低温等离子体失活水中细菌和等离子体活化水失活生物膜的研究

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医疗废水是医疗机构在服务过程中产生的一种有毒感染性废水,其含有大量病毒、细菌、寄生虫卵等病原性污染物,直接排放将会引发严重的水环境污染,还可能进一步导致疫病广泛传播,对生态环境和人体健康造成严重威胁。因此,如何科学有效地处置医疗废水已成为迫在眉睫的环境难题。本研究采用低温等离子体技术模拟处理医疗废水中的细菌污染物,一方面探讨了高压直流放电诱导的等离子体对水中金黄色葡萄球菌的灭活效果,为医疗废水的末端灭菌提供有效的技术支撑。另一方面,利用低温等离子体活化水对体外培养的金黄色葡萄球菌生物膜进行灭活效果的研究,旨在为等离子体活化水于医疗器械、手术工具、慢性伤口等表面灭菌的应用提供有价值的参考,为有效减少医疗废水中细菌的来源提供依据。研究结果如下:(1)通过测定可培养发育能力、新陈代谢能力、细菌细胞膜完整性,以评价低温等离子体对水中金黄色葡萄球菌的失活效果。结果表明,等离子体技术处理对水中的金黄色葡萄球菌有明显的失活效果,随着等离子体处理时间的增加,水溶液中具有可培养发育能力、新陈代谢能力和完整细胞膜结构的细菌均有大幅度下降,在等离子体处理30 min时,降到最低值,分别为0log 10CFU·mL-1、5.13%、9.31%。(2)利用发射光谱法检测到低温等离子体中原子氧(O)等活性粒子的存在,探究了不同时间放电后,低温等离子体诱导产生的活化水中具有代表性长寿命活性组分(H2O2、NO3-、NO2-、O3)的浓度。结果表明,活化水中H2O2、NO3-、NO2-、O3等长寿命活性组分的浓度随着放电时间的增加而得到不同程度的积累,在放电60min后达到最大值,分别为227.23mg·L-1、164.33mg·L-1、180.21mg·L-1、5.84mg·L-1。(3)探讨了不同等离子体处理时间,不同活化水浸泡时间对金黄色葡萄球菌生物膜灭活效果的影响,并对生物膜中金黄色葡萄球菌的可培养发育能力、新陈代谢能力、膜完整性、胞内ROS含量进行了评估。研究发现活化水对生物膜有明显的失活作用,延长等离子体处理时间和活化水浸泡时间均有利于增强灭活效果。活化水处理后,具有可培养发育能力、新陈代谢能力和完整细胞膜结构的细菌均有大幅度下降,而细菌胞内ROS含量有明显上升趋势。细菌胞内ROS与活化水中积累的活性组分协同作用可能是生物膜失活的主要原因。(4)通过检测再生生物膜的可培养发育能力、新陈代谢能力、总生物量,以评价活化水处理后存活细菌的再生生物膜能力。结果表明,活化水处理后,三个指标均有大幅下降,存活细菌的再生生物膜能力显著降低,活化水处理对金黄色葡萄球菌生物膜有长期抑制效果。
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