超声及其它方法联合灭菌实验性研究

论文摘要

早在1984年,Reynolds在研究通过局部细窄管道中的水流时,就观察到空化现象。几乎与此同时英国海军也发现,螺旋桨推进器在水中会引起剧烈的振动现象。随后,超声空化不断被人们应用到灭菌、清洗、加工、污水处理等领域。近年来,随着社会的发展,生活废水和工业废水产量逐年增多,新的处理污水和灭菌方法急待发现。超声灭菌技术有其独特的优点:设备简单、操作简便、投资少、对人体危害小、无副产物等。探索超声灭菌并投入到实际应用中有重大实际意义,但这种方法还没有成熟的技术,仍停留在实验室实验阶段,要把它投入实际应用,还需不断的实验和探索。本文在前人得出的经验基础上,通过实验对超声灭菌进行了探索性实验。研究了超声波频率、功率、辐照时间、不同形状的反应器对细菌灭菌率的影响,对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌的灭菌效果,以及和空气、臭氧、二氧化钛联合作用灭菌的效果。实验主要内容及结论如下:（1）设计加工了两种声化学反应槽:圆柱形反应槽和矩形反应槽。用染色法对两种反应器的声场特点进行了定性的测量,并进行了比较和分析。用碘释放法对两种反应器中的超声空化效果进行了测量。用谱分析方法测量了两种反应器中的声谱,得出了各自声场特点。圆柱形反应器内部声场呈现条状强弱间隔现象,矩形反应器内部声场呈现以换能器为中心向外辐射状。对于圆柱形反应器,由频谱图可知:功率的增大,主要引起第三以上谐振处振幅的增大,如70瓦时频谱图最为明显。（2）测量了液体负载对换能器各种参数的影响。其中包括谐振频率fs、反谐振频率fa、最大导纳Gmax、静态电容C0、机械品质因数Q?、机电耦合系数Keff。（3）在研究了超声波频率、功率、辐照时间对大肠杆菌灭菌率影响的基础上,实验了超声联合空气,超声联合臭氧,超声联合二氧化钛对大肠杆菌灭菌率的影响。一般来说,辐照时间越长越好,但超过40分钟以后,灭菌率的增长速度变慢。超声联合臭氧,超声联合二氧化钛作用对大肠杆菌灭菌率有很大的提高。（4）研究了超声波对金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的灭菌效果。在频率为25kHz,功率为30瓦,辐照时间为50分钟时,矩形反应器中对两种细菌的灭菌率分别是:34.12%,33.33%。在超声频率为25kHz,功率为30瓦,在矩形反应器中,对大肠杆菌的灭菌效果最好,对枯草芽孢杆菌次之,对金黄色葡萄链球菌最差。（5）研究了菌液体积增大时,声功率面密度（声强）和体密度（平均声能量密度）对大肠杆菌灭菌率的影响。在辐射声功率体密度和面密度两个因素中,若一个量相等,另一个量较大的灭菌效果较好。（6）用原子力显微镜观察超声处理后的细菌组织结构的微观变化及其形态特征,与无超声处理时作比较,寻找超声灭菌的原因。通过实验表明:超声对所选的三种细菌都有一定的灭菌作用,和其它方法联合作用可以得到更好的效果。超声灭菌是一种有效的灭菌方法,具有潜在的发展前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 超声波在灭菌方面的进展
• 1.2.1 国内超声灭菌现状
• 1.2.2 国外超声灭菌现状
• 1.3 超声灭菌的优越性
• 1.4 本人研究的主要内容
• 第2章 超声波灭菌原理
• 2.1 超声空化理论
• 2.1.1 超声空化现象
• 2.1.2 超声空化类型
• 2.1.3 超声空化阈值
• 2.2 超声空化的作用
• 2.2.1 超声空化产生的主要化学反应
• 2.2.2 超声空化反应区
• 2.3 影响空化效果及声化学产额的因素
• 2.3.1 超声波声强
• 2.3.2 超声波频率
• 2.3.3 反应体系的温度
• 2.3.4 反应体系的pH值
• 2.3.5 溶液中的粒子
• 2.3.6 其它因素
• 2.4 超声波灭菌机理
• 第3章 声化学反应器的设计及声场特性的研究
• 3.1 实验用声化学反应器的选择和设计
• 3.1.1 常用的声化学反应器
• 3.1.2 实验用反应器的设计
• 3.2 声场特性测量方法的选择
• 3.2.1 染色法
• 3.2.2 碘释放法
• 3.2.3 频谱分析法
• 3.3 染色法测量两种反应器声场特性
• 3.3.1 实验装置
• 3.3.2 实验仪器
• 3.3.3 实验步骤
• 3.3.4 实验结果与分析
• 3.4 碘释放法测量两种反应器声场特性
• 3.4.1 实验方法
• 3.4.2 实验结果与讨论
• 3.5 水听器法测量两种反应器声场特性
• 3.5.1 实验装置和仪器
• 3.5.2 沿换能器中心轴线声场的分布特点
• 3.5.3 对圆柱形声场的分析
• 3.5.4 圆柱形和矩形反应器声场频谱图得比较
• 3.5.5 双频超声频谱图
• 3.6 本章小结
• 第4章 超声波灭菌实验
• 4.1 实验目的，内容和步骤
• 4.1.1 实验目的
• 4.1.2 实验内容和步骤
• 4.2 实验装置及实验仪器
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 实验仪器
• 4.3 实验菌种的选择、培植及检测方法
• 4.3.1 菌种的选择
• 4.3.2 菌液的配制步骤
• 4.3.3 灭菌率的检测方法
• 4.4 超声换能器的选择及负载的影响
• 4.4.1 超声换能器的选择
• 4.4.2 超声换能器负载对实验的影响
• 4.5 实验结果与分析讨论
• 4.5.1 频率对超声波灭菌率的影响
• 4.5.2 功率对超声波灭菌率的影响
• 4.5.3 辐射时间对超声波灭菌率的影响
• 4.6 双频超声波作用时对灭菌率的影响
• 4.7 本章小结
• 第5章 超声联合灭菌及对其它菌种灭菌效果实验分析
• 5.1 超声波与其它方法联合作用实验分析
• 5.1.1 超声与空气联合灭菌
• 5.1.2 超声波和臭氧联合灭菌实验
• 5.1.3 超声波和二氧化钛联合灭菌实验
• 5.2 反应器形状对灭菌率的影响分析
• 5.2.1 圆柱形反应器灭菌实验效果
• 5.2.2 矩形和圆柱形反应器灭菌效果比较
• 5.3 超声波对其它菌种灭菌效果分析
• 5.3.1 对枯草芽孢杆菌的灭菌效果分析
• 5.3.2 对金黄色葡萄链球菌的灭菌效果分析
• 5.3.3 对不同菌种灭菌效果的比较
• 5.4 菌液体积放大实验结果分析
• 5.4.1 菌液扩大2倍
• 5.4.2 菌液扩大4倍
• 5.5 本章小结
• 第6章 原子力显微镜观察超声处理前后细菌形态
• 6.1 原子力显微镜观察大肠杆菌
• 6.2 原子力显微镜观察金黄色葡萄球菌
• 6.3 原子力显微镜观察枯草芽孢杆菌
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间研究成果