用于地铁车厢的空气杀菌装置杀灭细菌效果的试验研究*

刘国丹 傅碧峰 于慧俐 武在天

(青岛理工大学环境与市政工程学院，266033，青岛/第一作者，教授)

地铁车厢内人员密度大，人群密集度高，空气质量较差[1]。而地铁车辆空调系统目前的空气过滤设备只能过滤空气中的大颗粒物，而不能有效过滤对人体更具危害性的微小颗粒物(包括致病微生物和各种易挥发有害气体)。微小颗粒物被通风管道里的气流带进空调系统结成灰尘，积累在空调系统的风道里。在空调系统恒温、恒湿的环境下，易于滋生各种对人体有害的细菌。而这些致病微生物又通过通风管道的气流送到车厢内，空气循环时又不断交叉污染传播，因此，车内空气污染相当严重[2]。

为有效解决车厢内的空气污染，改善车厢内的空气质量，切断车厢内细菌微生物繁殖传播途径，有必要在地铁车辆空调系统内安装具有灭菌功能的空气净化装置。

光等离子是由紫外线所产生的，含有离子和游离电子，可把氧气和水分子分解成臭氧、氢氧根、游离的氧原子以及其他氧化物[3]。这些分子十分活跃，可飘散到室内各个角落，对相对密闭空间内的细菌、真菌等大量动态污染物有着全面净化的综合效果。光等离子可通过链式反应将空气中各种有害有机污染物彻底分解，最后形成二氧化碳和水，解决了传统空气净化方法存在的二次污染问题[2]。

本文选取采用光等离子空气净化技术的空气杀菌装置为研究对象，通过在密闭实验舱内搭建实验台进行试验研究。设计试验测试了该空气杀菌装置对空气中及器物表面细菌的杀灭效果，为该装置用于地铁车厢空气杀菌提供依据。

1 实验台的搭建及试验用品的制备

搭建实验台如图1所示。设备型号及参数见表1。准备物品包括密封的初始培养皿、待凝固的培养基及灭菌生理盐水。测试物品为凳子，其表面划分了6个区域(见图2)。

2 试验方案

2.1 空气中细菌杀灭性能测试

根据《消毒技术规范》等相关规范并结合相关经验，设计了细菌杀灭测试实验。试验人员携带培养皿及测试仪器进入实验舱后，关闭舱门，开启风机，并使其工作15 min。待风机运行工况稳定后，先测量试验环境的温度、湿度及风速，并记录相应数据。然后，拆掉初始培养皿的密封胶带，并采用自然沉降法，同时采集3个平行样数据，作为第1小组数据，即初始数据。将采集好的培养皿用密封胶带包好，防止其被污染。然后，开启杀菌装置，每隔20 min用自然沉降法采集1次数据。试验共采集7组数据，其中每组采集3个平行样。将采样完成后的培养皿，除掉密封胶带放置在恒温培养箱中，先正放培养2 h时，后倒置培养36～48 h，并观察其菌落生长情况。待菌落生长明显后观察记录其菌落数，并进行数据分析。

图1 实验台构造示意图

设备及仪器技术参数SFG2-2型低噪声轴流通风机功率:0.12 kW;风量:1 300 m3/h;转速:2 800 r/minBK-G-5003型空气杀菌装置质量:<2.7 kg;额定功率:14 WS-150-110型开关电源输出功率:150 W

图2 凳子表面示意图

2.2 器物表面细菌杀灭性能测试

试验人员携带采样锥形瓶及测试仪器进入实验舱后，关闭舱门，开启风机工作15min，使室内工况稳定。采样方法采用涂抹法[8]。将待凝固的培养基用锥形瓶装好，锥形瓶编号与凳子区域编号对应。用1号锥形瓶中棉签在对应的凳子1区域表面均匀涂抹10次，剪去手接触部分棉棒后，将棉签重新放入1号锥形瓶中,并用封口膜封好瓶口。用1′号锥形瓶中棉签在对应的1′表面均匀涂抹10次，然后剪去手接触部分棉棒，将棉签重新放入1′号锥形瓶中，同样封好瓶口。开启杀菌装置，在30 min和60 min后，分别用上述方法再次用相应棉签涂抹相应区域。采样完毕后，将样本锥形瓶送检。在无菌操作间，将放有棉签的锥形瓶稀释并充分振摇为1∶100稀释液。用移液枪吸取200 μl的1∶100液样，加入1 800 μl灭菌生理盐水中，混匀，得到1∶1 000稀释液。在无菌操作间，各取1 ml的1∶100和1∶1 000稀释液样液分别注入无菌培养皿内[8]。每个稀释度做2个平行样本。待培养基冷却至45 ℃左右时，将30 ml约45 ℃的培养基倒入培养皿，并充分混合。对培养皿进行编号，待培养基凝固后将其放置于恒温培养箱中，先正放培养2 h，后倒置培养36～48 h。观察菌落生长情况，待菌落生长明显后，观察记录菌落数。然后，根据培养皿上菌落数得出器物表面每平方厘米的细菌数，并进行数据分析。

3 试验结果分析

3.1 空气中细菌杀灭试验结果及分析

经过计算，所测空气杀菌装置在测试环境舱内持续工作20 min、40 min、60 min、80 min、100 min及120 min时，相应的空气中细菌平均消亡率为14.3%、23.8%、42.9%、57.1%、61.9%及90.5%。杀菌拟合线如图3所示。由图3可见，空气杀菌装置的杀菌效果明显。随着杀菌装置开启时间的增长，空间细菌数基本呈直线型递减，且拟合度很高。利用试验数据推算可得，空气杀菌装置开启约141.9 min时，空气中的细菌能被全部杀灭。

图3 空气中细菌杀灭实验拟合线

测试结果表明，该杀菌装置开启120 min后，细菌杀灭率达到90.5%，满足《公共场所集中空调通风系统卫生规范》中关于空气净化消毒装置性能的要求。

3.2 器物表面细菌杀灭实验结果及分析

器物表面细菌数计算式为：器物表面细菌数(CFU/cm2)=平皿菌落数/25×稀释倍数。相应的测试结果见表2。

表2 器物表面细菌测试结果统计

由表2可得，空气杀菌装置未启动时的平均细菌数为22.5 CFU/cm2，杀菌装置工作30 min时的平均细菌数为7.5 CFU/cm2，杀菌装置工作60 min时的平均细菌数为1.5 CFU/cm2。对测试结果进行直线型和指数型拟合，拟合度分别为0.942 3和0.988 3。拟合线如图4所示。经计算得出，杀菌装置开启60 min时，器物表面的细菌杀灭率为93.33%，杀菌效果显著。

图4 器物表面细菌杀灭试验拟合线

4 与其他杀菌方式的对比及实际应用效果

在相同的试验条件下，采用不同原理的杀菌净化方式，达到相同杀菌效果所需要的时间对比见表3。可见，光等离子空气杀菌技术杀菌速度快，杀菌效果好，能更有效地实现全面消毒杀菌的功能。

表3 相同杀菌效果所需时间对比

深圳地铁3号线将光等离子空气杀菌装置安装于新风和回风混合风道内。自2009年9月运行起，地铁工作人员及乘客对车厢内空气感觉良好，未出现因空气污染导致乘客不适的现象。2010年9月，深圳市有关部门对该地铁车厢内空气中菌落总数做了检测，检测结果满足相关标准要求。

5 结语

通过对空气中及器物表面的细菌净化性能测试结果可知，空气中的细菌数随着杀菌装置开启时间呈线性衰减，器物表面的细菌数随着杀菌装置开启时间呈指数型衰减。光等离子空气杀菌装置对自然环境中细菌的杀灭效果良好，在其工作120 min时，空气中细菌的杀灭率达到90.5%，满足《公共场所集中空调通风系统卫生规范》中“开启杀菌装置120 min时，对细菌的杀灭率不低于90%”的要求。光等离子空气杀菌装置工作60 min时 ，器物表面细菌杀灭率为93.3%。可见，光等离子空气杀菌装置对地铁车厢空气中及器物表面细菌具有很好的杀灭效果。本实验为光等离子空气杀菌装置用于地铁车厢空气杀菌提供了试验数据支持。该空气杀菌装置对保障地铁空气质量，有效预防及控制流感等具有良好的作用。

[1] 杨天智，易柯，邓煜华.紫外灯灭菌装置在地铁车辆上的应用[J].技术与市场，2012，19(6)：130.

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[3] 宋樱.光等离子体空气净化技术试验研究[J].农机科技推广，2011(9)：37.

[4] 马硕.列车客室空气品质调查与净化方法研究[D].青岛：青岛理工大学，2013.

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