Холодная атмосферная плазма для инактивации бактерий в воде и сточных водах Нила

Почему чистая вода важна

Безопасная вода — основа общественного здоровья, однако реки и потоки сточных вод часто переносят микроорганизмы, вызывающие заболевания, которые проходят мимо традиционных методов очистки. В этом исследовании рассматривается инструмент из современной физики — холодная атмосферная плазма, ионизированный газ при комнатной температуре, чтобы оценить, может ли он тихо и эффективно уничтожать вредные бактерии в воде Нила и в неочищенных сточных водах без добавления химикатов.

Новый способ очистки загрязнённой воды

Исследователи сосредоточились на двух распространённых группах бактерий, служащих индикаторами фекального загрязнения и трудноудаляемых: Escherichia coli — грамотрицательная бактерия, широко используемая как показатель контаминации, и виды Bacillus — грамположительные бактерии, образующие стойкие споры. Они отбирали реальные пробы воды Нила и сточных вод, а не очищенную лабораторную воду, чтобы проверить, как метод работает в сложных, естественно загрязнённых смесях. Их цель — выяснить, насколько быстро холодная атмосферная плазма способна сокращать живые бактерии и может ли она стать практичным, экологичным этапом очистки воды.

Как работает обработка плазмой

В их установке тонкий проволочный электрод располагался прямо над поверхностью воды внутри стеклянной трубки и питался от обычного высоковольтного источника. При включении на тщательно подобранном напряжении формировался мягкий нетермический коронный разряд: сеть крошечных плазменных нитей между проволокой и водой. Хотя газ над поверхностью оставался близким к комнатной температуре, он наполнялся энергичными электронами, ионами и краткоживущими реактивными формами кислорода и азота. Эти реактивные частицы проникали в воду, где порождали более долгоживущие химические соединения, такие как перекись водорода и нитрат, которые способны атаковать микроорганизмы без кипячения жидкости.

Что произошло с микроорганизмами

Чтобы отслеживать эффект на бактерии, команда считала колонии на питательных планшетах до и после кратковременного воздействия плазмы. В воде Нила восемь минут обработки сократили число бактерий по крайней мере в миллион раз, до уровня, при котором колонии больше не росли. В сточных водах шестиминутной обработки было достаточно, чтобы удалить обнаруживаемые бактерии. Грамотрицательная E. coli оказалась легче инактивируемой, чем грамположительный Bacillus, что отражает их более тонкие клеточные стенки и более хрупкие внешние слои. Когда ученые наблюдали рост E. coli в течение суток, они отметили, что обработка в фазе активного роста вызывала резкое снижение турбидности, частичное повторное разрастание выживших и затем окончательное снижение, показывая, что плазма вызывает долговременное повреждение, а не временную задержку.

Изменения в клетках и в воде

Сканирующая электронная микроскопия дала крупный план борьбы между плазмой и бактериями. Необработанные клетки выглядели как гладкие палочки, а обработанные плазмой становились вдавленными, испещрёнными ямками и в конечном счёте разрушались в сморщенные фрагменты с множеством отверстий. Такие формы — признак окислительного повреждения мембран и опорных структур. Одновременно сама вода менялась: её температура на поверхности поднялась лишь до примерно 54 градусов Цельсия, что значительно ниже типичных уровней термической стерилизации, подтверждая, что процесс не был термическим. pH снизился от почти нейтрального до кислых значений около 3, а электрическая проводимость возросла по мере образования новых ионов, что согласуется с накоплением реактивных кислородных и азотных соединений, способствующих инактивации микроорганизмов.

Что это может значить для будущей очистки воды

В целом результаты показывают, что коронно-основанная холодная атмосферная плазма может значительно снижать бактериальное загрязнение как речной воды, так и сточных вод без использования хлора или сильного нагрева. Она повреждает клетки через химически реактивные виды и электрические эффекты, а не за счёт кипячения, и остаётся эффективной даже против относительно устойчивых грамположительных бактерий. Хотя необходимы дополнительные работы для масштабирования метода и оценки долгосрочных побочных продуктов, это исследование указывает на то, что нетермическая плазма может стать полезным, экологичным дополнением к арсеналу средств для повышения безопасности питьевой воды и обработки сточных вод в регионах, испытывающих трудности с постоянным микробным загрязнением.

Цитирование: El-Hossary, F.M., Noureldein, E.A., El-Kassem, M.A. et al. Cold atmospheric plasma for bacterial inactivation in Nile water and wastewater. Sci Rep 16, 15749 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52839-3

Ключевые слова: холодная атмосферная плазма, дезинфекция воды, река Нил, очистка сточных вод, инактивация бактерий