Гигиеническая эффективность ультрафиолетового обеззараживания воды в централизованных системах питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения (систематический обзор)

Введение. Питьевая вода, подаваемая населению, должна быть безопасна в эпидемическом отношении. Однако некоторые микроорганизмы вирусной и паразитарной природы обладают устойчивостью к обеззараживающему действию препаратов, традиционно применяемых в практике водоподготовки. Применение ультрафиолетового (УФ) облучения позволяет обеспечить эпидемическую безопасность воды в отношении указанных микроорганизмов, но необходимо учитывать факторы, влияющие на его эффективность.

Цель обзора — систематизация научных данных об эффективности применения УФ-облучения в отношении питьевой воды.

Материалы и методы. Поиск проводили с использованием баз научной литературы MedLine/PubMed, Scopus и Science Direct. Общее количество публикаций — 1646. Критерии включения в систематический обзор: публикации на русском или английском языках с доступной полнотекстовой версией; пробы для проведения исследования — вода из систем централизованного водоснабжения или специально подготовленные микроорганизмы; любой тип исследований с последующей оценкой эффективности широкого спектра доз УФ-облучения в отношении микроорганизмов.

Результаты анализа публикаций. В систематический обзор включено 17 публикаций, посвящённых изучению влияния УФ-излучения на различные группы микроорганизмов бактериальной и вирусной природы. Предметом ограниченного числа исследований стало изучение устойчивости цист простейших и яиц гельминтов к разным дозам УФ-излучения. По результатам, представленным в публикациях, наименьшей устойчивостью (стопроцентная инактивация) к УФ-излучению обладают патогенные вирусы, бактерии, цисты лямблий. Степень инактивации на уровне 4 log установлена в отношении микобактерий. Бактерии группы кишечной палочки и колифаги демонстрируют широкий диапазон показателей устойчивости к воздействию УФ-излучения, что обусловлено многообразием изучаемых штаммов.

Заключение. Обеззараживание ультрафиолетовым излучением следует применять в качестве дополнительного метода в сочетании с традиционными реагентными методами водоподготовки. Необходимо проводить исследования влияния УФ-излучения на яйца гельминтов и цисты простейших.

Участие авторов:
Кирпиченкова Е.В. — концепция и дизайн исследования, сбор материала, редактирование;
Джикия И.З. — сбор материала, написание текста, статистическая обработка;
Колодина Д.В. — сбор материала, написание текста, обработка данных;
Онищенко Г.Г. — концепция исследования, редактирование окончательного текста.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело финансовой поддержки.

Поступила: 10.01.2024 / Принята к печати: 09.02.2024 / Опубликована: 15.03.2024

1. Жолдакова З.И., Тульская Е.А., Костюченко С.В., Ткачев А.А. Ультрафиолетовое обеззараживание как элемент многобарьерной схемы очистки воды для защиты от патогенов, устойчивых к хлорированию. Гигиена и санитария. 2017; 96(6): 531–5. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2017-96-6-531-535 https://elibrary.ru/zapecd

2. Довлатов И.М. Факторы, влияющие на эффективность источников УФ излучения. Инновации в сельском хозяйстве. 2017; (2): 41–4. https://elibrary.ru/zjzwrv

3. Лопатин С.А., Кириленко В.И., Муртузалиев М.А. Обеззараживание воды ультрафиолетовым облучением. Актуальные проблемы военно-научных исследований. 2021; (S4): 110–23. https://elibrary.ru/dpqhpl

4. Zyara A.M., Torvinen E., Veijalainen A.M., Heinonen-Tanski H. The effect of chlorine and combined chlorine/UV treatment on coliphages in drinking water disinfection. J. Water Health. 2016; 14(4): 640–9. https://doi.org/10.2166/wh.2016.144

5. Zeng F., Cao S., Jin W., Zhou X., Ding W., Tu R., et al. Inactivation of chlorine-resistant bacterial spores in drinking water using UV irradiation, UV/Hydrogen peroxide and UV/Peroxymonosulfate: Efficiency and mechanism. J. Clean. Prodn. 2020; 243: 118666. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.118666

6. Wen G., Xu X., Zhu H., Huang T., Ma J. Inactivation of four genera of dominant fungal spores in groundwater using UV and UV/PMS: Efficiency and mechanisms. Chem. Eng. J. 2017; 328: 619–28. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.07.055

7. Бобоёров Р.А., Ульмасбаев А.Ш. Перспектива синергии ультрафиолетового излучения с методом коагуляции против патогенов. Universum: технические науки. 2021; (4–3): 84–6. https://elibrary.ru/rapcxe

8. Рахманин Ю.А., Загайнова А.В., Артемова Т.З., Гипп Е.К., Кузнецова К.Ю., Курбатова И.В. и соавт. Определение унифицированных доз ультрафиолетового обеззараживания воды от бактериального, вирусного и паразитарного загрязнения. Гигиена и санитария. 2019; 98(12): 1342–8. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-12-1342-1348 https://elibrary.ru/nuzein

9. Song K., Mohseni M., Taghipour F. Application of ultraviolet light-emitting diodes (UV-LEDs) for water disinfection: A review. Water Res. 2016; 94: 341–9. https://doi.org/10.1016/j.watres.2016.03.003

10. Beck S.E., Wright H.B., Hargy T.M., Larason T.C., Linden K.G. Action spectra for validation of pathogen disinfection in medium-pressure ultraviolet (UV) systems. Water Res. 2015; 70: 27–37. https://doi.org/10.1016/j.watres.2014.11.028

11. Li X., Cai M., Wang L., Niu F., Yang D., Zhang G. Evaluation survey of microbial disinfection methods in UV-LED water treatment systems. Sci. Total Environ. 2019; 659: 1415–27. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.12.344

12. Zou X.Y., Lin Y.L., Xu B., Cao T.C., Tang Y.L., Pan Y. et al. Enhanced inactivation of E. coli by pulsed UV-LED irradiation during water disinfection. Sci. Total Environ. 2019; 650(Pt. 1): 210–5. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.08.367

13. Nyangaresi P.O., Rathnayake T., Beck S.E. Evaluation of disinfection efficacy of single UV-C, and UV-A followed by UV-C LED irradiation on Escherichia coli, B. spizizenii and MS2 bacteriophage, in water. Sci. Total Environ. 2023; 859(Pt. 1): 160256. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.160256

14. Paidalwar A.A., Khedikar I. Overview of water disinfection by UV technology – a review. Int. J. Sci. Technol. Eng. 2016; 2(09): 213–9. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.30976.25608

15. Jin Y., Chen Z., Chen X., Huang P., Chen X., Ding R., et al. The drinking water disinfection performances and mechanisms of UVA-LEDs promoted by electrolysis. J. Hazard. Mater. 2022; 435: 129099. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.129099

16. Luo X., Zhang B., Lu Y., Mei Y., Shen L. Advances in application of ultraviolet irradiation for biofilm control in water and wastewater infrastructure. J. Hazard. Mater. 2022; 421: 126682. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126682

17. Oh C., Sun P.P., Araud E., Nguyen T.H. Mechanism and efficacy of virus inactivation by a microplasma UV lamp generating monochromatic UV irradiation at 222 nm. Water Res. 2020; 186: 116386. https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116386

18. Matsumoto T., Tatsuno I., Hasegawa T. Instantaneous water purification by deep ultraviolet light in water waveguide: Escherichia coli bacteria disinfection. Water. 2019; 11(5): 968. https://doi.org/10.3390/w11050968

19. Pullerits K., Ahlinder J., Holmer L., Salomonsson E., Öhrman C., Jacobsson K., et al. Impact of UV irradiation at full scale on bacterial communities in drinking water. npj Clean Water. 2020; 3(1): 11. https://doi.org/10.1038/s41545-020-0057-7

20. Jarvis P., Autin O., Goslan E.H., Hassard F. Application of ultraviolet light-emitting diodes (UV-LED) to full-scale drinking-water disinfection. Water. 2019; 11(9): 1894. https://doi.org/10.3390/w11091894

21. Blyth J., Templeton M., Court S.J., Luce C., Cairns W., Hazell L. Assessment of indigenous surrogate microorganisms for UV disinfection dose verification. Water Environ. J. 2021; 35(4): 1384–92. https://doi.org/10.1111/wej.12722

22. Gross A., Stangl F., Hoenes K., Sift M., Hessling M. Improved drinking water disinfection with UVC-LEDs for Escherichia coli and Bacillus subtilis utilizing quartz tubes as light guide. Water. 2015; 7(9): 4605–21. https://doi.org/10.3390/w7094605

23. Hokajärvi A.M., Pitkänen T., Meriläinen P., Kauppinen A., Matikka V., Kovanen S., et al. Determination of removal efficiencies for Escherichia coli, Clostridial Spores, and F-specific coliphages in unit processes of surface waterworks for QMRA applications. Water. 2018; 10(11): 1525. https://doi.org/10.3390/w10111525

24. Недачин А.Е., Дмитриева Р.А., Доскина Т.В., Долгин В.А. Сравнительная устойчивость полиовирусов, вируса гепатита А и их РНК к воздействию ультрафиолетового облучения. Гигиена и санитария. 2019; 98(11): 1240–4. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-11-1240-1244 https://elibrary.ru/qoybhq

25. Li G.Q., Wang W.L., Huo Z.Y., Lu Y., Hu H.Y. Comparison of UV-LED and low pressure UV for water disinfection: photoreactivation and dark repair of Escherichia coli. Water Res. 2017; 126: 134–43. https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.09.030

26. Baxter C.S., Hofmann R., Templeton M.R., Brown M., Andrews R.C. Inactivation of adenovirus types 2, 5, and 41 in drinking water by UV light, free chlorine, and monochloramine. J. Environ. Eng. 2007; 133(1): 95–103. https://clck.ru/399QbF

27. Zimmer-Thomas J.L., Slawson R.M., Huck P.M. A comparison of DNA repair and survival of Escherichia coli O157:H7 following exposure to both low- and medium-pressure UV irradiation. J. Water Health. 2007; 5(3): 407–15. https://doi.org/10.2166/wh.2007.036

28. Green A., Popović V., Pierscianowski J., Biancaniello M., Warriner K., Koutchma T. Inactivation of Escherichia coli, Listeria and Salmonella by single and multiple wavelength ultraviolet-light emitting diodes. Innov. Food Sci. Emerg. Technol. 2015; 47: 353–61. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2018.03.019

29. Hayes S.L., Sivaganesan M., White K.M., Pfaller S.L. Assessing the effectiveness of low-pressure ultraviolet light for inactivating Mycobacterium avium complex (MAC) microorganisms. Lett. Appl. Microbiol. 2008; 47(5): 386–92. https://doi.org/10.1111/j.1472-765X.2008.02442.x

30. Mbonimpa E.G., Blatchley E.R. 3rd, Applegate B., Harper W.F. Jr. Ultraviolet A and B wavelength-dependent inactivation of viruses and bacteria in the water. J. Water Health. 2018; 16(5): 796–806. https://doi.org/10.2166/wh.2018.071

31. Buse H.Y., Hall J.S., Hunter G.L., Goodrich J.A. Differences in UV-C LED Inactivation of Legionella pneumophila Serogroups in Drinking Water. Microorganisms. 2022; 10(2): 352. https://doi.org/10.3390/microorganisms10020352

32. Roshani Edirisinghe E.A., Anuruddhika Dissanayake D.R., Abayasekera C.L., Arulkanthan A. Efficacy of calcium hypochlorite and ultraviolet irradiation against Mycobacterium fortuitum and Mycobacterium marinum. Int. J. Mycobacteriol. 2017; 6(3): 311–4. https://doi.org/10.4103/ijmy.ijmy_88_17