Dezaktywacja bakterii Escherichia coli z ozonem: Chemia i inaktywacja KINETYKI
Streszczenie-Pozorna chemiczne i inaktywacja reakcje zachodzące podczas dezynfekcji Escherichia coli z ozonu w obecności kwasu humusowego badano przepływie ciągłym reaktorach rurowych. Pozorna rozkład rozpuszczonego ozonu w obecności kwasu humusowego i komórek E. coli wzorowany był z powodzeniem mieszanych drugiego rzędu wyrażenia oprocentowaniu w skali czasu odpowiedniego do inaktywacji bakterii E. coli z ozonem.Stawka dla inaktywacji ozonowej E. coli w obecności kwasu humusowego był wolniejszy niż w przypadku braku naturalnej materii organicznej ze względu na szybszy rozkład rozpuszczonego ozonu, a tym samym niższej ekspozycja komórek E. coli do dezynfekcji w poprzednim przypadku. Jednak drugiego rzędu stopa inaktywacja stała była w przybliżeniu taka sama w obecności i nieobecności kwasu humusowego potwierdzającego, że molekularny ozonu zamiast rodników była gatunki generalnie odpowiedzialny za dezaktywację.Ogólna częstość reakcji pomiędzy ozonem i materii organicznej związanym z komórek E. coli był wolniejszy niż tempo inaktywacji E. coli przez ozon. Tylko 25% początkowego popytu ozonowej stosunkowo szybko zostały satisied do czasu, że praktycznie wszystkie mikroorganizmy obecne w roztworze były inaktywowane. Mikroskopem TEM wykazały, że zauważalne zmiany we wnętrzu komórek E. coli nie miała miejsce dopiero w większości komórek obecnych w próbce nie były rentowne. © 1999 Elsevier Science Ltd. Wszystkie prawa zastrzeżone
Słowa kluczowe-przepływowy reaktor, Escherichia coli, huminowe, kinetyka inaktywacji, dezynfekcja ozonowa, transmisja mikroskopia elektronowa
WSTĘP
(1)
Dezynfekcja Escherichia coli (E. coli) z ozonem badano w kilku konfiguracjach naczepy partii i przepływie ciągłym przez reaktorów w Perrich et al, 1975;. Zhou i Smith, 1994; Hunt i Mariny, 1997). Ogólnie rzecz biorąc, kinetyka inaktywacji okazały się być niezależny od pH i zgodne z klasycznym Chick-Watson modelu ust Chick, 1908; Watson, 1908) według wyrażenia reaktorze okresowym, gdzie N jest gęstość żywych mikroorganizmów, c jest stężenie rozpuszczonego ozonu molekularnej, zarówno w czasie t od początku reakcji, a ki jest stałą szybkość inaktywacji podane przez (Hunt i Mariny, 1997, w którym Ea = 37100 J / mol jest energia aktywacji, A = 5,37 x 108 l / (MGS) to współczynnik częstotliwości, R = 8,314 J / (mol K) jest idealny stała gazowa, T jest temperaturą bezwzględną w Odchylenia K. z równania 1 w tym ramion krzywej unieszkodliwiania i ogony zostały przypisane do wyjazdu eksperymentalnych jednostek od idealnego zachowania reaktora i występowaniem małych frakcji bakteryjnej grudek (Hunt i Mariny, 1997).
Spójność danych doświadczalnych równania 1 wskazuje, że kinetyka inaktywacji mogą być modelowane z jednorodnego prawa drugiej stopy zamówienia. Jednak proces inaktywacji jest bardziej złożone zjawisko niejednorodne tym różnych etapach przenoszenia masy i reakcje.Środki odkażające muszą dyfundować w kierunku powierzchni mikroorganizmów, a następnie przenikają do błony i cytoplazmy.Szybkość transferu masy można afected przez różne wewnątrzkomórkowych i zewnątrzkomórkowych reakcji z biomolekuł. Inaktywacja lub utrata rentowności może nastąpić, kiedy istotne składniki poniósłby pewien poziom nieodwracalnego uszkodzenia. Ważnym pojęciem jest to, że reakcje chemiczne między ozonu i biocząsteczki trwać stosunkowo dłuższy czas po utracie żywotności do dezynfekcji jest wyczerpany lub żądanie utlenianie przez biomolekuł jest spełniony.
Pomimo dziesięcioleci wysiłków badawczych przez różne grupy, mechanizmy odpowiedzialne za inacti-wacji E. coli nie są jeszcze dobrze poznane. Christensen i Giese (1954) zasugerował, że błona bakteryjna była pierwszym miejscem ataku ozonowej. W porozumieniu z tą sugestią, Scott i Lesher (1963) wykazały, że ozon zaatakowany powierzchni komórki, zmieniając przepuszczalność błony i ostatecznie prowadząc do wycieku zawartości komórki do podłoża. Występowanie wycieku została conirmed przez wskazanie, że stężenie kwasów nukleinowych i białek wzrosły w podłożu, a zmniejszyła się wewnątrz komórek. Chociaż ozon afected agregację nukleoproteidów wewnątrz komórek, to nie zareagował znacząco z kwasów nukleinowych, zanim zostaną dopuszczone do medium. Dalsze dowody niemożności ozonu do wnikania do komórek została przyznana przez fakt, że wysoko reaktywne zredukowane siarki grupy glutation wewnątrz komórek unafected, natomiast w przeciwieństwie ozon zareagował bardzo szybko z obecnej glutationu w podłożu. Niedawno inni autorzy donoszą, że białka i nienasyconych lipidów w błonie komórkowej są cele ataku ozonowej ust Pryor i wsp., 1983) i wyciek zawartości komórki do podłoża i lizy komórek ostatecznie może spowodować po dłuższym ozonowania (Scott, 1975 ; Hamelin i wsp., 1978).. Hamelin et al. (1978) zasugerował, że ozon pojedyncze przerwy nici w DNA, które, jeśli Nienaprawione, spowodował rozległe podział DNA w E. coli ostatecznie prowadzi do utraty rentowności. Oprócz tych zmian, ozon może również wywołać obrażenia bazowe i białka sieciowania w cząsteczkach DNA w Hameln et al., 1977).
Perrich et al. (1975) stwierdził, że rozpad komórek nie była głównym mechanizmem inaktywacji bakterii E. coli, a komórki pozostały nienaruszone po morfologicznie inaktywacji. Ishizaki et al. (1987) stwierdzili, że ozon afected plazmidowego DNA żywiła w komórkach E. coli przez przekształcenie zamknięty kulisty DNA, aby otworzyć kulisty DNA. Obserwacja ta wskazuje, że ozon był w stanie difuse przez błonę komórkową i reagują ze składnikami komórek. Autorzy zaproponował, że uszkodzenia DNA chromosomów może być jeden z powodów, dla inaktywacji E. coli ozonem. Hamelin i Chung (1974) badali zdolność ozonu do wywoływania mutacji u E. coli i postulował, że ozon był w stanie przeniknąć do wnętrza komórki i genetycznie zmieniać składniki cytoplazmatyczne przed niszcząc błonę komórkową. Ustalili, że inaktywacja była funkcją ilości ozonu dostępnych na bakterie, a poniżej pewnego stężenia progowego, ozon nie miały wpływu na przeżywalność bakterii.
Dezynfekcja E. coli w naturalnej wody i ścieków, co stanowi dodatkowe stopień złożoności, ponieważ ozon będzie także reagować z materią rozpuszczonej, koloidalnej i cząstek, a reakcje te mogą zakłócać niektóre z reakcji odpowiedzialnych za inaktywację bakterii E. coli. Projektowanie reaktorów dezynfekcji co może wymagać jednoczesnego rozważenia wszystkich reakcji afecting stężenia rozpuszczonego ozonu i ostatecznie procesu inaktywacji.
Głównym celem tej pracy było zbadanie i modelować pozorne chemicznych i inacti-wacji reakcji zachodzących podczas dezynfekcji E. coli z ozonem w obecności kwasu humusowego, grupa związków wybranych do reprezentowania ułamek materii organicznej obecne w wodach naturalnych. Dodatkowym celem była ocena transformacji komórek E. coli struktury na różnych poziomach narażenia na działanie ozonu.
MATERIAŁY I METODY
Eksperymentalny projekt
Zakres prac tego badania obejmował wykonanie czterech eksperymentalnych zestawów. Dwa zestawy zostały zaprojektowane aby zbadać oddzielnie widoczną ogólny rozkład ozonu reagujących z E. coli i kwas próchnicowy. Trzeci zestaw doświadczalny przeprowadzono w celu potwierdzenia, że pozorne kinetyka określone dla poszczególnych reakcji z poprzednich dwóch zestawów mogą być wykorzystane do reprezentowania ogólnego rozkładu ozonu w jednoczesnej obecności E. coli i kwas próchnicowy.Celem czwartym secie było określenie wpływu obecności kwasu humusowego na kinetykę inaktywacji E. coli z ozonem. Wszystkie eksperymenty przeprowadzono z ciągłego przepływu aparatu rurowego reaktora opisanego wcześniej (Hunt i Mariny, 1997).Podsumowanie warunkach doświadczalnych stosowanych przedstawiono w tabeli 1. Eksperymentalne ustawienie ja również testów przeprowadzanych z roztworów E. coli traktowanej dźwiękami w Fisher 50 Sonic Dismemberator (Fisher Scientific, Itasca, IL) ocenić potencjalne ograniczenia transferu masy afecting cały proces inaktywacji. Kompletna lizy komórek pochodzących z obróbki sonikacji został conirmed mikroskopowo
Tabela 1. Podsumowanie pierwszego ozonu (CG), E. coli (NO) i huminowych kwaśnych (TOCG) stężeniach. Dodatkowe warunki odnoszące się do wszystkich zestawów doświadczalnych, chyba że zaznaczono inaczej: temperatura = 20 ° C, pH = 6, całkowite stężenie fosforanów = 0,02 M, tert-butanol stężenie = 0,01 M, rurowy reaktor przepływ = 50 ml / min, czas kontaktu
materiały
Roztwory ozonu, E. coli i kwasy humusowe zostały przygotowane popytu wolnego ozonu wody buforowym przy pH 6.0 lub 7.2 z 0,02 M fosforan. E. coli ATCC szczep 11775 (American Type Culture Collection, Rockville, MD) jako testu mikroorganizmu. Huminowe uzyskano z firmy Aldrich Chemical Co (Milwaukee, WI). Eksperymentalne rozwiązania podawano 0,01 M tert-buta-Nol na radykalne oczyszczanie i temperatura we wszystkich testach została utrzymana na stałym poziomie 20 ° C poprzez zanurzanie reaktorach rurowych w łaźni wodnej. Dodatkowe informacje o eksperymentalnej, chemiczne i mikrobiologiczne komponentów została zaprezentowana w poprzedniej publikacji (Hunt i Mariny, 1997).
Fot. 1. Pozorna ogólny rozkład ozonu w obecności początkowo żywych bakterii E. coli dla różnych początkowych stężeń ozonu i mikroorganizmów gęstości (patrz zestaw I w tabeli 1 dla warunków doświadczalnych
Fot. 2. Pozorna ogólny rozkład ozonu w obecności początkowo żywych i sonikowanego E. coli dla różnych początkowych stężeń ozonu i mikroorganizmów gęstości (patrz zestaw I w tabeli 1 dla warunków doświadczalnych).
Fot. 3. Pozorna ogólny rozkład ozonu w obecności kwasów humusowych w różnych początkowej ozonu i całości organicznych stężenia węgla zobaczyć set II w tabeli 1 na warunkach doświadczalnych).
Fot. 4. Pozorna ogólny rozkład ozonu w jednoczesnej obecności początkowo żywych bakterii E. coli i kwasów huminowych o różnej początkowej ozonu i całości organicznych stężenia dwutlenku węgla i mikroorganizmów gęstościach (patrz zestaw III w Tabeli 1 na warunkach doświadczalnych).
Fot. 5. Inaktywacja E. coli z ozonem w obecności kwasów humusowych w różnych początkowej ozonu i całości organicznych stężenia dwutlenku węgla i mikroorganizmów gęstościach (patrz set IV w tabeli 1 dla warunków doświadczalnych).
Fot. 6. Mikroskopem elctron transmisji komórek E. coli po ekspozycji na ozon w reaktorze przepływowy rurowego. Warunki pracy: pH 7,2, temperatura = 20 ° C; Nr = 5 x 109 CFU / l; T = 30 s; CO = 0 / g / l (A), 9 / g / l (B), 18 / g / l (C) i
196 / g / l (D).
metody analityczne
Całkowitego węgla organicznego (TOC) analizy przeprowadzono w celu określenia stężenia dwutlenku węgla organiczne odpowiednie do różnych dawek kwasów huminowych używanych, jak również obliczyć zawartość węgla organicznego w komórkach E. coli. Te ostatnie analizy zostały przeprowadzone przez sonicating 10 ml czas E. coli rozwiązania w lodowej łaźni wodnej przez około 10 minut, czas niezbędny do całkowitego rozpadu komórek potwierdzone przez badanie mikroskopowe. Kilka kropel stężonego kwasu fosforowego (85%) zostały dodane do traktowanej dźwiękami komórek przed analiz wykonanych na próbkach z TOC Analizator Dohrmann DC Model-80 (Tekmar-Dohrmann, Cincinnati, OH). Procedury analityczne dla oznaczania ozonu i E. coli oceny rentowności były opisane wcześniej (Hunt i Mariny, 1997).
Transmisja mikroskopia elektronowa
Dodatkowe eksperymenty inaktywacji przeprowadzono badanie zmian strukturalnych komórek E. coli po kilku poziomów ekspozycji na ozon. Warunki doświadczalne zawarte początkowe stężenie ozonu CO = 0-1000 / JG / l, E. coli gęstość Wo = 5 x 109 CFU / l, a kontakt czasie t = 30 s. Badania przeprowadzono w 20 ° C i pH 7,2 w 0,02 M fosforanowego roztworu buforowego w obecności 0,01 M tert-butanolu. Do każdego testu, 50-ml objętości próbki zostały pobrane w butelkach zawierających 10 ml 0,2% sodu thiosul-los rozwiązania ugasić nadmiar ozonu. Próbki wirowano skoncentrować się mikroorganizmów, które zostały następnie ixed z równą objętością 3 proc glutaralde-hyde (Sciences mikroskopie elektronowym, Fort Washington, PA) buforowany o pH 7,2 z fosforanu. Po około 1 godziny, próbki wirowano i wynikające bakteryjne granulki były narażone na noc do dodatkowych fosforanu-bufered 3% roztwór aldehydu glutarowego.
W glutaraldehyd-stałe bakterie osadzone w 1% agaru i przemywa się dwukrotnie w bufer fosforanów. Następnie próbki ustalone w bufered 1% osmu potasu tetroxide/1.5% żelazocyjanku w temperaturze 4 ° C przez 1,5 godziny. Ustalone próbki płukano w bufer fosforanu dwa razy i wysuszone przez ekspozycję na stopniowo rosnące stężenie etanolu (% 30, 60, 90, 100 i 100). Wysuszone próbki płukano dwukrotnie w tlenku propylenu i następnie iniltrated z propy-Lene tlenku żywicy epoksydowej Poly / łóżko 812 (Polysciences, Warrington, VA) mieszaniny do próbki były w czystej żywicy epoksydowej. Próbki zostały umieszczone w kapsułach z polietylenu i żywicę polimeryzowanego w temperaturze 60 ° C przez 48 godzin. Cienkie skrawki cięcia na Reichert-Jung Ultracut E ultramicrotome (Carl Zeiss, Thornwood, NY) i zabarwione octanem uranylu i cytrynian ołowiu. Sekcje były badane z JEOL JEM-100CX transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM) (JEOL USA, Peabody, MA) operacyjnego przy 80 kV i mikrofotografii zostały nagrane na Kodak SO-163 filmów obrazu elektronu (Eastman Kodak Co, Rochester, NY) a następnie zdigitalizowane ze skanerem wysokiej rozdzielczości
Wyniki i dyskusja
Eksperymentalne wyniki otrzymane dla testów przeprowadzanych w celu oceny ogólnych kinetykę rozkładu ozonu w obecności E. coli przedstawiono na rys.. 1. Wysiłki modelowania wykazały, że pozorna rozkładu ozonu może być reprezentowana w sposób mieszany wypowiedzi drugiej stopy zamówienia lub
gdzie kx jest sekundy wskaźnik celu stałą w l / (mg) i x jest stężenie ozonu szybko składników popytu w komórkach E. coli w mg / l jako O3 udzielonych przez:
w którym xa jest początkowe stężenie ozonu szybko żądanie składników, ilość proporcjonalna do początkowej liczby żywych mikroorganizmów Brak lub xo = ao x No ao może być wyrażona w mg z 03 na kolonii jednostki formowania (mg 03 / CFU) lub popyt ozonu na komórki E. coli przy założeniu, że każda kolonia bakterii wynikało z indywidualnej komórki.
Integracja z równania 3 po podstawieniu równania 4 spowodowały następujące wyrażenie
Równanie 5 został użyty aby cały zbiór danych przedstawiony na rysunku. 1 za pomocą metody najmniejszych kwadratów. Wyniki tych działań są przedstawione na rysunku przez ciągłymi liniami. Odpowiednie przylegające uzyskane wartości parametrów były kx = 1,72 0,151 / (MGS) i ao = 1,29 0,05 x 10 "11mg 03/CFU. Jak pokazano na rysunku. 1, drugiego rzędu model kinetyczny wyposażony dane eksperymentalne oraz dla T <15 s. Chociaż odchylenia odnotowano dla t> 15 s, te dłuższe czasy kontaktowe nie były istotne, ponieważ E. coli reakcja inaktywacja jest znacznie szybszy (/ q / kxx80) i praktycznie ukończone 15 s dla całego zakresu warunków doświadczalnych badanych. T0C analizy traktowanej dźwiękami zawiesiny E. coli w początkowych komórek gęstościach od 6.8-11 x 109 CFU / l wykazało, że średnia zawartość węgla organicznego w każdej komórce wynosiła około T0Co / JVo = 2,56 0,10 x 10-10mg C / CFU. ozonu popyt na masę węgla organicznego może być wyrażona z nowego parametru T0Co = 0,0504 + 0,0040 mg 03/mg C. Parametry popytu ozonu może być także wyrażona na podstawie molekularnej jako ao = 1,62 x 108 03 cząsteczek / CFU i / Jo = 0.0126 03 cząsteczek / E. coli C atom. Co ciekawe, wartość ao dla ozonu była w dość dobrym porozumieniu z że z dnia 7 x 107 cząsteczek / CFU na żądanie jodu przez E. coli zgłaszanych przez Scotta i Lesher (1963). Te autorzy zaproponowali że utlenianie popyt agenta wywierana przez węgla podwójnych wiązań nienasyconych kwasów tłuszczowych obecnych w ścianie komórkowej i błonie. Zakładając, że każda cząsteczka ozonu reaguje z jednym węgla grupie wiązania podwójnego, a następnie część z E. coli węgiel organiczny uczestniczących w wiązaniu podwójnym grupy będzie wynosić około 2,52% całkowitej zawartości węgla.
Założono w równaniu 3, że tempo zanikania warstwy ozonowej w obecności komórek E. coli może być reprezentowany przez jednorodny wyraz drugiego rzędu. Ważność tego założenia była sprawdzana poprzez testowanie rozwiązań zawierające zarówno początkowo opłacalne, a sonicated komórkach E. coli. Wyniki tych eksperymentów przedstawiono na rys.. 2. Nieco szybsze tempo zaniku ozonu zaobserwowano dla traktowanej dźwiękami próbek. Zgodnie z oczekiwaniami, prognozy z równania 3 = 1,72 pomocą kx l / (mg s), a ao = 1,29 x 10 ~ "mg / CFU (linie ciągłe) były bliższe dane odpowiadające początkowo żywych komórek. Niewielkie over-przepowiednie obserwuje się może być wynikiem kombinacji nieścisłości analitycznych i eksperymentalnych. W celu porównania tych wyników, równanie 3 został wykorzystany do niego
zestawy danych odpowiadające początkowo na żywo i
traktowanej dźwiękami komórki (linie przerywane). Powstały
parametry były = 1,33 + 0.14l / (MGS) i
ao = 1,66 + 0,07 x 10 "11mg/CFU dla komórek początkowo żywe i
kx = 2,38 + 0,361 / (MGS) i ao = 1,77 + 0,08 x 10 "11 mg / CFU na traktowanej dźwiękami komórek. fakt, że wartości ao były porównywalne obsługiwane że ostatecznym popyt ozonowa była w przybliżeniu taka sama dla obu rodzajów zawiesin komórkowych . z niewielka różnica uzyskał prawdopodobnie jest wynikiem eksperymentalnym zmienności Różne wartości kx są oznakami, że inacti-wacji proces mogło przenoszenia masy ograniczone w porozumieniu z mechanizmów dezynfekcji w oparciu o reaktywności ze składnikami błon komórkowych (Christensen i Giese, 1954; Scott i Lesher, 1963). W związku z tym szybsze tempo reakcji na traktowanej dźwiękami komórek wykazały, że cząsteczki ozonu zareagował szybciej składników komórki. W konsekwencji, zastosowanie równania 5 powinny być interpretowane jako wzór ważny do kwantyfikacji ale niekoniecznie dokładną reprezentację bardziej skomplikowane kroki wymiany masy i heterogenicznych reakcji zachodzących podczas procesu inaktywacji.
Eksperymentalne wyniki otrzymane dla testów przeprowadzanych w celu zbadania rozkładu ozonu w obecności kwasu humusowego przedstawiono na rys.. 3 dla 15S T <. Równania 3-5 zostały użyte, aby cały zestaw danych podanych w igure po podstawieniu x dla y, a xo = aoJVo dla yo = / JoTOCo. y jest szybko reagować część TOC również wyrażone w mg / l jako O3, yo jest wartością początkową dla y, TOCO jest TOC odpowiadający początkowej humusowego stężenia kwasu w roztworze i / Jo jest początkowy szybki popyt ozonu przez huminowe egzaminowani również wyrażone w mg O3/mg C. dopasowane krzywe zostały znalezione dopasować dane doświadczalne dość dobrze przedstawionych na rysunku. 3. Odpowiednie dopasowane parametry były ky = 3,20 + 0.16l / (MGS) i £ o = 0,324 + 0,005 mg O3/mg C. Należy podkreślić, że podobny do obserwacji dla reakcji z E. coli, model odbiegała od dane eksperymentalne dla t> 15 s prawdopodobnie na skutek reakcji ozonu z wolniej reagujących cząsteczek organicznych i radykałów. Jednak, jak wspomniałem wcześniej te dłuższe czasy kontaktowe nie były na ogół istotne dla procesu inaktywacji pod zestaw warunkach doświadczalnych wykorzystywanych.
Rozkład rozpuszczonego ozonu w jednoczesnej obecności obu E. coli i kwasu humusowego może być reprezentowany przez wyrażeń:
Równania 6-8 stanowią system niezależnych nieliniowych równań realizację ogólnego bilansu masy (C0-X0-yo) = (c-x-y), które mogą być wykorzystane do zastąpienia każdego z trzech wyrażeń. Nieliniowość układu równań wymaga rozwiązania poprzez podejście przybliżenia. Skończony podejście różnica została wykorzystana z przedziału czasu t = 0,003 s lub łącznie 500 godzin elementów w zakresie 0-15 sekund. Podejście prób i błędów wynika, że prognozy były praktycznie takie same dla niższy Przy wartościach. Rysunek 4 przedstawia porównanie prognoz modelu do danych eksperymentalnych odpowiadających badań przeprowadzonych na Vo = 1,3 x 1010 CFU / l, TOCO = 00,50 mg / l, a ko = 206-374 / ig / litr. Parametry modelu były te samodzielnie określa go-Ting dane w rysunkach. 1 i 3 (np. kx = 1,72 l / (mg y) ky = 3,20 l / (MGS), ao = 1,29 x 11/10 mg O3/CFU i ¿3o = 0.324mg O3/mg C). Jak pokazano na rysunku. 4, model przewidział dane dobrze w zakresie warunków doświadczalnych badanych.
Inaktywacja E. coli z ozonu w obecności naturalnej materii organicznej np. kwasu humusowego można przedstawić za pomocą wbudowanego postaci równania 1, lub
gdzie zmiany c z czasem zgodnie z równaniami 6-8. Wyniki eksperymentów przeprowadzonych z unieszkodliwiania roztworów zawierających huminowe w stężeniach TOCO = 0,1-0,5 mg / l pokazane są na rys.. 5 wobec analogicznego ekspozycji zintegrowanym ozonowej szacuje się od przewidywanych krzywych podobnych do tych z rys.. 4. Również pokazano na rys.. 5 jest linia odpowiadająca stopie inaktywacji stałej / q = 138 l / (mg), w przypadku braku kwasu humusowego szacowane z równania 2 dla eksperymentalnego temperaturze 20 ° C (Hunt i Mariny, 1997). Ogólnie dobra umowa jest obserwowany między danymi unieszkodliwiania w obecności kwasu humusowego i linii odpowiadającej braku naturalnej materii organicznej.
Związek może teraz zostać ustanowione między kinetykę inaktywacji i kinetyki odpowiadających reakcji molekularnej ozonu i szybko reagującego porcji komórek E. coli
Równanie 10 uzyskano łącząc równania 9 z wyrazem tej samej formie wynikającej z integracji równanie 3. Wartości korelacji pomiędzy N / No i x / xo zgodnie z równaniem 10 zostały przedstawione w tabeli 2, wraz z odpowiednią ekspozycją przewidywanym ozonowej. Około 2,8% utrata szybko reagujących con ¬ stituents E. coli odpowiadało 99% inacti-wacji tego mikroorganizmu, a do czasu 25% na szybko reagujących grup zareagowała z molekularnej ozonu, praktycznie wszystkie mikro- organizmów występujących w rozwiązaniach testowanych w tym badaniu (No «1010 CFU / l) zostały inaktywowane.
Reprezentatywne mikroskopem uzyskane dla analizy TEM przedstawiono na rysunku. 6. Odpowiadający ozonu stężenie początkowe i ekspozycji, eksperymentalne i model przewidywane przeżycie E. coli i fast-ozonową popytu inauguracyjne pozostałej frakcji przedstawiono w tabeli 3. Przedstawiciel komórki z obecnych w próbkach kontrolnych nie narażonych na działanie ozonu są pokazane w mikrograficzną A. różne kształty przedstawione na mikroskopu wynika z orientacji pręta w kształcie komórek E. coli osadzonych w żywicy epoksydowej. Lżejsza część komórek jądrowych region obejmujący kilka fibryli DNA i elektronowo-gęste rybosomów, te ostatnie pojawiają się jako ciemne czarnych kropek (VanDemark i Batzing, 1987). Kapsułki komórkowe i błony były łatwo odróżnić, ale nie wyraźny wewnętrzny membrana była widoczna. Obserwacje te były zgodne z podawanymi przez Woldringh i Nanninga (1985) E. coli także ustalone najpierw z 2,5% glutaraldehydu a następnie 1% czterotlenku osmu. Autorzy wskazują, że takie podejście ixation spowodowało nucleoid z zachowanych rozproszyć wygląd bez nadmiernego wytrącania ibrils DNA wynikających z zastosowania innych rozwiązań mocowania.
Micrograph B przedstawia próbkę leczonych przez 30 sekund z początkowego stężenia ozonu o 9 / XG / litr. Model opisany wcześniej została zastosowana do przewidzenia odpowiedniego zintegrowanego narażenia na działanie ozonu z 0,0826 mg S / l, inaktywacja około 99,999% i szybko reaguje konwersja grupa 13,2 proc. Przewiduje inaktywacja dopasowane ściśle obserwowane wartości. Jak pokazano na rysunku. 6, pojawienie się komórek w mikrograficzną B, z których większość straciła rentowność, nie był zauważalnie zróżnicowanego się od kontroli.
Micrograph C na rysunku. 6 odpowiadała próbce narażonej na 0,175 mg S / L zgodnie z przewidywaniami modelowymi.Model przewidział wskaźnik przeżycia przedstawiono w tabeli 3, powinny być uważane za bardziej reprezentatywne niż obserwowane co odpowiadało około granicy wykrywalności żywych komórek E. coli i mogła być afected się występowaniem skupisk komórek. Zasadniczo wszystkie komórki narażone na warunkach odpowiadających mikrograficzną C zostały inaktywowane. W porównaniu do dwóch poprzednich mikrofotografii, wyraźne zmiany zaobserwowano w komórkach bakteryjnych.Nucleoid wydawało się, że zakontraktowane i gruba wytrącanie DNA było oczywiste.Efect podobny do obserwowanego w mikrograficzną C odnotowano (Woldringh i Nanninga, 1985) kiedy wtórne struktury białek wiążących DNA jest zniszczone. Najwyraźniej dla ekspozycji poziomie odpowiadającym mikrograficzną C, ozon był w stanie przeniknąć do komórek i reagują z białkami lub licznych enzymów biorących udział w kontroli budowy DNA w nucleoid, w wyniku wytrącania DNA. Inną ważną różnicą między mikrograficzną C i dwoma obrazkami poprzednich było wystąpienie nasilać zwojów w kopercie komórki.
Micrograph D na rysunku. 6 przedstawia komórki bakterii po przewidywanym narażeniem na działanie ozonu o 4,21 mg S / L.Ogólna gęstość materiału jądrowego jest niski w porównaniu do poprzednich mikrofotografii i koperty komórkowych pojawił się poważnie pokrętny i wiszące luźno wokół komórki zamiast montażu ciasno. Niektóre bakterie wydają się być zakłócony, oraz fragmenty poddanych lizie komórek zaobserwowano.Występowanie lizy komórek był wspierany przez fakt, że śrut nie może być pobrany o zawieszenie narażonej na 28,1 s / l mg (E próbki w tabeli 3).
Tabela 2. Przewidywania model mikroorganizm przetrwania, szybko ozon żądanie elementy rozliczenia i odpowiada zintegrowany produkt stężenia ozonu i czasu kontaktu
Tabela 3. Przewidywania model mikroorganizm przetrwania, szybko ozon żądanie elementy rozliczenia i odpowiada zintegrowany produkt stężenia ozonu i czasu kontaktu dla badanych próbkach poprzez transmisję mikroskopii elektronowej (patrz Rys. 6)
Stopa inaktywacji E. coli z ozonem jest szybki w porównaniu do tych, dla innych mikroorganizmów interesu publicznego zdrowia, takich jak pierwotniaki pasożyty, np. Cryptosporidium parvum. Systemy powierzchniowe wody pitnej mające na celu inaktywacji oocyst C. parvum musi dostarczyć wartości CT kilka tysięcy razy większe niż wymagane dla ochrony przed E. coli (Rennecker et al., 1999). W konsekwencji, kinetyka E. coli inaktywacji opracowane w tym badaniu nie mogą mieć bezpośredni wpływ na kształt roślin wody pitnej leczenia. Jednak informacja ta ma większe znaczenie w oczyszczaniu ścieków. Na przykład, wtórne ścieki ścieki z Belmont i Southport zaawansowane Oczyszczalnie ścieków w Indianapolis, IN są dezynfekowane za pomocą ozonu do głównego celu zachowania zgodności z przepisami zmniejszenia gęstości żywych kału coli (puste et al., 1993). Obniżki kału coli osiągniętych w ozonowej styczników tych roślin są zgłaszane na 99 - 99,99%, lub JV / JVo = 0.0001-0.01 (Blank et al, 1993.). Te sprawności inaktywacji są niskie pomimo tych pełnowymiarowych styczników dezynfekcji jest zaprojektowany do pracy w stosowanych dawkach ozonu 6 mg / l i T10 kontaktowego (czas do 10% masy znacznika dodany jako wejście impulsów natychmiast up-stream od stycznika Wlot do osiągnięcia eluentu) z 10 min (Blank et al., 1993). Zakładając, że średnia kału odporność coli na działanie ozonu była taka sama, jak znaleźć w tym dochodzeniu E. coli i zaniedbując obecności bakterii grudek następnie ryc. 5 mogą być wykorzystane do oszacowania CT wartości odpowiadające obserwowanego JV / JVC na 0.03-0.07 mg S / l. Średnie stężenia rozpuszczonego ozonu odpowiadające tym wartościom CT można szacować na 0,5-1 x 10 ~ 4mg / l przy założeniu, że t10 pod dobrą ocenę dla efektywnej czasu kontaktu osiągniętego w stycznikach. Jak pokazano w tym przykładzie eiciency ścieków eluentu dezynfekcji ozonem jest afected przez ozon żądanie reakcji. Jeśli widoczna szybkość rozpadu ozonu w pewnym ścieków oczyszczalni jest znany wówczas model kinetyczny podobna do opracowanej dla tej pracy może być zintegrowany z wymiany masy reaktorów i hydrodynamicznego informacji do przewidywania wydajności, a może optymalizacji projektowania jednostek dezynfekcji ozonu.
WNIOSKI
Pozorna rozkład rozpuszczonego ozonu w obecności kwasu humusowego i komórek E. coli wzorowany był z powodzeniem mieszanych drugiego rzędu wyrażenia oprocentowaniu w skali czasu odpowiedniego do inaktywacji bakterii E. coli z ozonem. Parametry kinetyczne otrzymane dla poszczególnych reakcji pomiędzy ozonem i kwasu humusowego i ozonu i komórek E. coli przewidział także ogólny rozkład ozonu w jednoczesnej obecności kwasu humusowego i komórek E. coli.
Stawka dla inaktywacji ozonowej E. coli z ozonu w obecności kwasu humusowego był wolniejszy niż w przypadku braku naturalnej materii organicznej. Różnica była ze względu na szybszy rozkład rozpuszczonego ozonu i tym samym niższej ekspozycja komórek E. coli do środka dezynfekującego. Jednak drugiego rzędu stopa inaktywacja stała była w przybliżeniu taka sama w obecności i nieobecności kwasu humusowego potwierdzającego, że rozpuszczony ozon jest gatunkiem, ogólnie odpowiedzialne za dezaktywację.
Ogólna reakcja chemiczna pomiędzy ozonem i materii organicznej w komórkach E. coli był wolniejszy niż w analogicznym reakcji inaktywacji. Tylko 25% początkowego popytu ozonowej stosunkowo szybko zostały satis-IED do czasu, że praktycznie wszystkie mikroorganizmy obecne w roztworze zostały inaktywowane. Mikroskopem TEM wykazały, że zauważalne zmiany w ¬ terior z komórek E. coli nie miała miejsce dopiero w większości komórek obecnych w próbce nie były rentowne. Późniejsze wystawienie na działanie ozonu spowodowały zmian strukturalnych, pogorszenie membrany i ostatecznie rozpad inaktywowanych komórek.
Podziękowania-Autorzy dziękują dr Bruce Hunt, dr Chung-Fan Chiou i Manalee Johnson i Tom Cooper, Szkoła Inżynierii i Purdue University, West Lafayette, IN za pomoc techniczną i wsparcie na różnych etapach badania. Analizy TEM zostały wykonane przez dr Johna Turka i techników laboratoryjnych w Szkole Medycyny Weterynaryjnej w Purdue University w West Lafayette, IN. Wsparcie finansowe przez Miasto Indianapolis, Zakład Robót Publicznych, Indianapolis, IN i Szkół Inżynierii i Purdue University, West Lafayette, IN są z wdzięcznością przyznał.