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低温等离子体杀菌的实验研究

作　者: 倪盈
导　师: 陈永昌
学　校: 北京工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 低温等离子体电晕放电大肠杆菌(Escherichia coli 285) 杀菌水处理
分类号: TH789
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

低温等离子体灭菌技术是近20年来发展起来的一种新型环保技术,现有的一些研究表明,该技术能避免现有灭菌方法的一些局限性和不足,在常温下具有很好的灭菌效果,并且不会损坏被处理物,不产生副产物及有毒残留物,具有节能、环保的特点,因而成为国内外竞相研究的热点。就现有的研究情况而言,等离子体用于气体杀菌的研究较多而对水体杀菌的研究则严重不足,本文针对这一新技术开展了杀菌性能的实验研究。低温等离子体的产生方法很多,其放电形式有很多种,其中电晕放电方法因放电温度低,可在常温常压下产生低温等离子体。本文设计制作了一套电晕放电等离子体装置,利用高压直流电源对气体进行高压放电,产生低温等离子体用于水体杀菌实验。本文对直流电晕放电等离子体的基本理论,直流电晕放电的产生条件、放电过程、放电机理等进行了综述。采用大肠杆菌(Escherichia coli 285)为实验菌种,实验研究了低温等离子体在静态条件下对大肠杆菌的杀灭作用,考察了电压、电导率、电极距、水层厚度、电极形式和气体介质等因素对杀菌效果的影响,并进一步在动态条件下进行杀菌实验,比较了在静态和动态条件下等离子体灭活大肠杆菌的效果,初步探讨了杀菌的基本机理。结果表明,在静态实验条件下,低温等离子体对大肠杆菌有一定的杀灭作用。杀菌效果随施加的电压和处理时间的增大而增强,随水样厚度和电极距的增加而减小,水样的电导率变化对杀菌效果没有明显影响。另外研究了不同气体介质对杀菌效果的影响。结果表明,在本实验条件下,氩气等离子体杀菌效果最佳,氮气等离子体次之,空气等离子体最差。此外,本文利用动态实验方法,研究了低温等离子体在流态条件下对水溶液中的大肠杆菌的灭活作用。分别以两种方式处理:一次通过方式和在循环处理方式。结果表明,杀菌性能与电压和处理时间成正比关系,杀菌效果显著,并且流量增加杀菌效果越明显。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-20
  1.1 选题背景及意义  10
  1.2 传统的杀菌方法  10-14
    1.2.1 物理杀菌  11-12
      1.2.1.1 加热灭菌  11
      1.2.1.2 紫外线灭菌  11-12
      1.2.1.3 微波灭菌  12
    1.2.2 生物灭菌  12-13
    1.2.3 化学灭菌  13-14
      1.2.3.1 浓度  13
      1.2.3.2 温度  13
      1.2.3.3 有机物  13-14
      1.2.3.4 相对湿度  14
      1.2.3.5 微生物种类和数量  14
      1.2.3.6 酸碱度的影响  14
  1.3 等离子体概述  14-18
    1.3.1 等离子体的定义  14-15
    1.3.2 等离子体的分类  15-16
      1.3.2.1 按存在分类  15
      1.3.2.2 按电离度分类  15
      1.3.2.3 按粒子密度分类  15-16
      1.3.2.4 按热力学平衡分类  16
    1.3.3 等离子体的杀菌机理  16-17
    1.3.4 等离子体的产生方法  17-18
  1.4 等离子体灭菌研究现状  18-19
  1.5 本课题的主要研究内容  19-20
第2章直流电晕放电等离子体性质的研究  20-26
  2.1 直流电晕放电概述  20-21
    2.1.1 直流电晕放电的形成条件及定义  20
    2.1.2 直流电晕放电产生的机理  20-21
    2.1.3 直流电晕放电产生的效应  21
  2.2 等离子体的运动过程  21-25
    2.2.1 等离子体中的碰撞过程  21-24
    2.2.2 等离子体中的电离过程  24-25
  2.3 本章小节  25-26
第3章细菌测量仪器及方法  26-33
  3.1 实验菌种  26
  3.2 实验仪器和试剂  26-28
  3.3 实验原理  28
  3.4 实验步骤  28-31
    3.4.1 细菌的接种和培养  28-30
    3.4.2 实验方法  30
    3.4.3 测定方法  30-31
  3.5 结果的表示和计算  31-32
    3.5.1 菌落计数方法  31
    3.5.2 菌落计数报告  31-32
      3.5.2.1 平板菌落数的选择及表示方法  31
      3.5.2.2 稀释度的选择及报告方式  31-32
    3.5.3 杀菌率的计算  32
  3.6 偶然误差及减小措施  32-33
    3.6.1 菌液混合不匀引起的误差  32
    3.6.2 水样采集引起的误差  32
    3.6.3 细菌计数引起的误差  32-33
第4章低温等离子体杀菌的静态实验研究  33-44
  4.1 实验装置与步骤  33-34
    4.1.1 实验装置的设计  33-34
    4.1.2 实验步骤  34
  4.2 实验结果与分析  34-43
    4.2.1 电压变化对杀菌率的影响  34-37
    4.2.2 水样厚度与杀菌率的关系  37-38
    4.2.3 气层厚度与杀菌率的关系  38
    4.2.4 正极翅片数对杀菌效果的影响  38-39
    4.2.5 气体种类对杀菌效果的影响  39-41
    4.2.6 电导率变化对杀菌率的影响  41-43
  4.3 本章小结  43-44
第5章低温等离子体杀菌的动态实验研究  44-54
  5.1 研究内容  44
  5.2 实验装置与步骤  44-47
    5.2.1 实验装置  44-46
    5.2.2 实验过程  46-47
  5.3 实验结果与讨论  47-53
    5.3.1 电压变化对低温等离子体杀菌性能的影响  47-48
    5.3.2 流量不同对低温等离子体杀菌性能的影响  48-51
    5.3.3 电导率变化对低温等离子体杀菌性能的影响  51-53
  5.4 本章小结  53-54
结论  54-56
参考文献  56-60
攻读硕士学位期间发表的学术论文  60-61
致谢  61

低温等离子体杀菌的实验研究

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