滑动弧放电-臭氧联合灭活空气中细菌病毒的方法与装置

摘要

本发明涉及细菌和病毒杀灭方法及装置，旨在提供一种滑动弧放电-臭氧联合灭活空气中细菌病毒的方法与装置。该方法包括：辅助气体空气或氧气通过滑动弧放电反应器底部的喷嘴进入反应罩，推动两个刀型分叉电极的起弧端向上移动，产生滑动弧放电；将含有细菌和病毒的空气引入反应罩；将臭氧发生仪产生的臭氧引入反应罩，含有细菌和病毒的空气依次与滑动弧放电低温等离子体、臭氧发生反应，处理后的空气经反应罩顶部的出口排出。本发明中的装置可以连续处理含有细菌和病毒的空气，对空气的流量变化和各种病原性微生物的灭活适应性强；对含有病原性微生物的空气的处理效果优于动态消毒机等现有技术；设备不仅制造成本低，而且运行能耗低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种细菌和病毒杀灭方法及装置，更具体地说，本发明涉及一种滑动弧放电-臭氧联合灭活空气中细菌病毒的方法与装置。

背景技术

目前国内医院对于无菌室和手术室的空气消毒多采用动态消毒机进行消毒，通过紫外线和臭氧传统方法进行灭菌，对病毒灭活没有十分有效的方法，实验检测发现，经过多功能动态灭菌机后，多数病毒检测仍呈阳性。最新提出的层流手术室，对空气中细菌和病毒灭活效果显著，但造价昂贵且耗能较高。

滑动弧放电是一种常压下低温等离子体发生方式，该技术已被初步应用于工业废气、废水处理等环保领域。其主要特点在于输入能量可以在不加热反应气体的前提下，产生大量的高能电子和活性基团，并选择性刺激化学反应。应用于空气中细菌和病毒灭活处理时，可以促进细胞、核糖核酸(RNA)，脱氧核糖核酸(DNA)、蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物的断键反应。因此，利用滑动弧放电高能量输入、破坏能力强，同时能耗较低的特点，可以实现对空气中的细菌和病毒快速的初步灭活。但由于滑动弧放电产生的高能电子和活性基团的生存时间短(0.001秒级)，因此对细菌和病毒的灭活往往不充分。

臭氧作为一种常规的杀菌技术，其杀菌成本低，生存时间较长(约10秒级)，可以通过本身的强氧化性破坏分解细菌的细胞壁，直接与聚合物分子发生作用，破坏细菌和病毒的代谢和繁殖过程。但利用臭氧杀菌时，所需处理时间长(大于30分钟)，而且尤其对病毒大分子的破坏能力有限。

因此，提供一种能够克服上述诸种不足的细菌和病毒杀灭方法和装置显得十分必要。

发明內容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种滑动弧放电-臭氧联合灭活空气中细菌病毒的方法与装置。

本发明中的滑动弧放电-臭氧联合灭活空气中细菌病毒的方法，包括：辅助气体空气或氧气通过滑动弧放电反应器底部的喷嘴进入反应罩，推动两个刀型分叉电极的起弧端向上移动，产生滑动弧放电；将含有细菌和病毒的空气引入反应罩，空气进口正对着滑动弧放电反应器的两个刀型分叉电极的上侧；将臭氧发生仪产生的臭氧引入反应罩，含有细菌和病毒的空气依次与滑动弧放电低温等离子体、臭氧发生反应，处理后的空气经反应罩顶部的出口排出。

作为一种改进，所述臭氧发生仪产生的臭氧分上下两路进入反应罩，其中下方的臭氧进口对着刀型分叉电极的上侧，该处的臭氧与滑动弧放电低温等离子体接触，促进滑动弧放电过程中活性基团的产生；从上方进入反应器上部的臭氧，形成臭氧反应区。

本发明还提供了一种滑动弧放电-臭氧联合灭活空气中细菌病毒的装置，包括一个滑动弧放电反应器，该反应器具有反应罩，反应罩底部为绝缘底座；在所述绝缘底座上对称安装有与高压电源相连的两个刀型分叉电极，两个刀型分叉电极之间是可向上移动的起弧端；绝缘底座上设有与辅助气体管路相连的喷嘴；反应罩上设有与空气管路相连的空气进口，该空气进口正对着刀型分叉电极的上侧布置；反应罩的顶部设空气出口；反应罩上还设置有臭氧进口，通过管路连接至臭氧发生仪。

作为一种改进，所述臭氧进口有两个，均通过管路连接至臭氧发生仪，其中：上方的臭氧进口设于反应罩的上部，下方的臭氧进口设于反应罩的下部且与刀型分叉电极的上侧相对布置。

作为一种改进，在反应罩的内部，有一个设于刀型分叉电极的上方的整流罩。

作为一种改进，所述整流罩是在刀型分叉电极的上方30mm处。

作为一种改进，所述整流罩是中间为致密小孔、四周孔隙逐渐增大的多孔圆拱形结构。

作为一种改进，所述整流罩的圆形外部边缘直径为40mm，拱形的高度为10mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明中的装置可以连续处理含有细菌和病毒的空气，对空气的流量变化和各种病原性微生物的灭活适应性强；

(2)对细菌具有100％的杀灭效果，对病毒的灭活效果可以达到95％以上，因此对含有病原性微生物的空气的处理效果优于动态消毒机等现有技术；

(3)设备不仅制造成本低，而且运行能耗低，单位空气处理能耗远低于目前国内医院无菌室广泛使用的空气消毒多采用动态消毒机。

附图说明

图1为发明中装置结构示意及用于杀菌效果检测试验的安装示意图。

图中附图标记为：

辅助气体供应装置1、臭氧发生仪2、喷嘴3、绝缘底座4、刀型分叉电极5、下方的臭氧进口6、上方的臭氧进口7、整流罩8、空气出口9、起弧端10、空气进口11、高压电源12、空气供应装置13、反应罩14。

具体实施方式

参考附图，下面将对本发明进行详细描述。

本实施例中的用于灭活空气中细菌和病毒的滑动弧放电-臭氧联合装置，包括一个滑动弧放电反应器，该反应器具有反应罩14，反应罩14底部为绝缘底座4。在绝缘底座4上对称安装有与高压电源12相连的两个刀型分叉电极5，两个刀型分叉电极5之间是可向上移动的起弧端10；绝缘底座4上设有与辅助气体管路相连的喷嘴3；反应罩14上设有与空气管路相连的空气进口11，该空气进口11正对着刀型分叉电极5的上侧布置；反应罩14的顶部设空气出口9；反应罩14上还设置有两个臭氧进口，均通过管路连接至臭氧发生仪，其中：上方的臭氧进口7设于反应罩14的上部，下方的臭氧进口6设于反应罩14的下部且与刀型分叉电极的上侧相对布置。

在反应罩14的内部，刀型分叉电极5的上方设有整流罩8。整流罩8是中间为致密小孔、四周孔隙逐渐增大的多孔圆拱形结构。

本发明的应用方法如下：

在两个刀型分叉电极5通电的情况下，小流量的辅助气体(可以选用空气、氧气等)由辅助气体供应装置(如鼓风机或高压气瓶等)经管路通过喷嘴3形成高速移动的气流，进入反应罩14，推动起弧端10向上移动，产生滑动弧放电。臭氧发生仪2产生的臭氧分别由下方的臭氧进口6和上方的臭氧进口7进入反应罩。其中，从下方进入的臭氧与滑动弧放电低温等离子体接触，促进滑动弧放电过程中活性基团的产生。在刀型分叉电极5的上方设有整流罩，以强化活性基团与病原性微生物的接触。从上方进入反应器上部的臭氧，形成臭氧反应区。

大流量的含有细菌和病毒的空气由空气供应装置13(如鼓风机等)，经管路通过空气进口11正对刀型分叉电极上侧进入反应罩14，依次与滑动弧放电低温等离子体、以及臭氧发生反应，最终实现细菌和病毒的有效灭活。经处理后的空气由空气出口9排出，返回室内。经过如此循环，从而实现室内空气的无菌化。

本发明的检测试验：

采用空气通进培养液鼓泡的方式形成含有细菌和病毒的空气，然后通入滑动弧放电反应器，先后经过滑动弧反应区和臭氧反应区，最终实现细菌和病毒灭活，处理后的空气经空气出口9排出后，可以利用培养液进行收集和采样分析。

在该检测试验实例中的相关工艺条件是：高压电源12的电压为10KV，频率为50Hz；喷嘴喷口直径为1.5mm；刀型分叉电极5长150mm，宽26mm，厚3.5mm，电极间最小间距为3mm；整流罩14的圆形外部边缘直径为40mm，其拱形的高度为10mm，距离刀型分叉电极顶端的距离为30mm。

实验所用病原性微生物分别为大肠杆菌和乙肝病毒。

测量方法：实时荧光定量PCR检测技术。

实验1#

实验用品：大肠杆菌

实验条件：辅助进气流量8L/min，含菌气体流量10L/min，一级臭氧流量5L/min，二级臭氧流量5L/min，辅助性气体为氮气，臭氧浓度500ppm，放电时间10min。

  反应器  菌种  处理前气体含菌浓  度  (万个)  处理后气体含菌浓  度  (万个)  灭活率  (％)  分流正面进  气  大肠杆菌  2000  未检测到  ～100

实验2#

实验用品：乙肝病毒

实验条件：辅助进气流量8L/min，含菌气体流量10L/min，一级臭氧流量5L/min，二级臭氧流量5L/min，辅助性气体为氮气，臭氧浓度500ppm，放电时间5min。

实验结果表明，本工艺对于空气中高浓度的细菌和病毒具有很好的灭活效果。

还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。