バラスト水中の大腸菌および腸球菌の処理における紫外線と金属ドープナノTiOの組み合わせによる不活性化効果とそのメカニズムについて検討した

Inactivation effect and mechanisms of combined ultraviolet and metal-doped nano-TiO on treating Escherichia coli and Enterococci in ballast water.

• Xixi Wang
• Yanli Huang
• Kun Zhang
• Yue Shi
• Zheng Lu
• Yinhao Wang

抄録

船舶のバラスト水（外来生物を多量に含む）の排出は、海洋環境に深刻な生態学的危害をもたらしている。本研究では、3種類の金属元素（Ag, Fe, Gd）をそれぞれ0.4%, 0.7%, 1.0%のナノTiO材料にドープし、バラスト水中の大腸菌や腸球菌の不活化効果を向上させた。実験の結果、単独の紫外線(UV)とUVおよびオリジナルのナノTiOと比較して、UVおよび金属を添加したナノTiOは、細菌の不活化率を異なる範囲で増加させることが示された。各金属元素について、外部金属含有率が高い（1.0％）と高い不活化効果が得られた。Agをドープすることで最適な不活化努力が得られ、FeとGdを添加することで目立たない努力が得られた。不活化プロセスの終了時（20s）には、UVおよび1%Ag添加ナノTiOが最高の対数除菌率（大腸菌では0.915、腸球菌では0.805）を達成した。Ag, Fe, Gdのドープはアナターゼ相のTiOの結晶形態を変化させず、1%AgドープナノTiOは最も小さい粒径と最も均一なナノ粒子分布を示した。単独UVとAg添加ナノTiO処理を比較すると、マロンジアルデヒド含量が高く（大腸菌では0.0646μmol/L、腸球菌では0.0529μmol/L）、スーパーオキシドジスムターゼ活性が低く（大腸菌では0.672U/mL、腸球菌では0.792U/mL）、これらは高い不活化率に合致する結果となった。

The discharge of ship ballast water (containing large amounts of alien organisms) has caused severe ecological hazards to marine environments. In this study, three metal elements (Ag, Fe, and Gd) were doped to nano-TiO material respectively (content: 0.4%, 0.7%, and 1.0%) to improve inactivation effect of Escherichia coli and Enterococci in ballast water. Experimental results indicate that compared with the sole ultraviolet (UV) and the UV and original nano-TiO, the UV and metal-doped nano-TiO increased the bacterial inactivation rate to different extents. For each metal element, high external metal content (1.0%) corresponded to high inactivation effort. The doping of Ag resulted in optimal inactivation effort, and the addition of Fe and Gd caused unobvious effort. At the end of the inactivation process (20 s), the UV and 1% Ag-doped nano-TiO reached the highest logarithmic sterilization rates (0.915 for Escherichia coli and 0.805 for Enterococcus). The doping of Ag, Fe, and Gd did not change the anatase phase TiO crystal form, and 1% Ag-doped nano-TiO had the smallest particle diameter and the evenest distribution of nanoparticles. Compared with the sole UV, the UV and Ag-doped nano-TiO treatment resulted in higher malondialdehyde contents (0.0646 μmol/L for Escherichia coli and 0.0529 μmol/L for Enterococci) and lower superoxide dismutase activities (0.672 U/mL for Escherichia coli and 0.792 U/mL for Enterococci), which were in accordance with high inactivation rates in these cases.