劉國(guó)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(chē)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(chē)輛空調(diào)系統(tǒng)目前的空氣過(guò)濾設(shè)備只能過(guò)濾空氣中的大顆粒物，而不能有效過(guò)濾對(duì)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(duì)人體有害的細(xì)菌。而這些致病微生物又通過(guò)通風(fēng)管道的氣流送到車(chē)廂內(nèi)，空氣循環(huán)時(shí)又不斷交叉污染傳播，因此，車(chē)內(nèi)空氣污染相當(dāng)嚴(yán)重[2]。

為有效解決車(chē)廂內(nèi)的空氣污染，改善車(chē)廂內(nèi)的空氣質(zhì)量，切斷車(chē)廂內(nèi)細(xì)菌微生物繁殖傳播途徑，有必要在地鐵車(chē)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(xiàn)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(gè)角落，對(duì)相對(duì)密閉空間內(nèi)的細(xì)菌、真菌等大量動(dòng)態(tài)污染物有著全面凈化的綜合效果。光等離子可通過(guò)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(wèn)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(duì)象，通過(guò)在密閉實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)試驗(yàn)測(cè)試了該空氣殺菌裝置對(duì)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(chē)廂空氣殺菌提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建及試驗(yàn)用品的制備

搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)如圖1所示。設(shè)備型號(hào)及參數(shù)見(jiàn)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(cè)試物品為凳子，其表面劃分了6個(gè)區(qū)域(見(jiàn)圖2)。

2 試驗(yàn)方案

2.1 空氣中細(xì)菌殺滅性能測(cè)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(yàn)，設(shè)計(jì)了細(xì)菌殺滅測(cè)試實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)人員攜帶培養(yǎng)皿及測(cè)試儀器進(jìn)入實(shí)驗(yàn)艙后，關(guān)閉艙門(mén)，開(kāi)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(cè)量試驗(yàn)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(shí)采集3個(gè)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(kāi)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(yàn)共采集7組數(shù)據(jù)，其中每組采集3個(gè)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(shí)，后倒置培養(yǎng)36～48 h，并觀(guān)察其菌落生長(zhǎng)情況。待菌落生長(zhǎng)明顯后觀(guān)察記錄其菌落數(shù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

圖1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(kāi)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(cè)試

試驗(yàn)人員攜帶采樣錐形瓶及測(cè)試儀器進(jìn)入實(shí)驗(yàn)艙后，關(guān)閉艙門(mén)，開(kāi)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(hào)與凳子區(qū)域編號(hào)對(duì)應(yīng)。用1號(hào)錐形瓶中棉簽在對(duì)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(hào)錐形瓶中,并用封口膜封好瓶口。用1′號(hào)錐形瓶中棉簽在對(duì)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(hào)錐形瓶中，同樣封好瓶口。開(kāi)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(wú)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(wú)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(wú)菌培養(yǎng)皿內(nèi)[8]。每個(gè)稀釋度做2個(gè)平行樣本。待培養(yǎng)基冷卻至45 ℃左右時(shí)，將30 ml約45 ℃的培養(yǎng)基倒入培養(yǎng)皿，并充分混合。對(duì)培養(yǎng)皿進(jìn)行編號(hào)，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(guān)察菌落生長(zhǎng)情況，待菌落生長(zhǎng)明顯后，觀(guān)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(yàn)結(jié)果分析

3.1 空氣中細(xì)菌殺滅試驗(yàn)結(jié)果及分析

經(jīng)過(guò)計(jì)算，所測(cè)空氣殺菌裝置在測(cè)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(shí)，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(xiàn)如圖3所示。由圖3可見(jiàn)，空氣殺菌裝置的殺菌效果明顯。隨著殺菌裝置開(kāi)啟時(shí)間的增長(zhǎng)，空間細(xì)菌數(shù)基本呈直線(xiàn)型遞減，且擬合度很高。利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)推算可得，空氣殺菌裝置開(kāi)啟約141.9 min時(shí)，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(yàn)擬合線(xiàn)

測(cè)試結(jié)果表明，該殺菌裝置開(kāi)啟120 min后，細(xì)菌殺滅率達(dá)到90.5%，滿(mǎn)足《公共場(chǎng)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(yàn)結(jié)果及分析

器物表面細(xì)菌數(shù)計(jì)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(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 器物表面細(xì)菌測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

由表2可得，空氣殺菌裝置未啟動(dòng)時(shí)的平均細(xì)菌數(shù)為22.5 CFU/cm2，殺菌裝置工作30 min時(shí)的平均細(xì)菌數(shù)為7.5 CFU/cm2，殺菌裝置工作60 min時(shí)的平均細(xì)菌數(shù)為1.5 CFU/cm2。對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行直線(xiàn)型和指數(shù)型擬合，擬合度分別為0.942 3和0.988 3。擬合線(xiàn)如圖4所示。經(jīng)計(jì)算得出，殺菌裝置開(kāi)啟60 min時(shí)，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(yàn)擬合線(xiàn)

4 與其他殺菌方式的對(duì)比及實(shí)際應(yīng)用效果

在相同的試驗(yàn)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(shí)間對(duì)比見(jiàn)表3。可見(jiàn)，光等離子空氣殺菌技術(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(shí)間對(duì)比

深圳地鐵3號(hào)線(xiàn)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(duì)車(chē)廂內(nèi)空氣感覺(jué)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(mén)對(duì)該地鐵車(chē)廂內(nèi)空氣中菌落總數(shù)做了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)空氣中及器物表面的細(xì)菌凈化性能測(cè)試結(jié)果可知，空氣中的細(xì)菌數(shù)隨著殺菌裝置開(kāi)啟時(shí)間呈線(xiàn)性衰減，器物表面的細(xì)菌數(shù)隨著殺菌裝置開(kāi)啟時(shí)間呈指數(shù)型衰減。光等離子空氣殺菌裝置對(duì)自然環(huán)境中細(xì)菌的殺滅效果良好，在其工作120 min時(shí)，空氣中細(xì)菌的殺滅率達(dá)到90.5%，滿(mǎn)足《公共場(chǎng)所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》中“開(kāi)啟殺菌裝置120 min時(shí)，對(duì)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(shí) ，器物表面細(xì)菌殺滅率為93.3%。可見(jiàn)，光等離子空氣殺菌裝置對(duì)地鐵車(chē)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(yàn)為光等離子空氣殺菌裝置用于地鐵車(chē)廂空氣殺菌提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。該空氣殺菌裝置對(duì)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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