紫外線照射と過酢酸の組み合わせによる細菌の不活性化。メカニズムと最適化

Inactivation of Bacteria by Peracetic Acid Combined with UV Irradiation: Mechanism and Optimization.

• Tianqi Zhang
• Ting Wang
• Benjamin Mejia-Tickner
• Jessica R Kissel
• Xing Xie
• Ching-Hua Huang

抄録

過酢酸（PAA）は、優れた殺菌効果と有害な副生成物の発生が少ないことから、下水処理に適した殺菌剤として注目されている。本研究では、PAAと紫外線を同時に（UV/PAA）または順次（PAA-UV/PAA）併用することで、グラム陰性菌およびグラム陽性菌の不活化を検討した。UV/PAA併用下では，異なるメカニズム（UV，PAA，反応性ラジカル（主に-OHとCHC(O)OO-），およびすべてのメカニズムの相乗効果）が全体的な不活性化に及ぼす影響を定量的に評価した。その結果、ラジカルは殺菌効果の向上に適度な役割を果たしているが、相乗効果は細胞内へのPAAの拡散に部分的に関連していることが、蛍光顕微鏡法で初めて明らかになった。PAAの菌体内への拡散を利用して、PAAの事前曝露に続いてUV/PAAを曝露することで、最も高い殺菌効率が得られることが示された。実際，PAA-UV/PAAは，UV/PAAと比較して，同量のPAAとUV/PAAを適用した場合には，清浄水および二次・三次排水において，それぞれ4.7～5.4，4.1～5.3，2.9～3.4 logの不活化を達成することができた。細菌の再増殖試験では，消毒後の再増殖の可能性は最小限であることが確認された．

Peracetic acid (PAA) is an emerging disinfectant for municipal wastewater treatment owing to good biocidal effects and limited harmful by-products formation. This study investigated the inactivation of gram-negative , and gram-positive and by PAA combined with UV concurrently (UV/PAA) or sequentially (PAA-UV/PAA) for enhanced disinfection. Under UV/PAA, the contributions of different mechanisms (UV, PAA, reactive radicals (mainly •OH and CHC(O)OO•), and the synergistic effect of all mechanisms involved) to the overall inactivation were quantitatively assessed. Results revealed that radicals played a moderate role in the enhanced disinfection, while the synergistic effect presented a greater contribution which could be partially linked to the diffusion of PAA into the cells, as evidenced for the first time by a fluorescence microscopic method. Taking advantage of PAA diffusion into bacteria, pre-exposure of PAA followed by UV/PAA was demonstrated to yield the highest disinfection efficiency. Indeed, compared to UV/PAA, PAA-UV/PAA could achieve additional 4.7-5.4, 4.1-5.3, and 2.9-3.4 log inactivation of , , and , respectively, in clean water and secondary/tertiary wastewater effluents when the same amounts of PAA and UV doses were applied in both approaches. Bacterial regrowth tests confirmed minimal regrowth potential after the disinfection.