зв’язку з цим значний науковий і практичний інтерес викликає застосування фізичних методів обробки води, зокрема використання нерівноважної низькотемпературної плазми (ННТП). Така плазма характеризується наявністю активних частинок — електронів, іонів, радикалів, ультрафіолетового випромінювання та реактивних форм кисню і азоту, які здатні ефективно інактивувати широкий спектр патогенних мікроорганізмів без суттєвого нагрівання водного середовища. Це робить плазмові технології перспективними для знезараження питної та стічної води [2, c. 162].
Особливу увагу в дослідженнях процесів плазмового знезараження приділяють вірусам як найбільш стійким до зовнішніх впливів мікроорганізмам. Коліфаги часто використовуються як модельні об’єкти для оцінки ефективності методів інактивації вірусів у водному середовищі, оскільки вони відрізняються високою резистентністю та добре вивченими властивостями [3, c. 155].
Метою даної роботи є дослідження процесів інактивації патогенів у воді під дією нерівноважної низькотемпературної плазми та оцінка ефективності цього методу для знезараження питних і природних стічних вод. Для досягнення поставленої мети було проведено дослідження з використанням коліфагів за різних початкових концентрацій мікроорганізмів та тривалості плазмового впливу.
Виклад основного матеріалу
При знищенні вірусів методика проведення експериментальних досліджень полягала у наступному. У певні обсяги (від 0,5 до 3,0 дм3) дехлорованої питної та природної профільтрованої стічної води вносили окремо коліфаг до кінцевих концентрацій від одиниць до 102 та від 104 до 106 мікроорганізмів у дм3.
Отримані суспензії мікроорганізмів у досліджуваних водах поміщали у спеціальний реактор установки об'ємом 30 см3 і піддавали дії нерівноважної низькотемпературної плазми протягом 1, 3, 5 та 10 хв. У разі мінімального вмісту мікроорганізмів (одиниці та сотні в 1 дм3), а також при тривалому впливі (5 і 10 хв) обсяг кожної проби для досліджень збільшували до 1000 см3. Визначення коліфагів у пробах води проводили двома методами: шляхом прямого посіву та методом підрощування.
При дослідженні проб об'ємом 30 см3, що містять коліфаги, вся рідина після обробки висівалася на тверді живильні середовища. Після культивування термостаті протягом 24 год при температурі 37℃ проводили перерахунок вмісту коліфагів на 1 дм3 досліджуваної рідини.
На першому етапі в експериментальних дослідженнях вивчали динаміку зниження різних концентрацій коліфагів у питній воді за різного часу впливу ННТП. Як видно з представлених даних, при високих рівнях забруднення порядку 106 од./дм3 вплив протягом 1 хв призводить до зниження концентрації коліфагу більш ніж один порядок. При подальшому збільшенні часу впливу до 3 і 5 хв концентрація коліфагу знижується меншою мірою і при 5 хв повне очищення не спостерігається.
При високому рівні забруднення питної води (близько 104 од./дм3) після 1 хв впливу загибель вірусів становила 95,71%, що з вмістом у суспензії як високостійких, і менш стійких популяцій мікроорганізмів. Подальше збільшення часу впливу призводило до зростання відсотка очищення. При максимальному часі дії – 10 хв – кількість коліфагів знижувалася у воді на 99,92%.
Аналіз отриманих даних показує, що незалежно від початкового забруднення води в перші хвилини обробки спостерігається найбільш різке зниження вмісту мікроорганізмів, яке потім уповільнюється і час до повного знищення коліфагів залежить від вихідної концентрації мікроорганізмів у воді [4, c. 100].
Значний інтерес представляло вивчення впливу ННТП на загибель мікроорганізмів, що містяться в питній воді на рівні одиниць, десятків і сотень мікроорганізмів у літрі, що найчастіше зустрічається в природних умовах, за існуючих способів обробки води або недотримання режимів її обробки.
У зв'язку з цим було проведено дві серії досліджень за умови утримання в питній воді коліфагів на рівні 102 од./дм3. Результати дослідження представлені в таблиці 1. Як видно з наведених даних, при забрудненні питної води на рівні сотень в 1 дм3 при однохвилинному впливі коліфаг знищується на 51,1% і при 3 хвилинному – практично на 100%.
Таблиця 1
Динаміка загибелі коліфагів, що містяться у питній воді
При нижчому вихідному забрудненні (на рівні близько 101 од./дм3) для видалення коліфагів достатньо 1 хв впливу. Таким чином, наведені дані експериментальних досліджень свідчать про високий бактерицидний ефект ННТП щодо вірусів, що містяться у питній воді.
Вивчення динаміки загибелі коліфагів у стічних водах проводили з використанням модельних та фільтрату природних стічних вод. Результати досліджень представлені у таблиці 2.
Таблиця 2
Динаміка загибелі коліфагів у стічній воді
Як видно з представлених даних, коліфаги після однохвилинної дії руйнуються у модельних стічних водах на 71,5% та у фільтраті – на 97,54%. При збільшенні часу дії до 3 хв процес руйнування мікроорганізмів однаковий і становить відповідно 99,58% та 99,61%. Найменше виживання коліфагів у цих водах спостерігалося при 5-хвилинному впливі. Отримані дані свідчать про високий бактерицидний ефект нерівноважної низькотемпературної плазми щодо вірусів та коліфагів, що містяться у стічних водах – до 99,9%.
Висновки
Метод нерівноважної низькотемпературної плазми дозволяє проводити практично повне знезараження води від найширшого спектра патогенних мікроорганізмів, не погіршуючи органолептичних властивостей води.
Список літератури
1. Кучук М.C. та ін. Знезараження води із використанням нерівноважної низькотемпературної плазми. Вчені записки ТНУ імені В.І. Вернадського. Серія: Технічні науки. 2025. Т. 36 (75). № 5. Ч. 1. С. 181-185.
2. Кравченко О. В., Головань С. С. Кінетичні процеси утворення поліоксидів водню у водних розчинах при дії нерівноважної низькотемпературної плазми. Збірник наукових праць Дніпровського державного технічного університету (технічні науки). 2025. Т. 2. №. 47. С. 159-167.
3. Гуляєв В. М., Кравченко О. В., Головань С. С. Дослідження термодинамічних процесів утворення гідроген поліоксидів у водних розчинах при дії нерівноважної низькотемпературної плазми. Збірник наукових праць Дніпровського державного технічного університету (технічні науки). 2025. Т. 1. №. 46. С. 152-158.
4. Півоваров О. А. та ін. Контактна нерівноважна низькотемпературна плазма (КНП): особливості фізико-хімічних процесів в умовах КНП. Agricultural mechanics. Innovative technologies of food production : монографія. Дніпро : «Свідлер А. Л.», 2022.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter