一种静电式空气消毒装置的消毒试验研究

摘 要：本文研究了一种静电式空气消毒装置的空气除尘消毒效果。分别在人工气候室以及真实船舱环境中采用ECH-KJX-Z型静电空气消毒装置，以开机和不开机2种情况为例，对空气中颗粒污染物数量以及细菌菌落数的数据进行采集和监测，分析试验结果和评估作用效果，得到以下结果。开机作用15 min，装置对PM2.5和PM10的去除率分别达到90%和80%以上。开机作用24 h，装置对大肠菌群、空气自然菌、链球菌和白色葡萄球菌的去除率均接近100%。试验结果表明，使用该静电式空气消毒装置进行除尘消毒后，空气质量符合国家标准，该装置消毒效果优秀。

关键词：静电；空气消毒装置；除尘效果；除菌效果

中图分类号：R 187" " " " " " 文献标志码：A

2020年，新型冠状病毒通过气溶胶传播，使人们更加意识到空气消毒的重要性。与物体表面消毒以及水体消毒相比，空气的流动性更强，由于人体时刻暴露在大气环境中，更容易受到细菌与病毒的感染[1]，因此，人们开始重视空气消毒。无论是物理类还是化学类空气净化消毒技术都存在各自的优点、缺点以及局限性。例如传统的紫外线、臭氧和化学药物等消毒方法通常都不适宜在有人活动的条件下持续消毒[2-3]。静电式空气消度装置能够良好地适配室内封闭环境，净化空气并提高空气质量。静电除尘已应用于工业领域上百年，具有广谱除尘作用，其除尘率与对除菌率呈正相关关系[4]。静电式空气消毒除尘、除菌的主要原理是利用高压静电除尘，在空气中的微生物大多数附着在颗粒上，利用静电吸附颗粒和强电场中的等离子体杀灭微生物[5]。静电式空气消毒装置采用高压静电原理吸附粉尘、病毒等微小颗粒，并对捕获的细菌等病毒进行消杀。市场上还缺少可用于封闭室内空间或空调系统的高效空气消毒装置。本试验采用ECH-KJX-Z型静电式空气消毒装置对环境的除尘杀菌效果进行观察。

1 材料与方法

1.1 试验场所和设备

选择模拟人工气候室以及某轮船船舱舱室为试验场所，容积均为40 m³。主体空气消毒设备为ECH-KJX-Z型静电式空气消毒装置，试验采用创新式的一段式静电催化消毒技术，主要除菌原理是利用充电滤网、静电装置和集尘滤网，组成简洁、高效、节能和安全的消毒组合装置，装置实际循环风量≥1 800 m³/h。试验分别验证空气净化装置A （不含滤网）和空气净化装置B（含滤网） 2种情况下的除尘杀菌效果。

试验仪器包括TSI 9306型大气颗粒检测仪、JYQ-IV型浮游菌采样器、喷壶以及烟气发生器；试验耗材为肉汤、直径90 mm营养琼脂平板；试验用菌株为大肠杆菌、空气自然菌、链球菌以及白色葡萄球菌。

1.2 试验方法

1.2.1 颗粒物采样与计数

分别在模拟人工气候室和船舱舱室内安装1台ECH-KJX-Z型静电式空气消毒装置，采用烟气发生器对人工气候室/船舱舱室进行颗粒物污染，10 min后用大气颗粒物检测仪检测颗粒物浓度。将空气净化设备放入人工气候室/船舱舱室内工作15 min，采用大气颗粒物检测仪检测颗粒物浓度，针对不同颗粒物起始浓度对颗粒物净化效果进行测试。大气颗粒物检测仪采样流量为2.83 L/min，对环境中的颗粒物浓度进行不间断检测，检测时间≥24 h。平行测试2～3次，确认净化效果可重复性。采样设计参照《公共场所空气中可吸入颗粒物（PM10）测定方法 光散射法》（WS/T 206—2001）以及环境空气质量标准的规定，在距空气净化设备15 cm位置设置1个采样点，布点与地面垂直距离一般为45 cm，每点每次连续采样1次，每隔60 min采样1次。

PMd为环境空气中空气动力学当量直径≤d的颗粒物，本文选取d=2.5、d=10进行试验，计算方法如公式（1）所示。

（1）

式中：W为空气净化装置对空气中颗粒物的去除率，%；c0为试验前空气中PMd的尘粒浓度，μg/m3；ct为试验后空气中PMd颗粒物的尘粒浓度，μg/m3。

1.2.2 测定细菌菌落数

试验配置培养基，接种菌体，进行扩菌培养，得到高浓度菌液，使用雾化发生器将菌液气化至人工气候室，并使用浮菌采样器，分别在气化后以及开机处理24 h后进行采样，每次采集3个平行样。试验温度为12 ℃，试验环境湿度为75%。

1.2.2.1 培养基配制

按照标准方法配制普通营养肉汤培养基、普通营养琼脂培养基等各类培养基，121 ℃灭菌后，待用。

1.2.2.2 微生物培养和气溶胶制备

将各类微生物分别接种到营养肉汤培养基，37 ℃培养24 h增菌，用喷壶将微生物培养基均匀喷在人工气候室/船舱舱室内，制成生物气溶胶。

1.2.2.3 采集和计数

首先，气溶胶制备1 h后，浮菌采样器（内置固体培养基）采样10 min，37 ℃培养24 h后计数菌落数，即初始微生物含量。其次，将空气净化设备放入人工气候室/船舱舱室内工作24 h，用采样器采样、培养和计数。最后，以空白组（未开机样机组）为对照，在相同条件下采样、培养和计数。计算过程如公式（2）～公式（4）所示。

（2）

式中：V为空气中细菌菌落总数，cfu/m3；S为采样平皿中的菌落总数，cfu；Q为采样流量，L/min；T为采样时间，min。

（3）

式中：Kt为空气净化装置对空气中细菌的去除率，%；V1为试验前试验组空气中细菌菌落总数，cfu/m3；Nt为空气中细菌的自然衰亡率，%；V2为试验后试验组空气中细菌菌落总数，cfu/m3。

（4）

式中：V0为试验前空白组空气中细菌菌落总数，cfu/m3；Vt为试验后空白组空气中细菌菌落总数，cfu/m3。

2 结果

2.1 在模拟环境中净化后不同PMd的测定结果

在模拟环境中，使用空气净化装置A、B净化不同初始浓度的PM2.5和PM10后，PM2.5和PM10的浓度都低于35 μg/m³（见表1）。

在模拟环境中空气净化装置对不同浓度颗粒物去除率如图1所示，在模拟环境中空气净化装置A、B对不同初始浓度的PM2.5的去除率都达到90%以上，对不同初始浓度的PM10的去除率达到80%以上，说明在模拟环境中2套空气净化装置都能有效地净化颗粒物。

2.2 在真实环境中净化后不同PMd的测定结果

在真实环境中初始浓度相同的PM2.5和PM10利用空气净化装置A、B净化后，PM2.5和PM10的浓度均低于35 μg/m³（见表2）。

在真实环境中空气净化装置对不同浓度颗粒物去除率如图2所示，在真实环境中空气净化装置A、B对不同初始浓度的PM2.5的去除率都达到90%以上，对不同初始浓度的PM10的去除率达到80%以上，说明在模拟环境下2套空气净化装置都能有效地净化颗粒物。

2.3 在模拟环境中微生物的去除效果

在模拟环境中空气净化装置对大肠杆菌、空气自然菌的净化效果见表3，对链球菌、白色葡萄球菌的净化效果见表4。由表3、表4可知，利用空气净化装置A、B净化后，培养皿中无细菌存活，未经过空气净化装置净化的培养皿中有大量细菌存活。说明在模拟环境中2套空气净化装置均能有效灭菌。在模拟环境中空气净化装置对不同微生物去除率如图3所示，空气净化装置A、B对大肠菌群、空气自然菌、链球菌以及白色葡萄球菌的去除率达到99.99%以上，对气溶胶的净化效果较好，具有优秀的杀菌效果。

2.4 在真实环境中微生物的去除效果

在真实环境中空气净化装置对大肠杆菌、空气自然菌的净化效果见表5，对链球菌、白色葡萄球菌的净化效果见表6。由表5、表6可知，使用空气净化装置A、B净化后，培养皿中无细菌存活，未经过空气净化装置净化的培养皿中仍然有大量细菌存活。在真实环境中，空气净化装置A、B对大肠菌群、空气自然菌、链球菌以及白色葡萄球菌的去除率均达到99.99%以上（如图4所示），具有较好的处理效果以及优秀的杀菌效果。

3 结论

研究表明，搭载了ECH-KJX-Z型静电式空气消毒装置的空气净化装置A、B均可以有效净化环境空气中的微生物和颗粒物。2套装置对大肠菌群、空气自然菌、链球菌和白色葡萄球菌的去除率均接近100%；对PM2.5的去除率达到90%以上，对PM10的去除率达到80%以上，效果优秀。其除尘消毒效果在模拟环境中与真实船舱环境中没有显著差异，在封闭环境中应用广泛。本试验使用静电式消毒产品，其具有体积小、风阻小、无额外耗材、无有害副产物、消毒效果好、简洁和高效等优点，能够对空气进行节能、安全的消毒处理，在封闭的室内环境中空调循环系统空气消毒应用前景广阔。

参考文献

[1]章鹏程，张华.空气净化消毒技术现状与展望[J].微生物与感染，2023，18（5）：312-320.

[2]唐幸珠，吴吉祥.连续式空气消毒洁净器的研究[J].中华医院感染学杂志，2000（1）：47-49.

[3]吴柳，杨媚，甘露，等.一种空气消毒机的消毒效果观察[J].中国消毒学杂志，2016，33（10）：936-938.

[4]王芳，李劲松，高立言，等.静电式空气消毒洁净器动态净化除尘效果的试验观察[J].中国消毒学杂志，2006（5）：401-404.

[5]胡燕燕.用静电空气净化器改善室内空气品质的探讨[J].制冷，2003（2）：80-83.