Reactive Nitrogen Species Mediated Inactivation of Pathogenic Microorganisms during UVA Photolysis of Nitrite at Surface Water Levels

活性氮物种 化学 活性氧 亚硝酸盐 光解 微生物 活性氮 环境化学 光化学 大肠杆菌 氮气 细菌 生物化学 生物 有机化学 硝酸盐 基因 遗传学
作者
Yongyi Wang,Ran Yin,Zhuoyun Tang,Weiqi Liu,Chun He,Dehua Xia
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:56 (17): 12542-12552 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c01136
摘要

UVA photolysis of nitrite (NO2-) occurs in a number of natural and engineered aquatic systems. This study reports for the first time that pathogenic microorganisms can be effectively inactivated during the coexposure of UVA irradiation and NO2- under environmentally relevant conditions. The results demonstrated that more than 3 log inactivation of Escherichia coli K-12, Staphylococcus aureus, and Spingopyxis sp. BM1-1 was achieved by UVA photolysis of 2.0 mg-N L-1 of NO2- in synthetic drinking water and real surface water. The inactivation was mainly attributed to the reactive species generated from UVA photolysis of NO2- rather than UVA irradiation or NO2- oxidation alone. The inactivation was predominantly contributed by the reactive nitrogen species (NO2• and ONOO-/HOONO) instead of the reactive oxygen species (HO• or O2•-). A kinetic model to simulate the reactive species generation from UVA photolysis of NO2- was established, validated, and used to predict the contributions of different reactive species to the inactivation under various environmental conditions. Several advanced tools (e.g., D2O - labeling with Raman spectroscopy) were used to demonstrate that the inactivation by the UVA/NO2- treatment was attributed to the DNA destruction by the reactive nitrogen species, which completely suppressed the viable but nonculturable (VBNC) states and the reactivation of bacteria. This study highlights a novel process for the inactivation of pathogenic microorganisms in water and emphasizes the critical role of reactive nitrogen species in water disinfection and purification.
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