Examination of discrete and counfounding effects of water quality parameters during the inactivation of MS2 phages and Bacillus subtilis pores with free chlorine

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Abstract

The role of water quality (pH, temperature, turbidity, and natural organic matter (NOM)) on the efficacy of chlorine to inactivate Bacillus subtilis spores and MS2 phages was investigated in synthetic waters. A half-factorial statistical experimental design was employed to reduce the number of assays. Temperature and pH were found to be by far the most important variables in explaining chlorine efficacy, that is 78% of the variability in the experimental domain studied (pH, 6.5–8.5; temperature, 7–22 °C; dissolved organic carbon (DOC), 0–5 mg/L, 0–5 nephelometric turbidity units (NTUs)). The interaction between pH and temperature was also significant, being the third most important factor, explaining 11% of the variability. For both MS2 phages and B. subtilis spores, hypochlorous acid efficacy was less sensitive than hypochlorite ions to a modification of water temperature. Such effect is not taken into account in the current United States Environmental Protection Agency (USEPA) concentration–time (Ct) tables. Once the consumption of disinfectant by natural organic matter (NOM) was taken into account, the presence of NOM had either no impact on MS2 phage inactivation or significantly improved B. subtilis spore inactivation. The role of inorganic turbidity was either not statistically significant or negligible. Little or no protection was therefore provided by kaolin particles, up to a concentration of 5 mg/L (≈5 NTU).

Le rôle de la qualité de l'eau (pH, température, turbidité et matière organique naturelle (MON)) dans l'efficacité du chlore à inactiver les spores de B. subtilis et les coliphages MS2 a été étudié en utilisant des eaux synthétiques. Un plan expérimental statistique demi factoriel a été conçu afin de réduire le nombre d'analyses. La température et le pH ont été, de loin, les variables les plus importantes pour expliquer l'efficacité du chlore, représentant 78% de la variabilité dans le plan expérimental étudié (pH: 6, 5 à 8, 5, température: 7 à 22 °C, carbone organique dissous (COD): 0 à 5 mg/L, 0 à 5 unités néphélométriques de turbidité (UTNs). L'interaction entre le pH et la température est également significative, étant le troisième plus important facteur, expliquant 11% de la variabilité. Quant aux coliphages MS2 et aux spores de B. subtilis, l'efficacité de l'acide hypochloreux est moins sensible que les ions hypochlorites à une variation de la température de l'eau. Un tel effet n'est pas considéré dans les tableaux actuels C–t (concentration–temps) de l'USEPA. Une fois la consommation de désinfectant par la MON prise en compte, la présence de MON a eu soit aucun impact sur l'inactivation des coliphages MS2 ou a considérablement amélioré l'inactivation des spores de B. subtilis. Le rôle de la turbidité inorganique a été soit statistiquement peu important ou négligeable. Les particules de kaolin ont donc fourni peu ou pas de protection jusqu'à une concentration de 5 mg/L (≈5 UTN).

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