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臭氧水一体机(电解臭氧水机)检测报告

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  • 发布时间: 2022-10-18

臭氧水一体机检测报告

送检单位:南京泰康环保科技有限公司

送检型号:TK-DJ-S4型送检时间:2018年2月23日

受理单位: 南京大学生命科学学院

 

微米气泡臭氧水产生、稳定性和杀菌研究

 

研究目的:确定微米气泡臭氧水中臭氧浓度和稳定性;研究臭氧水杀灭代表性微生物类群的能力,即臭氧浓度-作用时间-杀菌率三者的相关性,为进一步在实际洗衣机中开展杀菌实验奠定基础。

 

研究方法

一、微米臭氧水的产生和稳定性研究

1、微米气泡臭氧水产生装置

18

本次研究中采用的臭氧水由南京泰康环保科技有限公司TK-DJ-S4型电解臭氧水一体机产生。

图1 TK-DJ-S24型电解臭氧水一体机(左:正面;中:背面;右:水槽)

 

2、微米气泡臭氧水中臭氧浓度测定

取20% KI溶液20 mL加入碘量瓶中,量取200ml臭氧水加入并混匀。再加入3 mol /L H2SO4 5mL,摇匀,静置10 min后,用Na2S2O3标准溶液滴定,待溶液呈浅黄色时加入5 g/L淀粉溶液1mL,迅速滴定至颜色消失。记录Na2S2O3标准液消耗量,并做空白校正。每个样品测定3次重复,取平均值,计算臭氧水中臭氧浓度。

3、臭氧水中臭氧的产生曲线:构建臭氧水中臭氧浓度曲线,同时测定臭氧水生成过程的温度和pH变化。

4、臭氧水稳定性:制备最佳浓度臭氧水后,放置不同温度(20℃,30℃,40℃)、不同pH(5.98,7.0,8.2)和不同时间(5min,10min, 15min,20min)后,取样测定臭氧水中臭氧浓度,建立微米气泡臭氧水中时间-温度和时间-pH稳定性曲线。

5、洗涤剂对臭氧水稳定性:制备最佳浓度臭氧水后,添加适量洗涤剂和不同浓度硅酸钠(0.5%,2%)和硫酸钠(0.5%,2%)混合,不同时间取样测定对臭氧水稳定性影响。

6、非循环工作状态下臭氧的产生曲线。

二、微米臭氧水杀菌研究

1、杀菌实验微生物:大肠杆菌ATCC8099;金黄色葡萄球菌ATCC6538P;铜绿假单胞菌ATCC9027;枯草芽孢杆菌黑色变种ATCC9372;白色念珠菌ATCC 10231;黑曲霉ATCC16404。

2、杀菌测试流程——采用最小抑菌浓度法(MIC)

2.1 制备工作液:初始臭氧水测定浓度后,作为工作原液。然后用培养基进行2×梯度稀释,往下操作设置5个浓度梯度;

2.2 每只工作液试管中接入菌液0.1mL(浓度为104细胞/mL),与臭氧水作用10 min后,取1 mL,加入9 mL中和剂(含有0.5%Na2S2O3的PBS溶液)终止反应,30℃(霉菌)/37℃(细菌)下培养,24 h和48 h各观察1次,观察微生物生长;

2.3 MIC确定:在一系列试管中,没有出现微生物生长的最小浓度,即为MIC;

2.4 消毒效果评价:利用平板计数(取0.1mL涂布平板)验证杀菌效果。

 

研究结果

一、微米臭氧水的产生和稳定性研究

1、臭氧水的产生

装置运行后,分别于5 min、10 min、1 5 min和30 min取样分析臭氧水中臭氧浓度,结果见表1和图2。

表1 臭氧水生成曲线(两次实验结果)

工作时间/

5 min

10 min

15 min

30 min

Na2S2O3消耗量/mL

4.38

6.36

5.08

4.82

臭氧浓度 /mg/L

5.26

7.63

6.09

5.78

Na2S2O3消耗量/mL

5.2

6.52

6.28

4.46

臭氧浓度 /mg/L

6.24

7.82

7.54

5.35

 

 

图2 臭氧水生成曲线

19

                      同时,测定了随时间臭氧水的温度和pH变化,结果见图3。

 

21     22

 

                               图3 臭氧水生成过程中温度(左)和pH(右)变化曲线

 

研究结果表明,臭氧浓度随时间先升高后降低,设备工作10min时产生的臭氧浓度达到最高,确定臭氧发生器最佳工作时间为10 min;装置工作过程中,生成的臭氧水温度逐渐升高,pH保持稳定(7.4)。

2、臭氧水稳定性

2.1 时间稳定性

    采用工作10min的臭氧水(浓度最高)做稳定实验。采集臭氧水后,室温放置5min,10min, 15min,20min后,测定臭氧水中臭氧浓度,结果见图4。

23

 

图4 臭氧水的时间稳定性

研究结果表明,随放置时间增长臭氧浓度逐渐下降。5min内下降了24.1%,10min内下降了33.7%,15min时下降了55.9%,20min时下降了69.2%。经过拟合,确定臭氧水半衰期为13min。

2.2 温度稳定性

采集10min的臭氧水后,分别在20℃,30℃,40℃放置5min和10min后,测定臭氧水中臭氧浓度,结果见图5。

24

图5 臭氧水的温度稳定性

研究结果表明,随温度增加,臭氧稳定性下降。

2.3 pH稳定性

采集10min的臭氧水后,分别在pH5.98、pH7和pH8.2放置5min和10min后,测定臭氧水中臭氧浓度,结果见图6。

研究结果表明,不同pH下臭氧水浓度稳定性变化趋势相似。在pH 5.98时,臭氧产生效果最好,随pH升高臭氧浓度逐渐降低。

26

 

图6 臭氧水的pH稳定性

2.4 洗涤剂对臭氧水稳定性的影响

    采集10min的臭氧水后,添加适量洗涤剂和硅酸钠(0.5%,2%)和硫酸钠(0.5%,2%)后,放置5min和10min,测定臭氧水中臭氧浓度,结果见图7。

27  28

图7 洗涤剂(左)和硅酸钠、                                          硫酸钠(右)对臭氧浓度影响

研究结果表明,臭氧含量明显低于未添加洗涤剂组;洗涤剂中添加的硅酸钠可能会与臭氧发生反应,使臭氧浓度显著降低。

三、非循环工作状态下臭氧的产生曲线

在非循环条件下不同时间采集了臭氧水样品,测定浓度结果见图8。

29

图8 非循环臭氧水生成曲线

研究结果表明,臭氧平均浓度为2.95 mg/L,低于循环系统臭氧产生效率。

研究结论如下:

1、臭氧发生器最佳工作时间为10 min;

2、臭氧降解速率较快,建议整个杀菌过程在10min以内完成;

3、从温度、pH稳定性分析,目前的洗涤条件对臭氧的作用影响不大;

4、添加洗涤剂对臭氧含量影响较大,不建议将杀菌步骤设置在洗涤环节;

5、臭氧水非循环情况下15 min内4次测定结果差距不大,平均浓度约为3 mg/L。

二、微米臭氧水杀菌研究

    装置工作10min后,获得了最高浓度的臭氧水为原液,臭氧浓度为13.44mg/L(该浓度在后期实验中校正,实际约为8 mg/L左右)。设置4组对照:1、无菌水+菌液(阳性对照);2、中和剂+臭氧水+菌液;3、培养基+菌液(阳性对照);4、臭氧水+无菌培养基(阴性对照)。

    4个对照实验结果表明,中和剂对臭氧水有良好的中和作用,采用该中和剂进行杀菌实验是合适的;阴性对照组没有微生物生长,说明实验过程控制良好。

1、杀菌实验:工作10min得到的原液采用无菌水二倍梯度稀释实验结果见表2-表6。

表2 臭氧水对金黄色葡萄球菌的杀菌效果

臭氧浓度

(mg/L)

阳性对照

13.44

6.72

3.36

1.68

0.84

0.42

细胞数

(cfu/板)

190

0

100

190

130

210

230

表3 臭氧水对大肠杆菌的杀菌效果

臭氧浓度

(mg/L)

阳性对照

13.44

6.72

3.36

1.68

0.84

0.42

细胞数

(cfu/板)

布满平板

0

0

280

布满平板

布满平板

布满平板

表4 臭氧水对铜绿假单胞菌的杀菌效果

臭氧浓度

(mg/L)

阳性对照

13.44

6.72

3.36

1.68

0.84

0.42

细胞数

(cfu/板)

150

0

120

150

140

160

160

表5 臭氧水对枯草芽孢杆菌的杀菌效果

臭氧浓度

(mg/L)

阳性对照

13.44

6.72

3.36

1.68

0.84

0.42

细胞数

(cfu/板)

100

0

150

110

70

150

80

表6 臭氧水对白色念珠菌的杀菌效果

臭氧浓度

(mg/L)

阳性对照

13.44

6.72

3.36

1.68

0.84

0.42

细胞数

(cfu/板)

50

0

0

0

40

20

70

 

从以上实验结果中发现,多数情况下都只有原液能够完全杀菌微生物,而稀释后效果并不理想。

2、改进了研究方法,直接通过缩短时间,得到浓度更低的臭氧水,进一步做杀菌实验,结果见表7-表8。

 

    (1)工作时间为5min,臭氧水浓度为7.62mg/L。

表7 臭氧水(7.62mg/L)对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌效果

臭氧浓度

(mg/L)

金黄色葡萄球菌

大肠杆菌

阳性对照

7.62

阳性对照

7.62

细胞数

(cfu/板)

580

0

210

190

(2)工作时间为2.5min,臭氧水浓度为4.40mg/L。

表8 臭氧水(4.40mg/L)对微生物的杀菌效果

臭氧浓度

(mg/L)

金黄色葡萄球菌

大肠杆菌

铜绿假单胞菌

白色念珠菌

阳性对照

4.40

阳性对照

4.40

阳性对照

4.40

阳性对照

4.40

细胞数

(cfu/板)

布满平板

0

布满平板

0

220

0

20

30

从以上实验结果中发现,当浓度进一步下降时,对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌都有很好杀菌效果,但对芽孢杆菌较难杀灭。

3、进一步采用非循环工作方式获得不同浓度臭氧水,进行杀菌实验,结果见表9-表14。

    (1)非循环系统工作5 min,臭氧水浓度:2.14 mg/L。

表9 臭氧水(2.14mg/L)对微生物的杀菌效果

臭氧浓度

(mg/L)

金黄色葡萄球菌

大肠杆菌

铜绿假单胞菌

白色念珠菌

阳性对照

2.14

阳性对照

2.14

阳性对照

2.14

阳性对照

2.14

细胞数

(cfu/板)

布满平板

0

布满平板

0

布满平板

0

34

0

 

30

图8 臭氧水(2.14mg/L)对微生物的杀菌效果—平板照片

上排:实验组    下排:对照组

(2)臭氧水浓度:1.08 mg/L。

表10 臭氧水(1.08mg/L)对微生物的杀菌效果

臭氧浓度

(mg/L)

金黄色葡萄球菌

大肠杆菌

铜绿假单胞菌

白色念珠菌

阳性对照

1.08

阳性对照

1.08

阳性对照

1.08

阳性对照

1.08

细胞数

(cfu/板)

布满平板

0

布满平板

0

布满平板

0

42

0

 

30

图9 臭氧水(1.08mg/L)对微生物的杀菌效果—平板照片

上排:对照组    下排:实验组

(3)臭氧水浓度:0.77 mg/L。

表11 臭氧水(0.77mg/L)对微生物的杀菌效果

臭氧浓度

(mg/L)

金黄色葡萄球菌

大肠杆菌

铜绿假单胞菌

白色念珠菌

阳性对照

0.77

阳性对照

0.77

阳性对照

0.77

阳性对照

0.77

细胞数

(cfu/板)

布满平板

0

布满平板

36

布满平板

布满平板

32

0

(4)臭氧水浓度:0.27 mg/L。

表12 臭氧水(0.27mg/L)对微生物的杀菌效果

臭氧浓度

(mg/L)

金黄色葡萄球菌

白色念珠菌

阳性对照

0.27

阳性对照

0.27

细胞数

(cfu/板)

布满平板

0

25

0

(5)臭氧水浓度:0.125mg/L。

表13 臭氧水(0.125mg/L)对微生物的杀菌效果

臭氧浓度

(mg/L)

金黄色葡萄球菌

白色念珠菌

阳性对照

0.125

阳性对照

0.125

细胞数

(cfu/板)

布满平板

0

21

0

(6)臭氧水浓度:0.07mg/L。

表14 臭氧水(0.07mg/L)对微生物的杀菌效果

臭氧浓度

(mg/L)

金黄色葡萄球菌

白色念珠菌

阳性对照

0.07

阳性对照

0.07

细胞数

(cfu/板)

布满平板

布满平板

53

45

 

4、以上杀菌过程都对黑曲霉效果较差,为了验证是否是黑曲霉菌株的问题,做了新洁尔灭杀菌实验,表明新洁尔灭对黑曲霉有较强抑制作用,排除菌种本身问题,说明臭氧水杀菌方式对杀灭黑曲霉需要更高的浓度。

5、根据以上实验结果,给出的微米臭氧水建议杀菌工作浓度为:

表15 微米臭氧水建议杀菌工作浓度

微生物

金黄色葡萄球菌

大肠杆菌

铜绿假单胞菌

枯草芽孢杆菌

白色念珠菌

MIC(mg/L)

0.125

1.08

1.08

4.40

0.125

 

研究结论如下:

    1、培养基中有机质会影响臭氧水的杀菌效果,建议将杀菌环节设置在洗涤后环节;

    2、通过非循环方式生产臭氧水对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、白色念珠菌具有抑菌效力,对黑曲霉及枯草芽孢杆菌无明显抑制效果,可能需要提高浓度。

 

 

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