超声与环流技术在水中灭菌作用及其生物效应的研究

论文摘要

据联合国环境和发展机构指出,人类约有80%的疾病与细菌感染有关,其中60%以上的疾病是通过饮用水传播的。由于氯消毒杀菌能力强,有持续灭菌作用,且消毒系统投资和运行费用价廉,所以水的氯化消毒成为饮用水消毒中使用最广泛、技术最成熟的方法。随着进一步的深入研究表明运用氯消毒对人体健康有一定的威胁。所以迫使人们开始寻求一种新的更安全、更可靠的饮用水消毒方法和技术。随着对超声的不断研究,人们开始把超声与饮用水灭菌联系起来,虽然与其它杀菌工艺联合,灭菌效果比较好,但对超声的灭菌机理也尚不清楚,且由于超声波是一种成本较高的能量,所以采用超声波灭菌的经济费用比较高,一般也不容易实现工程放大。因此探索超声灭菌机理并找到一种能利用超声,且耗能少,易于工程放大的灭菌方法很有必要。本文通过实验对超声-环流系统灭菌进行了初步探讨,做的主要工作有以下几个方面:（1）设计并加工超声-环流系统处理槽,不但能够单独进行超声实验,还可以超声-环流共同作用。（2）运用超声处理系统对大肠杆菌做频率、功率、时间的单因素实验,证实了前人的研究成果,并设计正交实验,根据设计进行实验,发现选用标称频率为20kHz的超声处理系统,功率为25W时处理45min灭菌效果最好。然后选择20kHz、33kHz两个系统分别通过控制进气量观测灭菌率随空气进气量的变化,实验结果表明:不同频率的超声-空气环流处理系统对应的最佳进气量不同。但超声-空气环流的灭菌效果要比单独超声效果好的多。加入进气量因素,再设计正交实验并进行实验,结果表明选用标称频率为33kHz的处理系统,功率为25W,空气进气量为0.4L/min时,处理30min以上灭菌率最好,通入空气对最大影响因素有影响。最后运用超声-臭氧环流处理系统来处理大肠杆菌,处理时间较短时,单独臭氧作用远远不及超声-臭氧环流的灭菌率,但在处理时间较长时,臭氧的灭菌效果略好。（3）运用超声-环流处理系统分别对金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌研究了频率、功率、处理时间等对这两种菌的灭菌率的影响,并且运用单独超声、超声-空气环流、超声-臭氧环流对两种菌的灭菌率作对比。发现相对于大肠杆菌来说,这两种菌不是太容易被杀死。（4）通过原子力显微镜观测超声处理前后的大肠杆菌的表面形态,对超声灭菌的机理做了初步的探讨,超声空化作用使大肠杆菌的细胞壁振碎、产生小孔有的甚至脱落,使细菌胞内物质外泄、失去自我保护能力,从而导致死亡;有一部分细胞壁脱落的细菌,超声空化直接作用于细菌细胞膜,使细菌死亡。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和选题意义
• 1.2 饮用水杀菌方法
• 1.2.1 化学杀菌技术
• 1.2.2 物理杀菌技术
• 1.3 超声灭菌研究进展
• 1.3.1 国内情况
• 1.3.2 国外情况
• 1.4 本文的工作
• 第2章 超声环流灭菌的相关理论
• 2.1 超声灭菌
• 2.1.1 超声空化理论
• 2.1.2 影响空化的因素
• 2.1.3 声辐射压力
• 2.1.4 声流
• 2.1.5 超声灭菌机理
• 2.2 环流反应器
• 2.2.1 环流反应器简介
• 2.2.2 环流反应器分类及构造
• 2.2.3 影响气升式环流反应器的结构参数
• 2.2.4 环流反应器与超声联合杀菌机理
• 2.3 臭氧杀菌机理
• 第3章 实验设备及实验菌种
• 3.1 实验设备
• 3.1.1 实验装置
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 换能器
• 3.2 菌种的选择
• 3.3 菌种培养及检测方法
• 3.3.1 实验菌种培养
• 3.3.2 细菌的检测方法
• 第4章 超声环流灭菌实验及结果分析
• 4.1 超声灭活大肠杆菌实验
• 4.1.1 超声单因素实验
• 4.1.2 正交实验
• 4.1.3 超声曝气环流实验
• 4.2 超声灭活金黄色葡萄球菌、枯草芽胞杆菌的实验
• 4.2.1 频率对灭菌率的影响
• 4.2.2 功率对灭菌率的影响
• 4.2.3 处理时间对灭菌率的影响
• 4.2.4 运用不同处理方式，两种菌灭菌率的对比
• 第5章 超声灭菌的生物效应研究
• 5.1 原子力显微镜样品制备及图像扫描
• 5.2 超声灭菌生物效应探讨
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间科研成果