用于地鐵車廂的空氣殺菌裝置殺滅細菌效果的試驗研究*

劉國丹 傅碧峰 于慧俐 武在天

(青島理工大學環境與市政工程學院，266033，青島/第一作者，教授)

地鐵車廂內人員密度大，人群密集度高，空氣質量較差[1]。而地鐵車輛空調系統目前的空氣過濾設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有害氣體)。微小顆粒物被通風管道里的氣流帶進空調系統結成灰塵，積累在空調系統的風道里。在空調系統恒溫、恒濕的環境下，易于滋生各種對人體有害的細菌。而這些致病微生物又通過通風管道的氣流送到車廂內，空氣循環時又不斷交叉污染傳播，因此，車內空氣污染相當嚴重[2]。

為有效解決車廂內的空氣污染，改善車廂內的空氣質量，切斷車廂內細菌微生物繁殖傳播途徑，有必要在地鐵車輛空調系統內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，可飄散到室內各個角落，對相對密閉空間內的細菌、真菌等大量動態污染物有著全面凈化的綜合效果。光等離子可通過鏈式反應將空氣中各種有害有機污染物徹底分解，最后形成二氧化碳和水，解決了傳統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的空氣殺菌裝置為研究對象，通過在密閉實驗艙內搭建實驗臺進行試驗研究。設計試驗測試了該空氣殺菌裝置對空氣中及器物表面細菌的殺滅效果，為該裝置用于地鐵車廂空氣殺菌提供依據。

1 實驗臺的搭建及試驗用品的制備

搭建實驗臺如圖1所示。設備型號及參數見表1。準備物品包括密封的初始培養皿、待凝固的培養基及滅菌生理鹽水。測試物品為凳子，其表面劃分了6個區域(見圖2)。

2 試驗方案

2.1 空氣中細菌殺滅性能測試

根據《消毒技術規范》等相關規范并結合相關經驗，設計了細菌殺滅測試實驗。試驗人員攜帶培養皿及測試儀器進入實驗艙后，關閉艙門，開啟風機，并使其工作15 min。待風機運行工況穩定后，先測量試驗環境的溫度、濕度及風速，并記錄相應數據。然后，拆掉初始培養皿的密封膠帶，并采用自然沉降法，同時采集3個平行樣數據，作為第1小組數據，即初始數據。將采集好的培養皿用密封膠帶包好，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次數據。試驗共采集7組數據，其中每組采集3個平行樣。將采樣完成后的培養皿，除掉密封膠帶放置在恒溫培養箱中，先正放培養2 h時，后倒置培養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，并進行數據分析。

圖1 實驗臺構造示意圖

設備及儀器技術參數SFG2-2型低噪聲軸流通風機功率:0.12 kW;風量:1 300 m3/h;轉速:2 800 r/minBK-G-5003型空氣殺菌裝置質量:<2.7 kg;額定功率:14 WS-150-110型開關電源輸出功率:150 W

圖2 凳子表面示意圖

2.2 器物表面細菌殺滅性能測試

試驗人員攜帶采樣錐形瓶及測試儀器進入實驗艙后，關閉艙門，開啟風機工作15min，使室內工況穩定。采樣方法采用涂抹法[8]。將待凝固的培養基用錐形瓶裝好，錐形瓶編號與凳子區域編號對應。用1號錐形瓶中棉簽在對應的凳子1區域表面均勻涂抹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棉簽涂抹相應區域。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皿內[8]。每個稀釋度做2個平行樣本。待培養基冷卻至45 ℃左右時，將30 ml約45 ℃的培養基倒入培養皿，并充分混合。對培養皿進行編號，待培養基凝固后將其放置于恒溫培養箱中，先正放培養2 h，后倒置培養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。然后，根據培養皿上菌落數得出器物表面每平方厘米的細菌數，并進行數據分析。

3 試驗結果分析

3.1 空氣中細菌殺滅試驗結果及分析

經過計算，所測空氣殺菌裝置在測試環境艙內持續工作20 min、40 min、60 min、80 min、100 min及120 min時，相應的空氣中細菌平均消亡率為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，空間細菌數基本呈直線型遞減，且擬合度很高。利用試驗數據推算可得，空氣殺菌裝置開啟約141.9 min時，空氣中的細菌能被全部殺滅。

圖3 空氣中細菌殺滅實驗擬合線

測試結果表明，該殺菌裝置開啟120 min后，細菌殺滅率達到90.5%，滿足《公共場所集中空調通風系統衛生規范》中關于空氣凈化消毒裝置性能的要求。

3.2 器物表面細菌殺滅實驗結果及分析

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

表2 器物表面細菌測試結果統計

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

圖4 器物表面細菌殺滅試驗擬合線

4 與其他殺菌方式的對比及實際應用效果

在相同的試驗條件下，采用不同原理的殺菌凈化方式，達到相同殺菌效果所需要的時間對比見表3。可見，光等離子空氣殺菌技術殺菌速度快，殺菌效果好，能更有效地實現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和回風混合風道內。自2009年9月運行起，地鐵工作人員及乘客對車廂內空氣感覺良好，未出現因空氣污染導致乘客不適的現象。2010年9月，深圳市有關部門對該地鐵車廂內空氣中菌落總數做了檢測，檢測結果滿足相關標準要求。

5 結語

通過對空氣中及器物表面的細菌凈化性能測試結果可知，空氣中的細菌數隨著殺菌裝置開啟時間呈線性衰減，器物表面的細菌數隨著殺菌裝置開啟時間呈指數型衰減。光等離子空氣殺菌裝置對自然環境中細菌的殺滅效果良好，在其工作120 min時，空氣中細菌的殺滅率達到90.5%，滿足《公共場所集中空調通風系統衛生規范》中“開啟殺菌裝置120 min時，對細菌的殺滅率不低于90%”的要求。光等離子空氣殺菌裝置工作60 min時 ，器物表面細菌殺滅率為93.3%。可見，光等離子空氣殺菌裝置對地鐵車廂空氣中及器物表面細菌具有很好的殺滅效果。本實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據支持。該空氣殺菌裝置對保障地鐵空氣質量，有效預防及控制流感等具有良好的作用。

[1] 楊天智，易柯，鄧煜華.紫外燈滅菌裝置在地鐵車輛上的應用[J].技術與市場，2012，19(6)：130.

[2] 熊哲輝.地鐵車輛專用空氣凈化器及其應用[J].現代城市軌道交通， 2013(6)：37.

[3] 宋櫻.光等離子體空氣凈化技術試驗研究[J].農機科技推廣，2011(9)：37.

[4] 馬碩.列車客室空氣品質調查與凈化方法研究[D].青島：青島理工大學，2013.

[5] 石興民，孫巖洲，楊蘭均，等.等離子體空氣殺菌凈化機殺滅空氣中微生物效果的試驗研究[J].高壓電器，2005， 41(5)：333.

[6] 張艷麗.不同采樣方法檢測物體表面細菌污染結果的觀察[J].中國保健營養旬刊， 2014(6)：3584.

[7] 侯曉君，王艷芹，王慧，等.涂抹法檢測物體表面微生物[J]. 中國食品工業，2013(5)：62.

[8] 林志騫.手上細菌數的檢測方法[J].冷飲與速凍食品工業，2002， 8(1)：28.