Greywater disinfection by UV-LEDs : influence of single and combined wavelengths, turbidity and antibiotic-resistance on E. coli inactivation

This study investigated the effect of various UV-LED wavelengths (255 nm, 265 nm, 285 nm) and their combinations (255/265 nm, 255/285 nm, 265/285 nm, 255/265/285 nm) on the inactivation of E. coli and two antibiotic-resistant strains (E. coli resistant to 32 mg L-1 of AMP and multiple-antibiotic resistant E. coli to 64 mg L-1 of AMP, 0.5 mg L-1 of CIP and 512 mg L-1 of SMX). A synthetic greywater was employed to be inoculated with the bacteria and be disinfected by irradiation with a lab-scale UV-LEDs equipment, capable to combine emissions of up to three different wavelengths. The potential synergistic effect of combined wavelengths was assessed. Disinfection treatments at 3 and 10 NTU turbidity were performed to evaluate the impact of turbidity on UV efficiency. About 3-log reduction was obtained at 3 NTU at fluence of 13 mJ cm-2 or below by every wavelength but 265/285 nm, whose irradiation required 18 mJ cm-2. The 265 nm reported the best performance among the single wavelengths, whereas higher log inactivation was attained by combinations 255/265 and 255/285 nm. A synergy of inactivation was observed only for 255/265 nm and 255/285 nm. On average better performance was featured by two-combined wavelengths than single ones. Turbidity was observed to negatively affect UV disinfection efficiency, differently for each wavelength. The fluence-response of Amp-resistant E. coli resulted to be statistically similar to that of antibiotic-sensitive E. coli. On the other hand, multi-resistant E. coli exhibited increased sensitivity to UV radiation, attaining higher log count reduction.

Questo studio ha esaminato l'effetto di varie lunghezze d'onda UV-LED (255 nm, 265 nm, 285 nm) e loro combinazioni (255/265 nm, 255/285 nm, 265/285 nm, 255/265/285 nm) sull'inattivazione di E. coli e due ceppi resistenti agli antibiotici (E. coli resistente a 32 mg L-1 di AMP ed E. coli multi-resistente a 64 mg L-1 di AMP, 0,5 mg L-1 di CIP e 512 mg L-1 di SMX). È stata impiegata un'acqua grigia sintetica entro cui inoculare i batteri per essere successivamente disinfettata mediante irraggiamento con un'apparecchiatura UV-LED da laboratorio, in grado di combinare le emissioni di al massimo tre diverse lunghezze d'onda. È stato valutato il potenziale effetto sinergico delle lunghezze d'onda combinate. Sono stati eseguiti trattamenti di disinfezione a torbidità di 3 e 10 NTU per valutare l'impatto della torbidità sull'efficienza UV. A 3 NTU è stata ottenuta una riduzione di circa 3-log con una dose UV di 13 mJ cm-2, o inferiore, da ogni lunghezza d'onda tranne 265/285 nm, la cui irradiazione ha richiesto 18 mJ cm-2. La 265 nm ha riportato le migliori prestazioni tra le lunghezze d'onda singole, mentre l'inattivazione maggiore è stata ottenuta con le combinazioni 255/265 e 255/285 nm. La sinergia di inattivazione è stata osservata solo per 255/265 e 255/285 nm. In media, le combinazioni di due lunghezze d'onda hanno mostrato prestazioni migliori di disinfezione rispetto a quelle singole. È stato osservato che la torbidità ha influito negativamente sull'efficienza della disinfezione UV, in modo diverso per ciascuna lunghezza d'onda. La risposta d’inattivazione di E. coli Amp-resistente è risultata statisticamente simile a quella di E. coli sensibile agli antibiotici. Al contrario, l’E. coli multi-resistente ha mostrato una maggiore sensibilità alla radiazione UV, ottenendo una maggiore riduzione logaritmica.