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環境條件對微生物在濾料表面生長繁殖的影響

時間:2017-11-18 15:17:00 來源:本網

  環境條件對微生物在濾料表面生長繁殖的影響劉俊杰,李倩,裴晶晶(天津大學環境科學與工程學院,天津300072)器上大量生長繁殖的情況,挑選常用的玻璃纖維過濾材料,對其進行染菌,控制空氣環境條件下培養,從而研究不同溫濕度環境條件、濾料含水量以及不同濾料結構對微生物在濾料上生長繁殖的影響。結果表明:溫度對含水濾料表面微生物大生長繁殖量沒有明顯影響;在37 "C、90相對濕度條件下的細菌大生長繁殖量大約為加水濾料上的1/2,且大于相同溫度下的低濕條件大生長繁殖量;17°C時,不同相對濕度條件下均沒有生長趨勢;低效濾料更適宜微生物生長。上述結論說明長期處于高濕度下的空氣過濾器是容易被微生物駐留并生長繁殖的部件,容易形成微生物二次污染。

  基金項目:國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)資助項目(2012CB720100);國家自然科學基金資助項目(50978180);天津市應用基礎與前沿技術研究計劃資助項目(11CZDC25300)。

  空調處理機組(AHU)作為中央空調系統的主要空調設備,承擔著調節室內空氣溫濕度和潔凈度的功能。位于新風與回風混合段后的粗效過濾器和送風段前的中效過濾器則作為空調處理機組中的重要設備,來防止室外顆粒污染物包括微生物污染物進人室內環境影響人體健康。而潔凈室空調系統末端通常采用高效空濾器來實現更高空氣潔凈等級的控制。

  隨著越來越多的人選擇飛機作為出行工具,機艙中大量的超細顆粒物、細菌、病毒等是威脅乘客健康的重要因素。H13級別效率的高效顆粒物空氣(HEPA)過濾器是去除機艙內空氣顆粒物污染有效的方法之一,現代的大型客機在座艙環控系統中都安裝了采用超細玻璃纖維材料的循環風高效過濾器。大型載人空間站的通風環控系統中,也在回風口采用超細表1過濾材料參數型號過濾效率等級厚度/ mm過濾效率/玻璃纖維制成的高效空氣過濾器去除各種空氣中懸浮的微生物顆粒物。研究表明,經過過濾器或者過濾裝置過濾下來的微生物仍然具有很強的活性。當過濾器表面含有適當的營養物質,并且在適宜的溫濕度條件下,過濾器表面被攔截下來的微生物能夠在過濾器上大量生長繁殖。劉燕敏等對上海10棟空調建筑的通風系統進行調查,結果顯示約50的空調系統普遍存在空氣污染較嚴重的問題,且過濾器表面含菌量也明顯高于容許標準。Maus等曾經研究過聚酯纖維、聚丙烯以及玻璃纖維3種材料的未經使用過的以及用于過濾新風的使用過的過濾器上枯草芽孢桿菌在不同相對濕度條件下的存活情況。結果發現,30~85的相對濕度范圍內,枯草芽孢桿菌的存活率沒有明顯區別,即相對濕度對不同濾料上枯草芽孢桿菌的生長繁殖均沒有影響。而在相對濕度大于98時的適宜細菌生長繁殖的相對濕度條件下,不同的濾料樣品上也沒有枯草芽孢桿菌的增殖現象。awad等研究了不同環境條件下不動桿菌的存活,發現高濕條件(31~93)下菌種的存活時間要長于10的低濕條件。Korves等通過對經過500 ~15000h巡航時間的飛機機艙空氣凈化用HEPA過濾器上的多種呼吸道病毒進行檢測,發現過濾器在摘除10天后,其上仍能檢測到流感病毒和鼻病毒。但是很少有考慮溫濕度條件對不同效率的過濾器上微生物生長的影響。

  筆者研究了不同效率的玻璃纖維濾料上枯草芽孢桿菌的生長繁殖規律,并且研究了不同溫濕度對微生物在濾料上的生長繁殖的影響。

  1研究方法與內容1.1菌種選擇部分研究對公共場所空調系統的過濾網、熱交換器細菌譜進行了詳細調查,調查結果表明該菌譜以抵抗力強、營養要求低的芽孢桿菌為主,空氣處理系統中不少用于間隔和過濾用的纖維狀材料上的菌種,90屬于芽枝菌屬真菌。本著對人體健康安全無害,且具有科學性與代表性的原則,本文。

  1.3培養基選用及制備培養基組成:每升溶液中含有蛋白胨10g、氯化鈉5g、牛肉膏粉3g.若制備固體培養基,則加人瓊脂15g.將pH值調至7.2 ~7.4,121C高壓滅菌1.4濾料樣品數量本研究中所用濾料樣品為直徑8cm的圓形濾料,對于3種不同濾料,每種濾料在每個培養時間狀態點處有3個平行樣品。每個樣品洗脫液取3個平行樣,各個狀態下的。

  況。且Nagda等曾指出,飛機機艙的平均溫度為21~24C,機艙中的平均相對濕度為14~19.所以15相對濕度又可作為機艙環境狀態參數。大型載人空間站的通風環控系統中,由于航天員的人體散濕,艙內空氣濕度也會達到90.混合和碟送至空調房間中效過濾器粗效空氣冷卻器,過濾器(冷卻減濕)計數用培養皿(a)夏季回風中效送至空過濾器調房間粗效過濾器空氣冷卻器噴蒸汽加當力n熱器用濕器(等(等濕加熱)溫加濕)(b)冬季組合式空調機組夏冬空氣處理流程給出了一次回風單風機組合式空氣機組的結構示意,其中夏季和冬季空氣處理流程如所示。

  在全年運行工況下,經表冷器冷卻后的氣體露點溫度通常在10~17C范圍內,采暖通風與空氣調節設計規范(GB50019―2003)中規定,舒適性空氣調節冬季室內計算溫度為18~24C,夏季室內計算溫度為22~28C.且當送風口高度5m時,5C送風溫差10C.而冬季空調送風溫度往往接近或高于室溫,且冬季提高送風溫差減少送風量的作法,可以節約電能,但必須滿足少換氣次數的要求,同時送風溫度也不宜過高,一般以不超過45C為宜。為驗證環境溫度和相對濕度對濾料表面微生物生長繁殖的影響,文中選取17C、22C、30C和37C4個溫度狀態分別代表空調機組表冷器后機器露點溫度或夏季中央空調送風溫度、室內和機艙內空氣溫度、冬季中央空調送風溫度及微生物適宜生長溫度。而相對濕度(RH)分別選90和15作為適宜微生物生長的高濕工況和不適宜微生物生長的低濕工本文中采用的方法為往容器中充人恒溫恒濕的氣體,氣體的相對濕度是通過干、濕空氣的混合比來控制。干空氣來自于空壓機送出的經干燥劑和高效過濾器過濾的干燥潔凈空氣,濕空氣為干燥潔凈空氣通人水中鼓泡得到的濕空氣。將濾料置于玻璃容器中,密封瓶口,從而保證該密閉容器中保持恒定的溫濕度。容器密閉后放人恒溫箱中恒溫培養。高濕控制采用往瓶中沖人高濕氣體,如(a)所示,低濕控制往瓶中裝人少量變色硅膠,如(b)所示。充人瓶中氣體的溫度采用空壓機送出氣體的環境溫度,相對濕度采用公式(1)計算所得。相對濕度的控制采用控制干空氣與濕空氣混合比的方法。

  砍中需保持的氣體相對濕度;/V為充人瓶中氣體溫度對應的飽和空氣分壓力;為密閉容器中需保持的氣體溫度對應的飽和空氣分壓力;Pa為海平面的標準大氣壓。

  舉例說明:若需要控制30 的相對濕度,當環境溫度為25°C時,為30°C時的飽和空氣分壓力,為25C時的飽和空氣分壓力,妗為90,則通過計算得到的值,通過控制干濕空氣的混合比來得到相對濕度為灼的濕空氣。

  濾料恒溫恒濕培養2結果與討論不同溫濕度條件下,枯草芽孢桿菌在H13濾料上的生長繁殖情況如所示,其中N為初始染菌后濾料上洗脫的菌落數,Nt為培養t時間后濾料上洗脫的菌落數。因為濾料培養72h后,濾料上微生物達到大生長繁殖量,所以只考慮培養72h內的生長繁殖情況。濾料培養條件分別為溫度37°C和17°C,相對濕度分別為90和15.為比較含水量的影響,在不同溫度條件下,各增加一組濾料表面加5mL生理鹽水的對比工況。分析可知,在37C和17C,枯草芽孢桿菌在濾料上的生長繁殖量均為:生理鹽水浸泡>RH=90>RH=15.分析曲線1、4可知,在濾料培養初期(0 ~24h),枯草在37C條件下生長迅速,并且在培養24h后,生長繁殖量達到17C培養條件下的5倍。而在24h之后,枯草在17C條件下,生長速率增大,且到48h時,2個條件下,濾料上微生物量基本相同,在隨后的24h、17C條件下,濾料上的微生物繼續快速繁殖,且到達72h時,17C條件下的濾料上微生物量略大于37C條件下,約為后者的1.2倍。由此可知,濾料含水工況下,溫度對濾料上微生物的大生長繁殖量影響不大。

  在37C條件下,相對濕度對微生物生長繁殖的影響較大。90相對濕度條件下的微生物生長繁殖量約為濾料加水狀態下的1/2.對比曲線3、6可知,在低溫狀況不同溫度條件時均沒有微生物生長繁殖趨勢,枯草芽孢桿菌在低濕條件下呈衰亡趨勢。而在90相對濕度、37C培養條件下,微生物呈生長繁殖趨勢,微生物數量也逐漸增大;而在17C時,微生物呈衰亡趨勢,數量逐漸減小。說明在利于微生物生長的溫度條件下,不同相對濕度微生物的生長繁殖有一定的影響。而在不利于微生物生長繁殖的低溫條件下,相對濕度的影響基本不大。

  時間/h 90、t=22t和30t時3種濾料表面枯草芽孢桿菌的生長繁殖不同條件下的微生物生長繁殖=90時,22C和30C2種溫度條件下,枯草芽孢桿菌在F5、F8和H13 3種不同過濾效率的玻璃纖維濾料表面的生長繁殖情況如所示。

  時間/d為考慮全生命周期中微生物的生長繁殖情況,將濾料培養一周時間,直至濾料表面的微生物量降低到接近初始染菌量。由圖中可知,在相同的培養條件下,微生物在不同濾料表面的生長繁殖的趨勢相同。在給定的恒溫恒濕環境中,均呈現在培養初期,濾料上微生物量隨培養時間的增加而增大,當培養時間達到3d即72h后,濾料上微生物量達到大生長繁殖量,繼續培養,濾料上的微生物進人其生長周期的衰亡期,濾料上的微生物量逐漸減小,并且在7d左右,濾料表面微生物量降低到初始染菌量。對比圖(b)可知,在不同過濾效率的玻璃纖維濾料表面,枯草芽孢桿菌的大生長繁殖量有明顯不同。當溫度為30°C時,低效濾料F5表面,枯草芽孢桿菌的大生長量高于其余兩種中效和高效濾料,且其大生長繁殖量分別為中效濾料和高效濾料的1.5倍和2倍。可知在比較適合枯草芽孢桿菌生長的30C溫度條件下,濾料本身結構對濾料上微生物的生長繁殖具有明顯的影響。而當溫度為22C時,3種濾料表面上枯草的大生長繁殖量所呈現的規律為F8>H13>F5.且3種濾料表面的大生長繁殖量差異性不明顯,中效濾料F8上的微生物量分別為H13和F5濾料上的1.25倍和1.44倍。與30C條件下相比,除了F5濾料表面的大微生物生長繁殖量有30的明顯降低量之外,在F8和H13兩種濾料表面基本沒有明顯變化。由此可以分析,孔隙率較大的低效濾料上,微生物在濾料上的生長繁殖更易受到溫度條件的影響。

  3結論不同環境條件對濾料表面微生物的生長繁殖有很大的影響。在37C條件下,相對濕度對微生物在濾料表面的生長繁殖影響較大。90相對濕度條件下的微生物生長繁殖量約為濾料加水狀態下的1/2.而在15的低濕條件下,枯草芽孢桿菌在濾料上呈衰亡趨勢,溫度越低,衰亡速率越快。在較利于微生物生長的溫度條件下,不同相對濕度對微生物的生長繁殖有一定的影響。而在不利于微生物生長繁殖的低溫條件下,相對濕度的高低對微生物的生長繁殖影響不大。

  濾料結構對微生物在濾料表面的生長繁殖有一定的影響。在較利于枯草芽孢桿菌生長的溫度條件下,濾料孔隙率越大,越有利于枯草在其上的生長繁殖。故低效濾料上微生物的生長繁殖量略大于高效濾料上。且低效濾料上枯草芽孢桿菌的大生長量分別為中效濾料和高效濾料的1.5倍和2倍。在22C的較低溫度條件下,高、中、低效3種濾料表面的枯草芽孢桿菌的大生長繁殖量差別不是很大。隨著溫度的變化,孔隙率較大的低效濾料表面枯草桿菌的大生長繁殖量差別較大,其在22C時大約為30C時的70.由于相對濕度對微生物的生長影響較大,所以在高濕度氣象條件下運行的大型客機的環控系統過濾器,在空調機組中表冷器下風側的空氣過濾器,長期處于高濕度下都是細菌定植、繁殖和傳播的主要場所,而位于空調機組新風段的粗效過濾器,由于其表面積塵較多并容易吸潮,也易成為系統中微生物大量生長繁殖的主要場所。

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