高濃度臭氧水的制備及殺菌效果研究

高濃度臭氧水的制備及殺菌效果研究

氧氣氧化是一種強(qiáng)氧化氧化，具有廣、有效的光譜和殺菌作用。臭氧無論在空氣中或水中分解速度都比較快,很難保存,有關(guān)臭氧水的穩(wěn)定性及殺菌效果有不少研究報(bào)道。由于臭氧水制備工藝不完善,制備出含量20mg/L以上的臭氧水都比較困難,而對(duì)高濃度臭氧水消毒性能的研究報(bào)道更少。本研究采用先進(jìn)生產(chǎn)工藝制備高濃度臭氧水,對(duì)其穩(wěn)定性及殺菌效果進(jìn)行了試驗(yàn)觀察?，F(xiàn)將研究結(jié)果報(bào)告如下。1方法1.1臭氧水產(chǎn)臭氧測(cè)定本研究所用臭氧水消毒機(jī)采用電暈放電原理,以高純度氧氣為原料,氧氣流量150L/h,采用截流增壓、高速攪拌的工藝,促進(jìn)臭氧在水中溶解,以臭氧水產(chǎn)量1t/h的速度制備出高濃度臭氧水。臭氧水中臭氧含量測(cè)定采用碘量法進(jìn)行。取100.0ml臭氧水于250ml帶塞碘量瓶中,加入200g/L碘化鉀溶液20ml,混勻。再加入3mol/L硫酸5ml,靜置5min。用0.0053mol/L硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)液滴定臭氧水。滴至淡黃色,加入5g/L淀粉溶液1ml,繼續(xù)滴定至淡黃色消失。記錄下硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)液消耗量(ml),并做空白校正,計(jì)算出臭氧含量。重復(fù)測(cè)定3次。1.2臭氧氧濃度的測(cè)定臭氧水消毒機(jī)工作穩(wěn)定后,溫度分別控制在0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃制備生產(chǎn)出高濃度臭氧水,按照上述碘量法分別測(cè)定臭氧濃度。采集不同水溫條件下制備的臭氧水,儲(chǔ)存于加蓋玻璃瓶?jī)?nèi),置于相應(yīng)條件下放置不同時(shí)間,取樣用碘量法測(cè)定臭氧濃度。1.3定量消毒試驗(yàn)1.3.1試驗(yàn)濃度菌及測(cè)定將金黃色葡萄球菌(ATCC6538)、大腸桿菌(8099)、白色念珠菌(ATCC10231)24h新鮮培養(yǎng)物,用含胰蛋白胨稀釋液(TPS)配制成試驗(yàn)濃度菌懸液;另取枯草桿菌黑色變種(ATCC9372)芽孢懸液也按上述方法稀釋并配制試驗(yàn)濃度芽孢懸液。所有試驗(yàn)指標(biāo)菌全部購于軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院消毒檢測(cè)中心。菌片制備是分別將各菌懸液0.02ml滴染于10mm×10mm無菌脫脂棉布片上,干燥后備用。1.3.2中和劑用量的確定將試驗(yàn)菌懸液置20℃±1℃水浴5min,取1.0ml菌液與4.0ml臭氧水原液混合(陽性對(duì)照為無菌水)。作用至規(guī)定時(shí)間,分別取0.5ml混合液至含4.5ml中和劑(用10g/L硫代硫酸鈉的磷酸鹽緩沖液)的試管中。中和作用10min后,取0.5ml進(jìn)行活菌計(jì)數(shù)培養(yǎng),計(jì)算殺滅率。試驗(yàn)重復(fù)3次。1.3.3載體浸泡殺菌試驗(yàn)為測(cè)定不同水溫制備臭氧水的實(shí)際殺菌性能,試驗(yàn)溫度以臭氧水的制備水溫為依據(jù),選擇5℃、10℃和20℃臭氧水進(jìn)行載體浸泡殺菌試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí),將裝有菌片的不銹鋼網(wǎng)放入臭氧水中,浸泡作用至預(yù)定時(shí)間,將菌片移入含5ml中和劑試管內(nèi)(陽性對(duì)照菌片不經(jīng)消毒處理)。經(jīng)充分振蕩洗脫,取洗脫液進(jìn)行活菌計(jì)數(shù)培養(yǎng),計(jì)算殺滅率。試驗(yàn)至少充分3次。2結(jié)果2.1臭氧濃度檢測(cè)結(jié)果表明,隨著水溫增高,生產(chǎn)的臭氧水的臭氧含量逐漸減低;水溫0℃時(shí)臭氧濃度高達(dá)44.73mg/L,25℃時(shí)臭氧濃度只有13.23mg/L;水溫在0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃條件下,生產(chǎn)的臭氧水的臭氧含量依次分別為44.73、42.63、31.50、20.93、16.58、13.23。2.2臭氧水的周期經(jīng)檢測(cè),不同溫度下臭氧水濃度均隨著放置時(shí)間延長(zhǎng)不斷下降,水溫越低,臭氧分解越緩慢,即穩(wěn)定性越好。經(jīng)計(jì)算,水溫0℃~25℃范圍內(nèi),臭氧水的半衰期為150.7~12.5min(表1)。根據(jù)臭氧在水中的分解近似服從一級(jí)反應(yīng)規(guī)律,即㏑X與分解時(shí)間t之間呈直線關(guān)系,臭氧濃度X與放置時(shí)間t有以下函數(shù)關(guān)系:Xt=X.e-kt式中k為臭氧在水中分解速度常數(shù),Xt為放置t時(shí)間的臭氧濃度,X為臭氧的初始濃度。Xt=0.5X,則t1/2=㏑2/k,其中t1/2即為臭氧水的半衰期。根據(jù)臭氧濃度與放置時(shí)間的函數(shù)關(guān)系,得到不同水溫臭氧水的衰減曲線(圖1)。2.3定量消毒試驗(yàn)的結(jié)果2.3.1平均滅火率結(jié)果表明,以13.73mg/L的臭氧水對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌作用5min,平均殺滅率為99.99%、99.95%、99.90%;對(duì)枯草桿菌黑色變種芽孢作用20min,平均殺滅率即可達(dá)到99.99%(表2)。2.3.2臭氧水制備水溫的殺菌效果臭氧水制備水溫為5℃時(shí),以臭氧濃度為42.63mg/L,對(duì)載體上金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌分別作用5min,殺滅率均小于90%;對(duì)枯草桿菌黑色變種芽孢作用30min,平均殺滅率為99.99%。臭氧水制備水溫10℃時(shí),以臭氧濃度為33.17mg/L,對(duì)載體上金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌、枯草桿菌黑色變種芽孢等達(dá)到消毒合格要求的作用時(shí)間分別為1、5、7和45min(表3)。制備臭氧水水溫20℃時(shí),以臭氧濃度為16.58mg/L,對(duì)載體上金黃色葡萄球菌、大腸桿菌作用20min,平均殺滅率達(dá)到99.9%以上;對(duì)白色念珠菌作用30min,殺滅率達(dá)不到合格要求;對(duì)枯草桿菌黑色變種芽孢作用60min,平均殺滅率為99.95%(表4)。3溫度對(duì)臭氧殺菌效果的影響目前,我國(guó)臭氧水制備工藝還不成熟,生產(chǎn)的臭氧水中臭氧含量一般在4~14mg/L之間,限制了臭氧水的應(yīng)用范圍。本研究采用先進(jìn)工藝制備的高濃度臭氧水,其臭氧含量最高達(dá)到47mg/L,但其臭氧含量與水溫有直接關(guān)系。新制備的臭氧水中含有大量以氣泡形式存在的臭氧,說明大量臭氧并不是溶解于水中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,水溫是影響臭氧溶解性的重要因素,水溫越低,臭氧的溶解度越高。溫度也影響臭氧水的穩(wěn)定性,隨著溫度升高,臭氧濃度呈迅速下降的趨勢(shì),此與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果基本一致。水溫也是影響臭氧水殺菌效果的重要因素,臭氧濃度越高殺菌效果越好。本研究發(fā)現(xiàn),5℃時(shí)水中臭氧濃度高達(dá)42.63mg/L,殺菌效果則很差;在水溫20℃條件下臭氧含量只有16.58mg/L,則對(duì)細(xì)菌繁殖體、真菌和細(xì)菌芽孢殺滅效果均比較好。2002年版《消毒技術(shù)規(guī)范》規(guī)定臭氧殺菌性能檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)溫度為20℃±2℃,所以在常溫下臭氧水中臭氧含量均不會(huì)太