Е.Д. Кузина1, И.П. Иванова2, И.М. Пискарев3

1 ООО «НПО «Здоровье нации» (Москва, Россия)
2 Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет имени Н.И. Лобачевского
(г. Нижний Новгород, Россия)
3 НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ имени М.В. Ломоносова (Москва, Россия)
1e.kuzina@npozn.ru, 2ivanova.ip@mail.ru, 3i.m.piskarev@gmail.com

Постановка проблемы. В генераторе коронного электрического разряда на воздухе в присутствии паров воды образуется озоно-гидроксильная смесь, в которой время жизни гидроксильных радикалов составляет ~ 1 с. Это дает возможность извлекать гидроксильные радикалы из разрядной полости и обеспечивать их контактирование с потоком воды. После обработки в генераторе вода очищается от примесей в пределах, которые допускает выход активных частиц, насыщается озоном и кислородом воздуха, становится оксигенизированной. Представляет интерес исследовать дезинфицирующие свойства оксигенизированной воды.

Цель работы. Определить бактерицидную эффективность генератора коронного электрического разряда ГиДО2 при стерилизации воды и поверхностей в сравнении с УФ излучением.

Результаты. Сделана оценка бактерицидного эффекта жидкости после пропускания ее через реактор генератора коронного разряда. Отмечено, что затраты энергии на уменьшение КОЕ в 10 раз для водного раствора, содержащего бактерии Escherichia coli, Enterobacter cloacae, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis в концентрации 10–103 КОЕ на 100 мл раствора составляют 59±6 Дж/100 мл раствора для каждого вида бактерий. Стерилизация поверхности осуществлена методом орошения водой после ее обработки в реакторе генератора. На уменьшение КОЕ в 10 раз на поверхности, контаминированной грамотрицательными бактериями Escherichia coli и грамположительными бактериями Staphylococcus aureus в концентрации 104 КОЕ/см2, расходовалась энергия 100±11 Дж/см2. Установлено, что высокие энергетические затраты при стерилизации поверхности связаны с неэффективным расходованием оксигенизированной воды в данном эксперименте. Обеззараживание раствора УФ излучением осуществлялось путем облучения в чашке Петри. Показано, что энергия, затрачиваемая на уменьшение КОЕ в 10 раз составила 1,6±0,2 и 0,7±0,1 Дж/см2 для бактерий Staphylococcus aureus и Escherichia coli соответственно.

Практическая значимость. Полученные результаты позволяют рассчитывать режимы стерилизации жидкости и загрязненной поверхности с использованием генератора коронного разряда ГиДО2 и оксигенизированной воды в зависимости от концентрации микроорганизмов. Установлено, что оксигенизированная вода является экологически чистым дезинфицирующим средством, так как активные частицы, образовавшиеся в процессе обработки генератором, со временем распадаются на воду и кислород.

Кузина Е.Д., Иванова И.П., Пискарев И.М. Возможности применения генератора коронного электрического разряда в процессах стерилизации воды и поверхностей // Наукоемкие технологии. 2024. Т. 25. № 4. С. 48−59. DOI: https://doi.org/10.18127/ j19998465-202404-05

1. Bruggeman P.J., Kushner M.J., Locke B.R. et al (34 authors). Plasma-liquid interactions: a review and roadmap // Plasma Sources Sci. Technol. 2016. V. 25. 053002 (59 pp).
2. Schmidt M., Hahn V., Altrock B., Gerling T., Gerber I.C., Weltmann K.D., von Woedtke T. Plasma-activated of larger liquid volumes by an inductively-limited discharge for antimicrobial purposes // Appl. Sci. 2019. V. 9. 2150. P. 1–12.
3. Kovalova Z., Leroy M., Kirkpatrick M.J., Odic E., Machala Z. Corona discharges with water electrospray for Escherichia coli biofilm eradication on surface // Bioelectrochemistry. 2016. DOI: 10.1016/j.bioelechem.2016.05.002
4. Lazra Y., Dubrovin I., Multanen V., Bormashenko E., Bormashenko Y., Cahan R. Effect of atmospheric plasma corona discharges on soil bacteria viability // Microorganisms. 2020. V. 8(5). P. 704. DOI: 10.3390/microorganisms8050704
5. Song K., Wang H., Jiao Z., Qu G., Chen W., Wang G., Wang T., Zhang Z., Ling F. Inactivation efficacy and mechanism of pulsed corona discharge plasma on virus in water // J. Hazard. Mater. 2022. V. 422. 126906. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.126906
6. Liu T., Zeng Y., Chen J., Wei D., Zeng Q., Fu Yuxin, Fu Yunqing, Yang F., Feng F. Acinetobacter Baumanni sterilization using DC corona discharge // 2020. IEEE Transactions on Plasma Science. V. 49 (1). P. 317–325.
7. Perez S.M., Biondi E., Laurita R., Proto M., Sarti F., Gherardi M., Bertaccini A., Colombo V. Plasma activated water as 351 resistance inducer against bacterial leaf spot tomato // 2019. PLoS ONE. V. 14. e0217788. DOI: 10.1371/journal.pone.0217788.352
8. Zhou R., Zhon R., Wang P., Xian Y., Mai-Prochnow A., Lu X., Cullen P.J., Ostrikov K., Bazaka K. Plasma-activated water: 340 generation, origin of reactive species and biological applications // Journal of Physics D: Applied Physics. 2020. V. 53. 303001. DOI: 341 10.1088/1361-6463/ab81cf342
9. Piskarev I.M. The formation of ozone-hydroxyl mixture in corona discharge and lifetime of hydroxyl radicals // IEEE Transactions on Plasma Science. 2021. V. 49 (4). P. 1363–1372.
10. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 24th Edition. 2022. Lipps WC, Baxter TE, Braun-Howland E. editors. Washington DC APHA Press.
11. Laroussi M. Low-temperature plasmas for medicine? // IEEE Transactions on Plasma Science. 2009. V. 37 (6). P. 714–725.