Дослідження знезараження води за допомогою електролітичного озонування для застосування в умовах воєнного часу

Тарас Іванович П’ятковський; Олена Володимирівна Покришко; Сергій Данилков

Чиста та безпечна вода є фундаментальною вимогою для виживання та добробуту людини. Руйнування цивільної інфраструктури під час воєн чи природних катастроф може сильно обмежити порушити доступ до чистої води для місцевого населення, військових, рятувальників та волонтерів. Метою дослідження було вивчення ефективності знезараження прісної води методом електролітичного озонування. Концентрація озону вимірювали фотометричним способом за інтенсивністю зміни кольору у реакції з N,N-діетил-п-фенілендіаміну сульфатом. Якість води оцінювали мікробіологічно, визначаючи загальне мікробне число зразків, та за допомогою аналізу кольору дна флаконів, у яких зберігалися зразки води. Оцінювали ефективність озонування артезіанської води у польових умовах. Електролітичне озонування 500 мл джерельної води протягом двох та п’яти хвилин створювало водний розчин озону у концентрації 0,74 та 1,72 мг/л відповідно. Озон утворений електролітично розпадався повільно і виявлявся у зразках через три доби після обробки води. Обробка озоном джерельної води протягом 5 та 10 хвилин ефективно знешкоджувала всі природні мікроорганізми (2,11 log КУО/мл), вода залишалася стерильною та без змін кольору протягом місяця. При озонуванні протягом 2 хвилин, через місяць видимих змін у зразках не наступало але частково відновлювалася природна мікрофлора. У контрольних зразках через місяць виявлялися планктонні мікроорганізми у кількості 2,33 log КУО/мл та біоплівки на стінках флаконів, а колір дна змінювався на брудно-жовтий. В польових умовах озонування води протягом 10 хвилин попереджувало її псування навіть при збільшенні рекомендованого об’єму для обробки у 10 разів. Отримані результати свідчать, що озонування електролітичним способом є ефективним методом знезараження прісної води, а портативні озонатори можуть відігравати важливу роль в екстреному очищенні води в зонах військових конфліктів чи природних катастроф

озон; знезараження води; інактивація мікроорганізмів; портативний генератор озону; збройний конфлікт

[1] Pereira P, Bašić F, Bogunovic I, Barcelo D. Russian-Ukrainian war impacts the total environment. Sci Total Environ. 2022;837:155865. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.155865

[2] Shumilova O, Tockner K, Sukhodolov A, Khilchevskyi V, De Meester L, Stepanenko S, et al. Impact of the Russia–Ukraine armed conflict on water resources and water infrastructure. Nat Sustain. 2023;6:578–86. DOI: 10.1038/s41893-023-01068-x

[3] Cahoon LB. Water purification: Treatment of microbial contamination. In: Advances in water purification techniques: Meeting the needs of developed and developing countries. San Diego: Elsevier Inc.; 2019. Chapter 15; p. 385–95.DOI: 10.1016/B978-0-12-814790-0.00015-6

[4] Lindmark M, Cherukumilli K, Crider YS, Marcenac P, Lozier M, Voth-Gaeddert L, et al. Passive in-line chlorination for drinking water disinfection: A critical review. Environ Sci Technol. 2022;56(13):9164–81. DOI: 10.1021/acs.est.1c08580

[5] Pandiselvam R, Subhashini S, Banuu Priya EP, Kothakota A, Ramesh SV, Shahir S. Ozone based food preservation: A promising green technology for enhanced food safety. Ozone Sci Eng. 2019;41(1):17–34. DOI: 10.1080/01919512.2018.1490636

[6] Zheng D, Huang J, Fang Y, Deng Y, Peng C, Dehaen W. Fluorescent probes for ozone-specific recognition: An historical overview and future perspectives. Trends Environ Anal Chem. 2023;38:e00201. DOI: 10.1016/j.teac.2023.e00201

[7] Chuwa C, Vaidya D, Kathuria D, Gautam S, Sharma S, Sharma B. Ozone (O3): An emerging technology in the food industry. Food Nutr J. 2020;5:224. DOI: 10.29011/2575-7091.100124

[8] Buntasana S, Seankongsuk P, Vilaivan T, Padungros P. Household ozone disinfector as an alternative ozone generator for ozonolysis of alkenes. Am J Org Chem. 2021;10(5):1141–52. DOI: 10.1002/ajoc.202100024

[9] Grignani E, Mansi A, Cabella R, Castellano P, Tirabasso A, Sisto R, et al. Safe and effective use of ozone as air and surface disinfectant in the conjuncture of COVID-19. Gases. 2021;1(1):19–32. DOI: 10.3390/gases1010002

[10] Li X, Ma J, He H. Recent advances in catalytic decomposition of ozone. J Environ Sci. 2020;94:14– DOI: 10.1016/j.jes.2020.03.058

[11] Epelle EI, Macfarlane A, Cusack M, Burns A, Amaeze N, Richardson K, et al. Stabilisation of ozone in water for microbial disinfection. Environments. 2022;9(4):45. DOI: 10.3390/environments9040045

[12] Pyatkovskyy TI, Pokryshko OV, Danylkov SO. Assessing the effectiveness of ozonation for fresh water disinfection. Achiev Clin Exp Med. 2023;(4):113–18. DOI: 10.11603/1811-2471.2023.v.i4.14189

[13] Okada F, Nay K. Electrolysis for ozone water production. In: Linkov V, Kleperis J, editors. Electrolysis. London: IntechOpen; 2012. P. 243–72. DOI: 10.5772/51945

[14] Kepler G. Image color extract [Internet]. [cited 2024 Jan 23]. Available from: http://www.coolphptools.com/color_extract

[15] UNESCO. Universal Declaration on Bioethics and Human Rights [Internet]. [cited 2024 Jan 23]. Available from: https://www.unesco.org/en/legal-affairs/universal-declaration-bioethics-and-human-rights?hub=66535

[16] Vu HP, Nguyen LN, Zdarta J, Nga TTV, Nghiem LD. Blue-green algae in surface water: Problems and opportunities. Curr Pollut Rep. 2020;6:105–22. DOI: 10.1007/s40726-020-00140-w

[17] Shevchenko OL, Bezrodnyi DA. Artificial salinization of the aquifer in Poltava sequence deposits in the village of Tarasivka, Kyiv region. Geochem Technog. 2020;4:40–49. DOI:10.15407/geotech2020.32.040

[18] Hirahara Y, Iwata K, Nakamuro K. Effect of citric acid on prolonging the half-life of dissolved ozone in water. Food Saf. 2019;7(4):90–94. DOI: 10.14252/foodsafetyfscj.D-19-00005

[19] Ziyaina M, Rasco B. Inactivation of microbes by ozone in the food industry: A review. Afr J Food Sci. 2021;15(3):113–20. DOI: 10.5897/AJFS2020.2074

[20] Varol K. Determination of maximum ozone concentrations and half-life of ozone in some drinking water and high-quality pure water produced in new system devices. Fresenius Environ Bull. 2022;31:2285–94.

[21] Seki M, Ishikawa T, Terada H, Nashimoto M. Microbicidal Effects of stored aqueous ozone solution generated by nano-bubble technology. In Vivo. 2017;31(4):579–83. DOI: 10.21873/invivo.11097

[22] Meunier L, Canonica S, von Gunten U. Implications of sequential use of UV and ozone for drinking water quality. Water Res. 2006;40(9):1864–76. DOI: 10.1016/j.watres.2006.02.030

[23] Gorito AM, Pesqueira JFJR, Moreira NFF, Ribeiro AR, Pereira MFR, Nunes OC, Almeida CMR, Silva AMT. Ozone-based water treatment (O3, O3/UV, O3/H2O2) for removal of organic micropollutants, bacteria inactivation and regrowth prevention. J Environ Chem Eng. 2021;9(4):105315. DOI: 10.1016/j.jece.2021.105315

[24] Zhang T, Tao YZ, Yang HW, Chen Z, Wang XM, Xie YF. Study on the removal of aesthetic indicators by ozone during advanced treatment of water reuse. J Water Process Eng. 2020;36:101381. DOI: 10.1016/j.jwpe.2020.101381

[25] Ren X, Wu Q, Shu J, Chen C, Tiraferri A, Liu B. Efficient removal of organic matters and typical odor substances in rural drinking water using Ozone-BAC-UF combined system to meet new water quality standards in China. Sep Purif Technol. 2023;327:124899. DOI: 10.1016/j.seppur.2023.124899

[26] Tripathi S, Hussain T. Water and wastewater treatment through ozone-based technologies. In: Development in Wastewater treatment research and processes: Removal of emerging contaminants from wastewater through bio-nanotechnology. Amsterdam: Elsevier; 2022. Chapter 7; p. 139–72. DOI: 10.1016/B978-0-323-85583-9.00015-6

[27] Manasfi T. Ozonation in drinking water treatment: an overview of general and practical aspects, mechanisms, kinetics, and byproduct formation. Comprehensive Anal Chem. 2021;92:85–16. DOI: 10.1016/bs.coac.2021.02.003

[28] Marino M, Maifreni M, Baggio A, Innocente N. Inactivation of foodborne bacteria biofilms by aqueous and gaseous ozone. Front Microbiol. 2018;9:2024. DOI: 10.3389/fmicb.2018.02024

[29] Oliver JC, Bredarioli PAP, Leandro FD, Ferreira CBRJ, Veiga SMOM, Dias ALT. Ozone against Pseudomonas aeruginosa biofilms in contact lenses storage cases. Rev Inst Med Trop Sao Paulo. 2019;61:e23. DOI: 10.1590/S1678-9946201961023

[30] Zhang L, Graham N, Li G, Zhu Y, Yu W. Excessive ozonation stress triggers severe membrane biofilm accumulation and fouling. Environ Sci Technol. 2024;58(13):5899–10. DOI: 10.1021/acs.est.3c10429

[31] Hendrickson C, Oremo J, Akello OO, Bunde S, Rayola I, Akello D, et al. Decentralized solar-powered drinking water ozonation in Western Kenya: An evaluation of disinfection efficacy. Gates Open Res. 2020;4:56. DOI: 10.12688/gatesopenres.13138.2

[32] Hafeez A, Shamair Z, Shezad N, Javed F, Fazal T, Rehman Su, Bazmi AA, Rehman F. Solar powered decentralized water systems: A cleaner solution of the industrial wastewater treatment and clean drinking water supply challenges. J Clean Prod. 2021;289:125717. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.125717