Studies on the electrochemical disinfection of water containing Escherichia coli using a Dimensionally Stable Anode

Abstract

The aim of this work was to investigate the disinfectant effect of electrolysis on chlorine-free water, artificially contaminated with Escherichia coli (CCT-1457) and to evaluate the bactericidal activity of electrolysis and kinetic behavior of a single-cell reactor, with a DSA (Dimensionally Stable Anode) electrode to develop a scaled-up system. A high-density E. coli suspension (10(6) CFU mL-1) was electrolyzed in this reactor at 25, 50 and 75 mA cm-2 for up to 60 min, at flow rates of 200 and 500 L h-1. Bacterial survival fell by 98.9% without addition of chlorinated compounds and a power consumption rate not more than 5.60 kWh m-3 at flow rate of 200 L h-1 and 75 mA cm-2. The process produced a germicidal effect that reached this inactivation rate within a relatively short contact time. Also, a solution of electrolyzed 0.08 M Na2SO4 added to the inoculum showed residual bactericidal effect. The efficiency of disinfection was regulated by both the contact time and current density applied, and a kinetic function for the survival rate was developed for the purpose of scaling up.Água contaminada é uma das maiores origens de doenças em seres humanos. Em todo o mundo, a cloração é o método mais utilizado para promover desinfecção em águas de abastecimento devido ao seu efeito residual, quando adequadamente calculado. Contudo, se a água apresentar matéria orgânica, pode haver a geração de organoclorados, os quais são genotóxicos e carcinogênicos. Sob esta óptica, investigamos o efeito bactericida da aplicação da eletrólise em água sem cloro contaminada com Escherichia coli (CCT-1457). O objetivo deste estudo foi avaliar o poder de desinfecção e o comportamento cinético da eletrólise realizada em reator de compartimento único e usando eletrodos ADE (Anodo Dimensionalmente Estável), visando ampliação de escala. Uma suspensão contendo elevada concentração de E. coli (10(6) UFC mL-1) foi submetida ao tratamento no reator em 25, 50 e 75 mA cm-2 durante 60 min, em vazões de 200 e 50 Lh-1. A taxa de inativação foi aproximadamente 99% para a solução isenta de compostos clorados, com consumo de energia elétrica menor que 5,60 kWh m-3 em 200 L h-1 e 75 mA cm-2. Uma solução de Na2SO4 0,08M eletrolisada e adicionada posteriormente ao inoculo apresentou efeito residual bactericida. A eficiência da desinfecção foi regida pelo tempo de contato e pela densidade de corrente aplicada, e foi realizado um estudo cinético que permite a ampliação de escala.

Keywords

• E. coli inactivation
• electrochemical treatment
• electrolysis of microorganisms
• electroxidation process
• bactericidal effect
• DSA oxide electrode