Effect of suspended solids on PAA decay and E. coli inactivation

Peracetic acid (PAA) is a strong oxidizing agent that, due to its good properties as disinfectant, has drawn increasing attention in wastewater treatments. PAA has a wide spectrum of antimicrobial activity, high effectiveness for primary and secondary effluents, and it mainly decomposes into no harmful byproducts in treated water. In the present work, the effect of suspended solids in PAA disinfection has been studied concerning two important issues: PAA decay and E. coli inactivation. In order to assess the former, a stock solution of solids was prepared starting from activated sludge samples of two wastewater treatment plants in the area of Milano. In detail, 28 batch experiments were carried out at five solid concentrations (5, 40, 80, 120, 160 mgTSS/L), which are characteristic of secondary effluents of good (well settled) and medium (not well settled) quality, and combined sewer overflow. Three PAA concentrations were studied, i.e. 2, 5 and 8 mgPAA/L. Each experiment was repeated removing solids through filtration so that the influence of suspended matter and soluble matter was assessed separately. The experiments revealed that for concentrations higher than 40 mgTSS/L, suspended matter is the major factor affecting PAA consumption rather than soluble matter, irrespective of PAA concentration. Moreover, the contribution of the two components are independent, so that the overall consumption can be considered as the sum of each part. The effects of suspended solids on the inactivation performance of “free-swimming” was investigated using a pure culture of E. coli, strain DH5α. Solids demonstrate to interfere with the disinfection process leading to a reduction of Log-inactivation obtained, probably due to the enhanced formation of bacterial aggregates. Moreover, a model for bacteria inactivation has been proposed, studying the bacteria response to different disinfectant doses during disinfection in an isotonic saline solution. Finally, experiments with the same disinfectant dose obtained with different combination of initial PAA concentration and contact time have demonstrated the invariance of the effect for high doses, while for lower doses contact time has demonstrated to be the major affecting factor.

L’acido peracetico (PAA) è un buon ossidante che, grazie alle sue buone proprietà disinfettanti, rappresenta una valida alternativa ai cloro-derivati nel settore del trattamento delle acque reflue. Il PAA ha un’attività antimicrobica ad ampio spettro con elevate efficienze di inattivazione sia in effluenti primari che secondari senza la produzione di sottoprodotti nocivi residui nell’acqua trattata. L'effetto dei solidi sospesi in disinfezione con PAA è stato studiato in riferimento a due importanti aspetti: decadimento del disinfettante e inattivazione di E. coli. Per valutare il primo, una soluzione di solidi è stata preparata a partire da campioni di fango attivo di due impianti di depurazione nella zona di Milano; 28 esperimenti a scala di laboratorio sono state effettuati a cinque concentrazioni di solidi (5, 40, 80, 120, 160 mgTSS/L), caratteristiche di effluenti secondari di buona (ben sedimentato) e media qualità (non ben sedimentato) e straripamenti da fognatura mista. Tre concentrazioni di PAA, pari a 2, 5 e 8 mgPAA/L, sono state analizzate. Ogni esperimento è stato ripetuto rimuovendo i solidi mediante filtrazione, in modo da analizzare separatamente l'influenza del materiale sospeso e di quello solubile. Gli esperimenti hanno evidenziato che per concentrazioni superiori a 40 mgTSS/L, la componente sospesa costituisce il principale fattore di consumo di PAA in soluzione, per tutte le concentrazioni di disinfettante analizzate. Inoltre, questo studio ha dimostrato le due componenti sono indipendenti tra loro, portando quindi a considerare il consumo complessivo come la somma di quello derivante da ogni singola parte. L’effetto dei solidi sospesi nell’inattivazione di batteri “free-swimming” è stata studiata utilizzando una coltura pura di E. coli, ceppo DH5α. Esperimenti di disinfezione, a parità di dose di PAA, in soluzioni con e senza solidi hanno dimostrato la capacità dei solidi di favorire fenomeni protettivi per i batteri, probabilmente grazie a un meccanismo di formazione di aggregati che inducono ad una sopravvivenza batterica. Inoltre, è stato proposto un modello di inattivazione batterica, studiando la risposta dei batteri a differenti dosi di disinfettanti in una soluzione salina. Infine, esperimenti con diverse combinazioni di concentrazione di disinfettante e tempo di contatto hanno provato l’invarianza dell’effetto per alte dosi, mentre, per le basse dosi, il tempo di contatto ha mostrato un maggiore peso nella determinazione del livello di inattivazione.