用于地鐵車廂的空氣殺菌裝置殺滅細(xì)菌效果的試驗研究*

劉國丹 傅碧峰 于慧俐 武在天

(青島理工大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，266033，青島/第一作者，教授)

地鐵車廂內(nèi)人員密度大，人群密集度高，空氣質(zhì)量較差[1]。而地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)目前的空氣過濾設(shè)備只能過濾空氣中的大顆粒物，而不能有效過濾對人體更具危害性的微小顆粒物(包括致病微生物和各種易揮發(fā)有害氣體)。微小顆粒物被通風(fēng)管道里的氣流帶進(jìn)空調(diào)系統(tǒng)結(jié)成灰塵，積累在空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)道里。在空調(diào)系統(tǒng)恒溫、恒濕的環(huán)境下，易于滋生各種對人體有害的細(xì)菌。而這些致病微生物又通過通風(fēng)管道的氣流送到車廂內(nèi)，空氣循環(huán)時又不斷交叉污染傳播，因此，車內(nèi)空氣污染相當(dāng)嚴(yán)重[2]。

為有效解決車廂內(nèi)的空氣污染，改善車廂內(nèi)的空氣質(zhì)量，切斷車廂內(nèi)細(xì)菌微生物繁殖傳播途徑，有必要在地鐵車輛空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)安裝具有滅菌功能的空氣凈化裝置。

光等離子是由紫外線所產(chǎn)生的，含有離子和游離電子，可把氧氣和水分子分解成臭氧、氫氧根、游離的氧原子以及其他氧化物[3]。這些分子十分活躍，可飄散到室內(nèi)各個角落，對相對密閉空間內(nèi)的細(xì)菌、真菌等大量動態(tài)污染物有著全面凈化的綜合效果。光等離子可通過鏈?zhǔn)椒磻?yīng)將空氣中各種有害有機(jī)污染物徹底分解，最后形成二氧化碳和水，解決了傳統(tǒng)空氣凈化方法存在的二次污染問題[2]。

本文選取采用光等離子空氣凈化技術(shù)的空氣殺菌裝置為研究對象，通過在密閉實(shí)驗艙內(nèi)搭建實(shí)驗臺進(jìn)行試驗研究。設(shè)計試驗測試了該空氣殺菌裝置對空氣中及器物表面細(xì)菌的殺滅效果，為該裝置用于地鐵車廂空氣殺菌提供依據(jù)。

1 實(shí)驗臺的搭建及試驗用品的制備

搭建實(shí)驗臺如圖1所示。設(shè)備型號及參數(shù)見表1。準(zhǔn)備物品包括密封的初始培養(yǎng)皿、待凝固的培養(yǎng)基及滅菌生理鹽水。測試物品為凳子，其表面劃分了6個區(qū)域(見圖2)。

2 試驗方案

2.1 空氣中細(xì)菌殺滅性能測試

根據(jù)《消毒技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范并結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗，設(shè)計了細(xì)菌殺滅測試實(shí)驗。試驗人員攜帶培養(yǎng)皿及測試儀器進(jìn)入實(shí)驗艙后，關(guān)閉艙門，開啟風(fēng)機(jī)，并使其工作15 min。待風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況穩(wěn)定后，先測量試驗環(huán)境的溫度、濕度及風(fēng)速，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。然后，拆掉初始培養(yǎng)皿的密封膠帶，并采用自然沉降法，同時采集3個平行樣數(shù)據(jù)，作為第1小組數(shù)據(jù)，即初始數(shù)據(jù)。將采集好的培養(yǎng)皿用密封膠帶包好，防止其被污染。然后，開啟殺菌裝置，每隔20 min用自然沉降法采集1次數(shù)據(jù)。試驗共采集7組數(shù)據(jù)，其中每組采集3個平行樣。將采樣完成后的培養(yǎng)皿，除掉密封膠帶放置在恒溫培養(yǎng)箱中，先正放培養(yǎng)2 h時，后倒置培養(yǎng)36～48 h，并觀察其菌落生長情況。待菌落生長明顯后觀察記錄其菌落數(shù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

圖1 實(shí)驗臺構(gòu)造示意圖

設(shè)備及儀器技術(shù)參數(shù)SFG2-2型低噪聲軸流通風(fēng)機(jī)功率:0.12 kW;風(fēng)量:1 300 m3/h;轉(zhuǎn)速:2 800 r/minBK-G-5003型空氣殺菌裝置質(zhì)量:<2.7 kg;額定功率:14 WS-150-110型開關(guān)電源輸出功率:150 W

圖2 凳子表面示意圖

2.2 器物表面細(xì)菌殺滅性能測試

試驗人員攜帶采樣錐形瓶及測試儀器進(jìn)入實(shí)驗艙后，關(guān)閉艙門，開啟風(fēng)機(jī)工作15min，使室內(nèi)工況穩(wěn)定。采樣方法采用涂抹法[8]。將待凝固的培養(yǎng)基用錐形瓶裝好，錐形瓶編號與凳子區(qū)域編號對應(yīng)。用1號錐形瓶中棉簽在對應(yīng)的凳子1區(qū)域表面均勻涂抹10次，剪去手接觸部分棉棒后，將棉簽重新放入1號錐形瓶中,并用封口膜封好瓶口。用1′號錐形瓶中棉簽在對應(yīng)的1′表面均勻涂抹10次，然后剪去手接觸部分棉棒，將棉簽重新放入1′號錐形瓶中，同樣封好瓶口。開啟殺菌裝置，在30 min和60 min后，分別用上述方法再次用相應(yīng)棉簽涂抹相應(yīng)區(qū)域。采樣完畢后，將樣本錐形瓶送檢。在無菌操作間，將放有棉簽的錐形瓶稀釋并充分振搖為1∶100稀釋液。用移液槍吸取200 μl的1∶100液樣，加入1 800 μl滅菌生理鹽水中，混勻，得到1∶1 000稀釋液。在無菌操作間，各取1 ml的1∶100和1∶1 000稀釋液樣液分別注入無菌培養(yǎng)皿內(nèi)[8]。每個稀釋度做2個平行樣本。待培養(yǎng)基冷卻至45 ℃左右時，將30 ml約45 ℃的培養(yǎng)基倒入培養(yǎng)皿，并充分混合。對培養(yǎng)皿進(jìn)行編號，待培養(yǎng)基凝固后將其放置于恒溫培養(yǎng)箱中，先正放培養(yǎng)2 h，后倒置培養(yǎng)36～48 h。觀察菌落生長情況，待菌落生長明顯后，觀察記錄菌落數(shù)。然后，根據(jù)培養(yǎng)皿上菌落數(shù)得出器物表面每平方厘米的細(xì)菌數(shù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 空氣中細(xì)菌殺滅試驗結(jié)果及分析

經(jīng)過計算，所測空氣殺菌裝置在測試環(huán)境艙內(nèi)持續(xù)工作20 min、40 min、60 min、80 min、100 min及120 min時，相應(yīng)的空氣中細(xì)菌平均消亡率為14.3%、23.8%、42.9%、57.1%、61.9%及90.5%。殺菌擬合線如圖3所示。由圖3可見，空氣殺菌裝置的殺菌效果明顯。隨著殺菌裝置開啟時間的增長，空間細(xì)菌數(shù)基本呈直線型遞減，且擬合度很高。利用試驗數(shù)據(jù)推算可得，空氣殺菌裝置開啟約141.9 min時，空氣中的細(xì)菌能被全部殺滅。

圖3 空氣中細(xì)菌殺滅實(shí)驗擬合線

測試結(jié)果表明，該殺菌裝置開啟120 min后，細(xì)菌殺滅率達(dá)到90.5%，滿足《公共場所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》中關(guān)于空氣凈化消毒裝置性能的要求。

3.2 器物表面細(xì)菌殺滅實(shí)驗結(jié)果及分析

器物表面細(xì)菌數(shù)計算式為：器物表面細(xì)菌數(shù)(CFU/cm2)=平皿菌落數(shù)/25×稀釋倍數(shù)。相應(yīng)的測試結(jié)果見表2。

表2 器物表面細(xì)菌測試結(jié)果統(tǒng)計

由表2可得，空氣殺菌裝置未啟動時的平均細(xì)菌數(shù)為22.5 CFU/cm2，殺菌裝置工作30 min時的平均細(xì)菌數(shù)為7.5 CFU/cm2，殺菌裝置工作60 min時的平均細(xì)菌數(shù)為1.5 CFU/cm2。對測試結(jié)果進(jìn)行直線型和指數(shù)型擬合，擬合度分別為0.942 3和0.988 3。擬合線如圖4所示。經(jīng)計算得出，殺菌裝置開啟60 min時，器物表面的細(xì)菌殺滅率為93.33%，殺菌效果顯著。

圖4 器物表面細(xì)菌殺滅試驗擬合線

4 與其他殺菌方式的對比及實(shí)際應(yīng)用效果

在相同的試驗條件下，采用不同原理的殺菌凈化方式，達(dá)到相同殺菌效果所需要的時間對比見表3?？梢姡獾入x子空氣殺菌技術(shù)殺菌速度快，殺菌效果好，能更有效地實(shí)現(xiàn)全面消毒殺菌的功能。

表3 相同殺菌效果所需時間對比

深圳地鐵3號線將光等離子空氣殺菌裝置安裝于新風(fēng)和回風(fēng)混合風(fēng)道內(nèi)。自2009年9月運(yùn)行起，地鐵工作人員及乘客對車廂內(nèi)空氣感覺良好，未出現(xiàn)因空氣污染導(dǎo)致乘客不適的現(xiàn)象。2010年9月，深圳市有關(guān)部門對該地鐵車廂內(nèi)空氣中菌落總數(shù)做了檢測，檢測結(jié)果滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語

通過對空氣中及器物表面的細(xì)菌凈化性能測試結(jié)果可知，空氣中的細(xì)菌數(shù)隨著殺菌裝置開啟時間呈線性衰減，器物表面的細(xì)菌數(shù)隨著殺菌裝置開啟時間呈指數(shù)型衰減。光等離子空氣殺菌裝置對自然環(huán)境中細(xì)菌的殺滅效果良好，在其工作120 min時，空氣中細(xì)菌的殺滅率達(dá)到90.5%，滿足《公共場所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》中“開啟殺菌裝置120 min時，對細(xì)菌的殺滅率不低于90%”的要求。光等離子空氣殺菌裝置工作60 min時 ，器物表面細(xì)菌殺滅率為93.3%?？梢?，光等離子空氣殺菌裝置對地鐵車廂空氣中及器物表面細(xì)菌具有很好的殺滅效果。本實(shí)驗為光等離子空氣殺菌裝置用于地鐵車廂空氣殺菌提供了試驗數(shù)據(jù)支持。該空氣殺菌裝置對保障地鐵空氣質(zhì)量，有效預(yù)防及控制流感等具有良好的作用。

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