变频磁场对循环冷却水杀菌性能的影响

李华北

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

0 引言

在工业循环冷却水系统中，如果不采取措施，系统中容易出现细菌和藻类滋生等现象，不仅污染水质，还会堵塞滤网和滤料。磁场水处理技术作为一种高效节能、绿色环保水处理技术，具有设备简单、易于管理等优点，应用前景十分广阔［1］。

采用变频直流脉冲发生器，利用直流脉冲电磁场产生反冲高压，既提高了电磁场能量的传递效率，又具有交流感应性能和直流电场的电离作用，消毒灭菌作用更为显著，大大提高了设备的水处理效果［2］。本实验在确定的变频磁场作用下（即磁场强度、频率一定），主要考虑作用时间、水温对灭菌效果的影响。

1 实验部分

1．1 试剂与器材

实验所用试剂有：牛肉膏、蛋白胨、10%氯化钠溶液、10%盐酸溶液。

实验所用器材包括：变频磁场发生器，灭菌平皿，电炉，灭菌吸管、试管，锥形瓶，刻度烧杯，玻璃棒，pH试纸，分装漏斗，棉花，纱布等。

1．2 培养基的制备［3］

培养基的制备方法为：（1）分别称取5.0 g牛肉膏和10.0 g蛋白胨置于100 mL的小烧杯中，再向烧杯中加入50 mL自来水。然后，将烧杯置于电炉上，搅拌加热至牛肉膏、蛋白胨完全溶解。（2）加入5.0 g氯化钠和琼脂条，继续加热搅拌，至琼脂完全熔化。补足水量至100 mL。（3）用玻璃棒沾少许液体，测定pH值。用氢氧化钠或盐酸调pH值至7.0。（4）将制备好的混合液体过滤，装于锥形瓶中，并塞好棉塞，用报纸将棉塞部分包好。（5）120℃灭菌30 min。

1．3 水样稀释及培养

按照无菌操作法，将水样做10倍系列稀释。稀释方法为：准确量取空白水样和磁处理后的水样1 mL，置入装有9 mL无菌水的试管中，震荡使之混匀，静置20～30 s，即成10-1稀释液；再用1mL无菌吸管分别吸取10-1稀释液1 mL，移入装有9 mL无菌水的试管中，使菌液混合均匀，即成10-2稀释液；以此类推，制成一系列稀释菌液。

1．4 菌落总数的测定

根据对水样污染情况的估计，选择2～3个适宜的稀释度。然后，吸取1 mL稀释液于灭菌平皿中，每个稀释度做2个平行样。将熔化后保温在45℃的牛肉膏蛋白胨琼脂培养基倒入灭菌平皿中，每皿约15 mL，并趁热转动平皿，使其混合均匀。待琼脂凝固后，将平皿倒置于37℃培养箱内，培养（24±1）h后，取出，计算平皿内菌落数目。计算的内菌落数乘以稀释倍数，即得1 mL水样中所含细菌菌落总数。

1．5 实验计数方法

本实验采用平板菌落计数法。平板菌落计数法是一种统计物品含菌数的有效方法。它是根据微生物在高度稀释条件下，固体培养基上所形成的单个菌落是由一个单细胞繁殖而成这一培养特征设计的计数方法。计数时，首先将待测样品制成均匀的系列稀释液，尽量使样品中的微生物细胞分散开，再取一定稀释度、一定量的稀释液接种到平板中，使其均匀分布于平板中的培养基内［4］。经培养后，由单个细胞生长繁殖形成菌落。统计菌落数目，即可计算出样品的含菌数。细菌去除率的计算式为：

式中：E为水样中细菌去除率；N0为未经磁处理时水样中细菌数；N为经磁处理时水样中细菌数。

2 结果与讨论

2．1 实验结果

不同条件下的杀菌效果如表1所示。

表1 循环冷却水在不同条件下的杀菌效果Table 1 Circulating cooling water sterilizing effect under different conditions

2．2 结果分析

2．2．1 作用时间对杀菌效果的影响

在水温为45℃，原水pH值条件下，作用时间对杀菌效果影响的具体数据如表2所示。

表2 作用时间对杀菌效果的影响Table 2 Influence of action time to sterilizing effect

由表2可知，水温一定时，杀菌率随作用时间的延长而增大。在40min内，杀菌率增加明显。之后，随着作用时间的延长，这种趋势逐渐缓慢。作用时间为60 min的实验杀菌率基本上达到最大。其主要原因是：（1）磁场对生物机体的作用往往需要作用一段时间才能表现出来；（2）磁场的生物效应与机体内部电气性质有关。对细菌而言，在脉冲磁场的作用下，由于脉冲时间短，磁场的变化率很大，将激励起细胞内的感应电流。感应电流与磁场的相互作用力可以破坏细胞正常形态、结构和功能，从而引起生物效应［5］。

2．2．2 温度对杀菌效果的影响

在作用时间60 min，原水pH的条件下，水温对杀菌效果的影响如表3所示。

表3 水温对杀菌效果的影响Table 3 Influence of water temperature to sterilizing effect

由表3可知，杀菌效果随温度升高而增大。这表明，在本实验条件下，温度升高有利于电磁处理杀菌作用，电磁场的杀菌效果是物理反应、化学反应、生物反应等多种反应综合作用的结果［6］。一般来说，升高温度会有利于各种反应的进行。所以，在一定范围内，升高温度有利于灭菌作用。

3 结语

由实验可知：影响变频磁场杀菌效果各因素的主次关系为：作用时间、水温。变频磁场对工业循环冷却水的杀菌效果随作用时间、水温的增加而增大；在原水pH值条件下，杀菌的最佳条件为：作用时间60 min，水温45℃。此时，细菌去除率为55．2%。

［1］王保义，扬焘斌，郭庆功．毫微秒电磁脉冲的生物效应实验研究和机理分析［J］．中国科学 C 辑，1997，2（1）:35-39．

［2］ 周蔚红，张钧．电磁脉冲灭菌研究［J］．微波学报，2000，16（3）:320-321．

［3］王淑芳，马桂珍，暴增海．平板菌落计数法检测土壤 pH对 L1-9 菌株定殖的影响［J］．安徽农业科学，2013（36）:13886-13892

［4］赵跃萍．水中细菌总数的测定［J］．太原师范学院学报，2010，9（4）:139-142．

［5］李梅，曲久辉，彭永臻．脉冲磁场水处理技术在杀菌灭藻方面的研究［J］．环境科学学报，2004（2）:260-264．

［6］张军，李书光，胡松青．磁处理技术的应用与研究进展［J］．青岛大学学报，2002，15（4）:71-74．