微生物气溶胶采样器设计及其应用研究
微生物气溶胶是指细菌、真菌、病毒、内毒素、真菌毒素等微生物及其副产物所形成的微生物胶体体系,空气动力学粒径在0.1-100μm之间,易侵入人体呼吸系统,导致传染病的发生,也常引发诸如过敏、感染、哮喘、肺炎等呼吸系统疾病。微生物气溶胶采样器用于采集大气环境中微生物气溶胶,分析空气微生物种类及浓度,对于空气质量监测监管有指导性意义。传统采样方法如撞击法、液体冲击法在采样过程中气流速度过大,对微生物活性影响较大,而静电采样法在采样时微生物粒子沉降速度更小,能更好地保持微生物活性,且其结构简单、采样效率高,因而备受研究者青睐;静电旋风分离器对细粒径段颗粒物有较高的分离效率,可利用静电旋风分离技术设计静电旋风采样器,用于微生物气溶胶采样。本文设计了两种不同原理的采样器,采用电子低压冲击仪ELPI(Electrical Low PressureImpactor)测试了两种采样器在不同条件下的收集效率,并将其应用于环境微生物采样。实验所设计的静电旋风分离器在流量为60 L/min时,无外加电压条件下切割粒径为1.98 μm,对粉煤灰总收集效率为88.3%,与Barth模型计算得到的收集效率曲线基本吻合,加入电压后,粉煤灰收集效率显著提高,-16kV时总收集效率为96.2%,比未加电压时提高了 7.9%;40L/min时,无外加电压时总收集效率为76.6%,-10 kV时总收集电压为96.3%,出口浓度为1.0-1.3 mg/m3,尽管静电旋风分离器收集效率高,但采样过程中壁面损失不可估量,实验证明其在微生物气溶胶采样方面可行性不佳,采样结果不如同条件下液体冲击式采样器。实验考察了电晕区电场强度对微生物粒子荷电量和存活率的影响,结果证明,提高电晕区场强,微生物粒子荷电量明显增加,预荷电电压从-2 kV提高至-6kV时,白色念珠菌各级荷电量提高了 1.8-4.3倍,存活率从98.9%降至48.9%;大肠杆菌荷电量提高了 1.6-3.2倍,存活率从99.1%降至84.3%。自然荷电条件下,静电采样器对白色念珠菌气溶胶收集效率为63.8%,预荷电电压为-6kV时总收集效率提高至76.5%;自然荷电条件下大肠杆菌收集效率为49.7%,预荷电电压为-6kV时总收集效率提高至86.4%,该条件下可用于环境微生物采样。
