一種靜電式空氣消毒裝置的消毒試驗研究

摘 要：本文研究了一種靜電式空氣消毒裝置的空氣除塵消毒效果。分別在人工氣候室以及真實船艙環(huán)境中采用ECH-KJX-Z型靜電空氣消毒裝置，以開機和不開機2種情況為例，對空氣中顆粒污染物數(shù)量以及細菌菌落數(shù)的數(shù)據(jù)進行采集和監(jiān)測，分析試驗結果和評估作用效果，得到以下結果。開機作用15 min，裝置對PM2.5和PM10的去除率分別達到90%和80%以上。開機作用24 h，裝置對大腸菌群、空氣自然菌、鏈球菌和白色葡萄球菌的去除率均接近100%。試驗結果表明，使用該靜電式空氣消毒裝置進行除塵消毒后，空氣質(zhì)量符合國家標準，該裝置消毒效果優(yōu)秀。

關鍵詞：靜電；空氣消毒裝置；除塵效果；除菌效果

中圖分類號：R 187" " " " " " 文獻標志碼：A

2020年，新型冠狀病毒通過氣溶膠傳播，使人們更加意識到空氣消毒的重要性。與物體表面消毒以及水體消毒相比，空氣的流動性更強，由于人體時刻暴露在大氣環(huán)境中，更容易受到細菌與病毒的感染[1]，因此，人們開始重視空氣消毒。無論是物理類還是化學類空氣凈化消毒技術都存在各自的優(yōu)點、缺點以及局限性。例如傳統(tǒng)的紫外線、臭氧和化學藥物等消毒方法通常都不適宜在有人活動的條件下持續(xù)消毒[2-3]。靜電式空氣消度裝置能夠良好地適配室內(nèi)封閉環(huán)境，凈化空氣并提高空氣質(zhì)量。靜電除塵已應用于工業(yè)領域上百年，具有廣譜除塵作用，其除塵率與對除菌率呈正相關關系[4]。靜電式空氣消毒除塵、除菌的主要原理是利用高壓靜電除塵，在空氣中的微生物大多數(shù)附著在顆粒上，利用靜電吸附顆粒和強電場中的等離子體殺滅微生物[5]。靜電式空氣消毒裝置采用高壓靜電原理吸附粉塵、病毒等微小顆粒，并對捕獲的細菌等病毒進行消殺。市場上還缺少可用于封閉室內(nèi)空間或空調(diào)系統(tǒng)的高效空氣消毒裝置。本試驗采用ECH-KJX-Z型靜電式空氣消毒裝置對環(huán)境的除塵殺菌效果進行觀察。

1 材料與方法

1.1 試驗場所和設備

選擇模擬人工氣候室以及某輪船船艙艙室為試驗場所，容積均為40 m3。主體空氣消毒設備為ECH-KJX-Z型靜電式空氣消毒裝置，試驗采用創(chuàng)新式的一段式靜電催化消毒技術，主要除菌原理是利用充電濾網(wǎng)、靜電裝置和集塵濾網(wǎng)，組成簡潔、高效、節(jié)能和安全的消毒組合裝置，裝置實際循環(huán)風量≥1 800 m3/h。試驗分別驗證空氣凈化裝置A （不含濾網(wǎng)）和空氣凈化裝置B（含濾網(wǎng)） 2種情況下的除塵殺菌效果。

試驗儀器包括TSI 9306型大氣顆粒檢測儀、JYQ-IV型浮游菌采樣器、噴壺以及煙氣發(fā)生器；試驗耗材為肉湯、直徑90 mm營養(yǎng)瓊脂平板；試驗用菌株為大腸桿菌、空氣自然菌、鏈球菌以及白色葡萄球菌。

1.2 試驗方法

1.2.1 顆粒物采樣與計數(shù)

分別在模擬人工氣候室和船艙艙室內(nèi)安裝1臺ECH-KJX-Z型靜電式空氣消毒裝置，采用煙氣發(fā)生器對人工氣候室/船艙艙室進行顆粒物污染，10 min后用大氣顆粒物檢測儀檢測顆粒物濃度。將空氣凈化設備放入人工氣候室/船艙艙室內(nèi)工作15 min，采用大氣顆粒物檢測儀檢測顆粒物濃度，針對不同顆粒物起始濃度對顆粒物凈化效果進行測試。大氣顆粒物檢測儀采樣流量為2.83 L/min，對環(huán)境中的顆粒物濃度進行不間斷檢測，檢測時間≥24 h。平行測試2～3次，確認凈化效果可重復性。采樣設計參照《公共場所空氣中可吸入顆粒物（PM10）測定方法 光散射法》（WS/T 206—2001）以及環(huán)境空氣質(zhì)量標準的規(guī)定，在距空氣凈化設備15 cm位置設置1個采樣點，布點與地面垂直距離一般為45 cm，每點每次連續(xù)采樣1次，每隔60 min采樣1次。

PMd為環(huán)境空氣中空氣動力學當量直徑≤d的顆粒物，本文選取d=2.5、d=10進行試驗，計算方法如公式（1）所示。

（1）

式中：W為空氣凈化裝置對空氣中顆粒物的去除率，%；c0為試驗前空氣中PMd的塵粒濃度，μg/m3；ct為試驗后空氣中PMd顆粒物的塵粒濃度，μg/m3。

1.2.2 測定細菌菌落數(shù)

試驗配置培養(yǎng)基，接種菌體，進行擴菌培養(yǎng)，得到高濃度菌液，使用霧化發(fā)生器將菌液氣化至人工氣候室，并使用浮菌采樣器，分別在氣化后以及開機處理24 h后進行采樣，每次采集3個平行樣。試驗溫度為12 ℃，試驗環(huán)境濕度為75%。

1.2.2.1 培養(yǎng)基配制

按照標準方法配制普通營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基、普通營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基等各類培養(yǎng)基，121 ℃滅菌后，待用。

1.2.2.2 微生物培養(yǎng)和氣溶膠制備

將各類微生物分別接種到營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基，37 ℃培養(yǎng)24 h增菌，用噴壺將微生物培養(yǎng)基均勻噴在人工氣候室/船艙艙室內(nèi)，制成生物氣溶膠。

1.2.2.3 采集和計數(shù)

首先，氣溶膠制備1 h后，浮菌采樣器（內(nèi)置固體培養(yǎng)基）采樣10 min，37 ℃培養(yǎng)24 h后計數(shù)菌落數(shù)，即初始微生物含量。其次，將空氣凈化設備放入人工氣候室/船艙艙室內(nèi)工作24 h，用采樣器采樣、培養(yǎng)和計數(shù)。最后，以空白組（未開機樣機組）為對照，在相同條件下采樣、培養(yǎng)和計數(shù)。計算過程如公式（2）～公式（4）所示。

（2）

式中：V為空氣中細菌菌落總數(shù)，cfu/m3；S為采樣平皿中的菌落總數(shù)，cfu；Q為采樣流量，L/min；T為采樣時間，min。

（3）

式中：Kt為空氣凈化裝置對空氣中細菌的去除率，%；V1為試驗前試驗組空氣中細菌菌落總數(shù)，cfu/m3；Nt為空氣中細菌的自然衰亡率，%；V2為試驗后試驗組空氣中細菌菌落總數(shù)，cfu/m3。

（4）

式中：V0為試驗前空白組空氣中細菌菌落總數(shù)，cfu/m3；Vt為試驗后空白組空氣中細菌菌落總數(shù)，cfu/m3。

2 結果

2.1 在模擬環(huán)境中凈化后不同PMd的測定結果

在模擬環(huán)境中，使用空氣凈化裝置A、B凈化不同初始濃度的PM2.5和PM10后，PM2.5和PM10的濃度都低于35 μg/m3（見表1）。

在模擬環(huán)境中空氣凈化裝置對不同濃度顆粒物去除率如圖1所示，在模擬環(huán)境中空氣凈化裝置A、B對不同初始濃度的PM2.5的去除率都達到90%以上，對不同初始濃度的PM10的去除率達到80%以上，說明在模擬環(huán)境中2套空氣凈化裝置都能有效地凈化顆粒物。

2.2 在真實環(huán)境中凈化后不同PMd的測定結果

在真實環(huán)境中初始濃度相同的PM2.5和PM10利用空氣凈化裝置A、B凈化后，PM2.5和PM10的濃度均低于35 μg/m3（見表2）。

在真實環(huán)境中空氣凈化裝置對不同濃度顆粒物去除率如圖2所示，在真實環(huán)境中空氣凈化裝置A、B對不同初始濃度的PM2.5的去除率都達到90%以上，對不同初始濃度的PM10的去除率達到80%以上，說明在模擬環(huán)境下2套空氣凈化裝置都能有效地凈化顆粒物。

2.3 在模擬環(huán)境中微生物的去除效果

在模擬環(huán)境中空氣凈化裝置對大腸桿菌、空氣自然菌的凈化效果見表3，對鏈球菌、白色葡萄球菌的凈化效果見表4。由表3、表4可知，利用空氣凈化裝置A、B凈化后，培養(yǎng)皿中無細菌存活，未經(jīng)過空氣凈化裝置凈化的培養(yǎng)皿中有大量細菌存活。說明在模擬環(huán)境中2套空氣凈化裝置均能有效滅菌。在模擬環(huán)境中空氣凈化裝置對不同微生物去除率如圖3所示，空氣凈化裝置A、B對大腸菌群、空氣自然菌、鏈球菌以及白色葡萄球菌的去除率達到99.99%以上，對氣溶膠的凈化效果較好，具有優(yōu)秀的殺菌效果。

2.4 在真實環(huán)境中微生物的去除效果

在真實環(huán)境中空氣凈化裝置對大腸桿菌、空氣自然菌的凈化效果見表5，對鏈球菌、白色葡萄球菌的凈化效果見表6。由表5、表6可知，使用空氣凈化裝置A、B凈化后，培養(yǎng)皿中無細菌存活，未經(jīng)過空氣凈化裝置凈化的培養(yǎng)皿中仍然有大量細菌存活。在真實環(huán)境中，空氣凈化裝置A、B對大腸菌群、空氣自然菌、鏈球菌以及白色葡萄球菌的去除率均達到99.99%以上（如圖4所示），具有較好的處理效果以及優(yōu)秀的殺菌效果。

3 結論

研究表明，搭載了ECH-KJX-Z型靜電式空氣消毒裝置的空氣凈化裝置A、B均可以有效凈化環(huán)境空氣中的微生物和顆粒物。2套裝置對大腸菌群、空氣自然菌、鏈球菌和白色葡萄球菌的去除率均接近100%；對PM2.5的去除率達到90%以上，對PM10的去除率達到80%以上，效果優(yōu)秀。其除塵消毒效果在模擬環(huán)境中與真實船艙環(huán)境中沒有顯著差異，在封閉環(huán)境中應用廣泛。本試驗使用靜電式消毒產(chǎn)品，其具有體積小、風阻小、無額外耗材、無有害副產(chǎn)物、消毒效果好、簡潔和高效等優(yōu)點，能夠?qū)諝膺M行節(jié)能、安全的消毒處理，在封閉的室內(nèi)環(huán)境中空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)空氣消毒應用前景廣闊。

參考文獻

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