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环境条件对微生物在滤料表面生长繁殖的影响

来源:中国过滤网 发布日期:2017-11-18

  环境条件对微生物在滤料表面生长繁殖的影响刘俊杰,李倩,裴晶晶(天津大学环境科学与工程学院,天津300072)器上大量生长繁殖的情况,挑选常用的玻璃纤维过滤材料,对其进行染菌,控制空气环境条件下培养,从而研究不同温湿度环境条件、滤料含水量以及不同滤料结构对微生物在滤料上生长繁殖的影响。结果表明:温度对含水滤料表面微生物最大生长繁殖量没有明显影响;在37 "C、90%相对湿度条件下的细菌最大生长繁殖量大约为加水滤料上的1/2,且大于相同温度下的低湿条件最大生长繁殖量;17°C时,不同相对湿度条件下均没有生长趋势;低效滤料更适宜微生物生长。上述结论说明长期处于高湿度下的空气过滤器是最容易被微生物驻留并生长繁殖的部件,容易形成微生物二次污染。

  基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2012CB720100);国家自然科学基金资助项目(50978180);天津市应用基础与前沿技术研究计划资助项目(11CZDC25300)。

  空调处理机组(AHU)作为中央空调系统的主要空调设备,承担着调节室内空气温湿度和洁净度的功能。位于新风与回风混合段后的粗效过滤器和送风段前的中效过滤器则作为空调处理机组中的重要设备,来防止室外颗粒污染物包括微生物污染物进人室内环境影响人体健康。而洁净室空调系统末端通常采用高效空滤器来实现更高空气洁净等级的控制。

  随着越来越多的人选择飞机作为出行工具,机舱中大量的超细颗粒物、细菌、病毒等是威胁乘客健康的重要因素。H13级别效率的高效颗粒物空气(HEPA)过滤器是去除机舱内空气颗粒物污染最有效的方法之一,现代的大型客机在座舱环控系统中都安装了采用超细玻璃纤维材料的循环风高效过滤器。大型载人空间站的通风环控系统中,也在回风口采用超细表1过滤材料参数型号过滤效率等级厚度/ mm过滤效率/玻璃纤维制成的高效空气过滤器去除各种空气中悬浮的微生物颗粒物。研究表明,经过过滤器或者过滤装置过滤下来的微生物仍然具有很强的活性。当过滤器表面含有适当的营养物质,并且在适宜的温湿度条件下,过滤器表面被拦截下来的微生物能够在过滤器上大量生长繁殖。刘燕敏等对上海10栋空调建筑的通风系统进行调查,结果显示约50%的空调系统普遍存在空气污染较严重的问题,且过滤器表面含菌量也明显高于容许标准。Maus等曾经研究过聚酯纤维、聚丙烯以及玻璃纤维3种材料的未经使用过的以及用于过滤新风的使用过的过滤器上枯草芽孢杆菌在不同相对湿度条件下的存活情况。结果发现,30%~85%的相对湿度范围内,枯草芽孢杆菌的存活率没有明显区别,即相对湿度对不同滤料上枯草芽孢杆菌的生长繁殖均没有影响。而在相对湿度大于98%时的适宜细菌生长繁殖的相对湿度条件下,不同的滤料样品上也没有枯草芽孢杆菌的增殖现象。awad等研究了不同环境条件下不动杆菌的存活,发现高湿条件(31%~93%)下菌种的存活时间要长于10%的低湿条件。Korves等通过对经过500 ~15000h巡航时间的飞机机舱空气净化用HEPA过滤器上的多种呼吸道病毒进行检测,发现过滤器在摘除10天后,其上仍能检测到流感病毒和鼻病毒。但是很少有考虑温湿度条件对不同效率的过滤器上微生物生长的影响。

  笔者研究了不同效率的玻璃纤维滤料上枯草芽孢杆菌的生长繁殖规律,并且研究了不同温湿度对微生物在滤料上的生长繁殖的影响。

  1研究方法与内容1.1菌种选择部分研究对公共场所空调系统的过滤网、热交换器细菌谱进行了详细调查,调查结果表明该菌谱以抵抗力强、营养要求低的芽孢杆菌为主,空气处理系统中不少用于间隔和过滤用的纤维状材料上的菌种,90%属于芽枝菌属真菌。本着对人体健康安全无害,且具有科学性与代表性的原则,本文。

  1.3培养基选用及制备培养基组成:每升溶液中含有蛋白胨10g、氯化钠5g、牛肉膏粉3g.若制备固体培养基,则加人琼脂15g.将pH值调至7.2 ~7.4,121C高压灭菌1.4滤料样品数量本研究中所用滤料样品为直径8cm的圆形滤料,对于3种不同滤料,每种滤料在每个培养时间状态点处有3个平行样品。每个样品洗脱液取3个平行样,各个状态下的。

  况。且Nagda等曾指出,飞机机舱的平均温度为21~24C,机舱中的平均相对湿度为14%~19%.所以15%相对湿度又可作为机舱环境状态参数。大型载人空间站的通风环控系统中,由于航天员的人体散湿,舱内空气湿度也会达到90%.混合和碟送至空调房间中效过滤器粗效空气冷却器,过滤器(冷却减湿)计数用培养皿(a)夏季回风中效送至空过滤器调房间粗效过滤器空气冷却器喷蒸汽加当力n热器用湿器(等(等湿加热)温加湿)(b)冬季组合式空调机组夏冬空气处理流程给出了一次回风单风机组合式空气机组的结构示意,其中夏季和冬季空气处理流程如所示。

  在全年运行工况下,经表冷器冷却后的气体露点温度通常在10~17C范围内,采暖通风与空气调节设计规范(GB50019―2003)中规定,舒适性空气调节冬季室内计算温度为18~24C,夏季室内计算温度为22~28C.且当送风口高度5m时,5C送风温差10C.而冬季空调送风温度往往接近或高于室温,且冬季提高送风温差减少送风量的作法,可以节约电能,但必须满足最少换气次数的要求,同时送风温度也不宜过高,一般以不超过45C为宜。为验证环境温度和相对湿度对滤料表面微生物生长繁殖的影响,文中选取17C、22C、30C和37C4个温度状态分别代表空调机组表冷器后机器露点温度或夏季中央空调送风温度、室内和机舱内空气温度、冬季中央空调送风温度及微生物最适宜生长温度。而相对湿度(RH)分别选90%和15%作为适宜微生物生长的高湿工况和不适宜微生物生长的低湿工本文中采用的方法为往容器中充人恒温恒湿的气体,气体的相对湿度是通过干、湿空气的混合比来控制。干空气来自于空压机送出的经干燥剂和高效过滤器过滤的干燥洁净空气,湿空气为干燥洁净空气通人水中鼓泡得到的湿空气。将滤料置于玻璃容器中,密封瓶口,从而保证该密闭容器中保持恒定的温湿度。容器密闭后放人恒温箱中恒温培养。高湿控制采用往瓶中冲人高湿气体,如(a)所示,低湿控制往瓶中装人少量变色硅胶,如(b)所示。充人瓶中气体的温度采用空压机送出气体的环境温度,相对湿度采用公式(1)计算所得。相对湿度的控制采用控制干空气与湿空气混合比的方法。

  砍中需保持的气体相对湿度;/V为充人瓶中气体温度对应的饱和空气分压力;为密闭容器中需保持的气体温度对应的饱和空气分压力;Pa为海平面的标准大气压。

  举例说明:若需要控制30 %的相对湿度,当环境温度为25°C时,为30°C时的饱和空气分压力,为25C时的饱和空气分压力,妗为90%,则通过计算得到的值,通过控制干湿空气的混合比来得到相对湿度为灼的湿空气。

  滤料恒温恒湿培养2结果与讨论不同温湿度条件下,枯草芽孢杆菌在H13滤料上的生长繁殖情况如所示,其中N为初始染菌后滤料上洗脱的菌落数,Nt为培养t时间后滤料上洗脱的菌落数。因为滤料培养72h后,滤料上微生物达到最大生长繁殖量,所以只考虑培养72h内的生长繁殖情况。滤料培养条件分别为温度37°C和17°C,相对湿度分别为90%和15%.为比较含水量的影响,在不同温度条件下,各增加一组滤料表面加5mL生理盐水的对比工况。分析可知,在37C和17C,枯草芽孢杆菌在滤料上的生长繁殖量均为:生理盐水浸泡>RH=90%>RH=15%.分析曲线1、4可知,在滤料培养初期(0 ~24h),枯草在37C条件下生长迅速,并且在培养24h后,生长繁殖量达到17C培养条件下的5倍。而在24h之后,枯草在17C条件下,生长速率增大,且到48h时,2个条件下,滤料上微生物量基本相同,在随后的24h、17C条件下,滤料上的微生物继续快速繁殖,且到达72h时,17C条件下的滤料上微生物量略大于37C条件下,约为后者的1.2倍。由此可知,滤料含水工况下,温度对滤料上微生物的最大生长繁殖量影响不大。

  在37C条件下,相对湿度对微生物生长繁殖的影响较大。90%相对湿度条件下的微生物生长繁殖量约为滤料加水状态下的1/2.对比曲线3、6可知,在低温状况不同温度条件时均没有微生物生长繁殖趋势,枯草芽孢杆菌在低湿条件下呈衰亡趋势。而在90%相对湿度、37C培养条件下,微生物呈生长繁殖趋势,微生物数量也逐渐增大;而在17C时,微生物呈衰亡趋势,数量逐渐减小。说明在利于微生物生长的温度条件下,不同相对湿度微生物的生长繁殖有一定的影响。而在不利于微生物生长繁殖的低温条件下,相对湿度的影响基本不大。

  时间/h 90%、t=22t和30t时3种滤料表面枯草芽孢杆菌的生长繁殖不同条件下的微生物生长繁殖=90%时,22C和30C2种温度条件下,枯草芽孢杆菌在F5、F8和H13 3种不同过滤效率的玻璃纤维滤料表面的生长繁殖情况如所示。

  时间/d为考虑全生命周期中微生物的生长繁殖情况,将滤料培养一周时间,直至滤料表面的微生物量降低到接近初始染菌量。由图中可知,在相同的培养条件下,微生物在不同滤料表面的生长繁殖的趋势相同。在给定的恒温恒湿环境中,均呈现在培养初期,滤料上微生物量随培养时间的增加而增大,当培养时间达到3d即72h后,滤料上微生物量达到最大生长繁殖量,继续培养,滤料上的微生物进人其生长周期的衰亡期,滤料上的微生物量逐渐减小,并且在7d左右,滤料表面微生物量降低到初始染菌量。对比图(b)可知,在不同过滤效率的玻璃纤维滤料表面,枯草芽孢杆菌的最大生长繁殖量有明显不同。当温度为30°C时,低效滤料F5表面,枯草芽孢杆菌的最大生长量高于其余两种中效和高效滤料,且其最大生长繁殖量分别为中效滤料和高效滤料的1.5倍和2倍。可知在比较适合枯草芽孢杆菌生长的30C温度条件下,滤料本身结构对滤料上微生物的生长繁殖具有明显的影响。而当温度为22C时,3种滤料表面上枯草的最大生长繁殖量所呈现的规律为F8>H13>F5.且3种滤料表面的最大生长繁殖量差异性不明显,中效滤料F8上的微生物量分别为H13和F5滤料上的1.25倍和1.44倍。与30C条件下相比,除了F5滤料表面的最大微生物生长繁殖量有30%的明显降低量之外,在F8和H13两种滤料表面基本没有明显变化。由此可以分析,孔隙率较大的低效滤料上,微生物在滤料上的生长繁殖更易受到温度条件的影响。

  3结论不同环境条件对滤料表面微生物的生长繁殖有很大的影响。在37C条件下,相对湿度对微生物在滤料表面的生长繁殖影响较大。90%相对湿度条件下的微生物生长繁殖量约为滤料加水状态下的1/2.而在15%的低湿条件下,枯草芽孢杆菌在滤料上呈衰亡趋势,温度越低,衰亡速率越快。在较利于微生物生长的温度条件下,不同相对湿度对微生物的生长繁殖有一定的影响。而在不利于微生物生长繁殖的低温条件下,相对湿度的高低对微生物的生长繁殖影响不大。

  滤料结构对微生物在滤料表面的生长繁殖有一定的影响。在较利于枯草芽孢杆菌生长的温度条件下,滤料孔隙率越大,越有利于枯草在其上的生长繁殖。故低效滤料上微生物的生长繁殖量略大于高效滤料上。且低效滤料上枯草芽孢杆菌的最大生长量分别为中效滤料和高效滤料的1.5倍和2倍。在22C的较低温度条件下,高、中、低效3种滤料表面的枯草芽孢杆菌的最大生长繁殖量差别不是很大。随着温度的变化,孔隙率较大的低效滤料表面枯草杆菌的最大生长繁殖量差别较大,其在22C时大约为30C时的70%.由于相对湿度对微生物的生长影响较大,所以在高湿度气象条件下运行的大型客机的环控系统过滤器,在空调机组中表冷器下风侧的空气过滤器,长期处于高湿度下都是细菌定植、繁殖和传播的主要场所,而位于空调机组新风段的粗效过滤器,由于其表面积尘较多并容易吸潮,也易成为系统中微生物大量生长繁殖的主要场所。

(完)

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