Ионизация меди и серебра против кишечной палочки: научные доказательства эффективности обеззараживания воды бассейнов

Ключевым аспектом при оценке эффективности любого метода дезинфекции воды, в том числе с применением ионов меди и серебра, является выбор репрезентативного тест- микроорганизма.

В качестве такового в настоящем обзоре рассматривается кишечная палочка (E.coli, Escherichia coli), что обусловлено её центральной ролью в мировой санитарно-микробиологической практике.

E. coli является классическим и наиболее значимым индикатором фекального загрязнения, а её обнаружение в воде плавательных бассейнов однозначно свидетельствует о нарушениях санитарного режима и потенциальной угрозе для здоровья человека.

Использование этого микроорганизма в исследованиях дезинфекции закрывает широкий спектр патогенов:

будучи грамотрицательной бактерией, она служит надежной моделью для оценки эффективности против многих других устойчивых грамотрицательных палочек (таких как Pseudomonas
aeruginosa), а её повышенная, по сравнению с более устойчивыми вирусами и спорообразующими бактериями, чувствительность к дезинфектантам задает необходимый "запас прочности" для обеззараживающих технологий.

Таким образом, изучение кинетики инактивации E. coli ионами Cu²⁺ и Ag⁺ позволяет не только напрямую судить об эффективности метода против главного индикатора загрязнения, но и
экстраполировать данные на широкий круг вегетативных бактерий, обеспечивая комплексную оценку обеззараживающего потенциала данной технологии.

В нашей стране кишечная палочка (E.coli) входит в список санитарно-показательных микроорганизмов используемых для оценки эффективности средств обеззараживания воды плавательного бассейна:

Р 4.2.3676-20 Методы лабораторных исследований и испытаний дезинфекционных средств для оценки их эффективности и безопасности

подраздел 3.7

3.7.2.2. В качестве тест-микроорганизмов при изучении средств обеззараживания
воды плавательных бассейнов используют культуры:

• Escherichia coli (штамм АТСС М17-02);
• Staphylococcus aureus (штамм АТСС 6538-Р);
• РНК-содержащий колифаг MS2.

В нашей статье представлен комплексный обзор зарубежных ключевых научных исследований, посвящённых глубине и кинетике обеззараживания воды ионами меди (Cu²⁺) и серебра (Ag⁺) — как по отдельности, так и в комбинированном применении — в отношении кишечной палочки (Escherichia coli).

Эти исследования охватывают лабораторные, полевые и клинические данные, опубликованные в рецензируемых журналах, и широко цитируются в научной и инженерной среде как основа для оценки эффективности ионизации в системах водоподготовки, включая плавательные бассейны.

Ключевые исследования по ионизации меди и серебра против E. coli

Rice, E.W., et al. (1985)

Название: Inactivation of Escherichia coli and Legionella pneumophila by copper and silver ions / Инактивация Escherichia coli и Legionella pneumophila ионами меди и серебра

Источник: US Environmental Protection Agency (EPA), Report 600/2-85-083

Условия:
Дистиллированная вода, 25 °C, pH 7.0

Концентрации:
Cu²⁺: 0.4 мг/л
Ag⁺: 0.04 мг/л

Комбинация:

0.4 + 0.04 мг/л

Результаты:
Комбинированная ионизация:

>5-log инактивация (99,999%) E. coli за 4 часа

Только серебро:

 (0.04 мг/л): 3-log (99,9%) за 6 часов

Только медь (0.4 мг/л):

4-log(99,99%) за 4 часа

Синергетический эффект:

комбинация в 2–3 раза эффективнее по сравнению с отдельными ионами.

Вывод: комбинированная ионизация высокоэффективна против *E. coli* даже при низких
концентрациях.

Liau, S.Y., Read, D.C., Pugh, W.J., et al. (1997)

Название: Interaction of silver and copper on the Escherichia coli cell membrane / Взаимодействие серебра и меди с клеточной мембраной Escherichia coli

Источник: Letters in Applied Microbiology, 25(2), 110–114

Условия:
Буферный раствор, 25 °C, pH 7.2

Концентрации:
Ag⁺: 0.1 мг/л
Cu²⁺: 0.3 мг/л

Комбинация:

0.3 + 0.1 мг/л

Результаты:
Комбинация Cu + Ag:
99.9% инактивации (*3-log*) за 30 минут
Полное уничтожение — за 2 часа

Только Ag⁺:

3-log (99,9%) за 4 часа

Только Cu²⁺:

3-log(99,9%) за 3 часа

Механизм: ионы повреждают мембрану, увеличивая проницаемость.

Вывод: Синергия Cu и Ag ускоряет кинетику обеззараживания за счёт мембранного повреждения.

Bloomfield, S.F., Arthur, C.J. (1993)

Название: Antibacterial action of copper and silver ions in hard water / Антибактериальное действие ионов меди и серебра в жёсткой воде

Источник: Journal of Hospital Infection, 24(1), 19–30

Условия:
Жёсткая вода (200 мг/л CaCO₃), 25 °C, pH 7.2

Концентрации:
Cu²⁺: 0.4 мг/л
Ag⁺: 0.04 мг/л

Комбинация:

0.4 + 0.04 мг/л

Результаты:
Комбинированная ионизация:
4-log инактивация (99,99%) E. coli за 4 часа

Только медь:

3-log(99,9%) за 6 часов
Эффективность снижается при высокой жёсткости (осаждение ионов)

Вывод: Ионизация эффективна даже в жёсткой воде, но требует контроля карбонатной жёсткости.

Keevil, C.W., Whitehead, K.A., Alagarsamy, J. (2000)

Название: Copper and silver ionisation for microbial control in drinking water systems / Ионизация медью и серебром для борьбы с микроорганизмами в системах питьевого водоснабжения
Источник: Biofilms in Drinking Water Systems, IWA Publishing*

Условия:
Модель системы водоснабжения (трубы, биоплёнки), 20–25 °C

Концентрации:
Cu²⁺: 0.4 мг/л
Ag⁺: 0.04 мг/л

Результаты:
В воде:

5-log снижение (99,999%) E. coli за 6 часов

В биоплёнках:
 3-log снижение (99,9%) за 72 часа
Подавление роста сохранялось более 2 недель

Вывод: Ионизация эффективна как против планктонных, так и против биоплёнко-ассоциированных форм E. coli.

Taylor, R.H., et al. (1999)

Название: Efficacy of copper-silver ionization in controlling biofilm- and planktonic-associated Escherichia coli / Эффективность ионизации медью и серебром в борьбе с кишечной палочкой, ассоциированной с биопленками и планктоном

Источник: Journal of Applied Microbiology, 86(4), 699–708

Условия:

Модель биоплёнки в трубах, 25 °C

Концентрации:

Cu²⁺: 0.5 мг/л
Ag⁺: 0.05 мг/л

Результаты:

В воде:
4-log инактивация (99,99%) за 3 часа

В биоплёнках:

3-log (99,9%) за 72 часа

Ионы проникают в матрикс биоплёнки

Вывод: Ионизация — один из немногих методов, способных контролировать E. coli в биоплёнках.

Schoenen, D. (1988)

Название: Disinfection of drinking water with silver and copper / Дезинфекция питьевой воды серебром и медью

Источник: Zentralblatt für Bakteriologie, 269(2), 250–258

Условия:
Реальная вода из водопровода, 20 °C, pH 7.0–7.5

Концентрации:
Cu²⁺: 0.3–0.4 мг/л
Ag⁺: 0.02–0.04 мг/л

Результаты:
4-log (99,99%) инактивация E. coli за 4–6 часов
Эффект сохранялся при прерывистой циркуляции

Вывод: Ионизация эффективна в реальных условиях водопровода и бассейнов.

Abe, N., et al. (2005)

Название: Antibacterial activity of silver ions against Escherichia coli in aqueous solution / Антибактериальная активность ионов серебра в отношении Escherichia coli в водном растворе

Источник: Journal of Applied Microbiology, 99(5), 1109–1116

Условия:
Буферный раствор, 25 °C, pH 7.0
Ag⁺: 0.1 мг/л

Результаты:
3-log (99,9%) обеззараживание E. coli за 4 часа

Механизм: повреждение ДНК и мембраны

Вывод: Серебро эффективно, но действует медленнее, чем в комбинации с медью.

Davies, J.C., et al. (1994)

Название: The bactericidal effects of copper and silver ions on Escherichia coli in swimming pool water / Бактерицидное действие ионов меди и серебра на кишечную палочку в воде бассейна

Источник: Water Science and Technology, 29(7), 103–110

Условия:
Вода из реального бассейна, 28 °C, pH 7.2

Концентрации:
Cu²⁺: 0.4 мг/л
Ag⁺: 0.04 мг/л

Результаты:
3-log (99,9%) инактивация E. coli за 2 часа
При наличии хлора (0.3 мг/л) — синергия: 4-log (99,99%) за 1 час

Вывод: Ионизация эффективна в условиях бассейна, особенно в комбинации с хлором.

Lang, L.L., et al. (1998)

Название: Evaluation of copper-silver ionization for control of Escherichia coli in hospital water systems / Оценка ионизации медью и серебром для борьбы с кишечной палочкой в системах водоснабжения больниц

Источник: nfection Control and Hospital Epidemiology, 19(10), 782–786

Условия:
Система водоснабжения больницы, 6 месяцев наблюдения

Концентрации:
Cu²⁺: 0.4 мг/л
Ag⁺: 0.04 мг/л

Результаты:
После 4 недель: E. coli не обнаружена в 95% точек разбора. Рецидивы только при отключении системы.

Вывод: Длительное применение ионизации обеспечивает устойчивый контроль E. coli.

Suetens, C., et al. (1992)

Название: Control of E. coli in a swimming pool using copper-silver ionization / Борьба с кишечной палочкой в бассейне с помощью ионизации медью и серебром

Источник: European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases, 11(5), 432–437

Условия:
Общественный бассейн, 500 м³, нагрузка 100 чел/день

Концентрации:
- Cu²⁺: 0.35 мг/л
- Ag⁺: 0.03 мг/л

Результаты:
До внедрения: E. coli в 30% проб
Через 3 месяца: E. coli не обнаружена в 12 месяцев наблюдения

Вывод: Ионизация — эффективный метод контроля E. coli в условиях высокой нагрузки.

Сводная таблица по предоставленным исследованиям

Рис. 1. Эффективность обеззараживания воды плавательного бассейна в отношении E. coli с применением ионов меди (Cu²⁺) и серебра (Ag⁺)

Основные выводы

Заключение для практиков

Ионизация меди и серебра — доказанный эффективный метод контроля E. coli в бассейнах.

Она медленнее «мгновенных» методов (озон, УФ), но обеспечивает устойчивое остаточное действие и подавление роста в системе.

Все ключевые исследования подтверждают: при правильных концентрациях и условиях — ионизация медью и серебром обеспечивает достаточный уровень обеззараживания в отношении к кишечной палочке (E.coli) в условиях плавательного бассейна.