Факультет

Студентам

Посетителям

Изучение бактерицидного действия компонентов газового разряда

Для использования электроантисептирования при проведении дезинфекционных мероприятий целесообразно выявить степень влияния на жизнедеятельность микроорганизмов каждого компонента высоковольтного газового разряда.

Для независимого плавного регулирования последних разработана и создана экспериментальная установка, содержащая систему высоковольтных электродов типа ряд проводов — плоскость с возможностью нагрева высоковольтных короннрующих проводов током низкого напряжения. Система высоковольтных электродов ряд проводов (А) — плоскость (В) размещена в герметичной рабочей камере. Электрическая схема состоит из двух автотрансформаторов, подключенных к питающей сети, выходные клеммы которых соединены с источником высокого напряжения и высоковольтным разделительным трансформатором 9 соответственно. На выходе источника высокого напряжения включена схема двухполупериодного выпрямления, состоящая из высоковольтных диодов, с помощью которых можно менять полярность тока короны. После диодов выпрямленное напряжение подается на коронирующий провод высоковольтного электрода А. Величина подаваемого напряжения контролируется электростатическим киловольтметром (тип С—100). Выходная обмотка высоковольтного разделительного трансформатора подключена к концам коронирующего провода высоковольтного электрода А. Низковольтное напряжение и ток контролируются вольтметром (тип Э—421) 4 и амперметром (тип Э—421) соответственно. Для измерения тока короны к электропроводной сетке заземленного электрода Б подключен микроамперметр (тип М—244).

В качестве рабочей камеры, предназначенной для электронно-ионной обработки фитопатогенных микроорганизмов, служит шкаф из органического стекла типа ШВ—1—ОС. Источник высокого напряжения выполнен в виде высоковольтного трансформатора прибора АИМ—80, а каждый из диодов схемы двухполупериодного выпрямления состоит из 9 включенных последовательно высоковольтных диодов Д1008.

В основу независимого регулирования образования ионов и озона в процессе электроантисептирования положено явление уменьшения генерации озона с ростом температуры коронирующих проводов. Как уже отмечалось, образование озона обусловлено ионизацией воздуха в чехле короны — ионизированной оболочке, возникающей вокруг коронирующего провода. При нагреве вокруг провода устанавливается температура Т выше температуры окружающей среды Т0, в результате чего при постоянном давлении средняя величина относительной плотности газа в ионизированной оболочке уменьшается.

Согласно формуле Пика, при нагреве провода током низкого напряжения (с уменьшением) падает величина критической напряженности поля начала коронного разряда, что в свою очередь, согласно формуле, с учетом уравнения приводит к ослаблению генерации озона в ионизированном чехле короны.

Установка работает следующим образом. Устанавливают необходимое межэлектродное расстояние и размещают в рабочей камере исследуемые тест-культуры. Затем подключают экспериментальную установку к питающей сети. При этом на коронирующий провод от источника высокого напряжения через диоды подается высокое напряжение заданной полярности. Между электродами А и Б возникает коронный разряд. Одновременно от высоковольтного разделительного трансформатора на коронирующий провод подается низкое напряжение. Под действием низкого напряжения по коронирующему проводу протекает ток нагрева, значение которого устанавливают в зависимости от того, насколько необходимо устранить генерацию озона. Нагрев коронирующего провода, выполненного из нихрома диаметром 0,18 мм, до температур 837—1073 К обеспечивает не только уменьшение генерации озона до необходимой величины, но и создает дополнительное количество аэроионов за счет термоионизации. Однако при нагреве провод расширяется, провисает и под действием коронного разряда начинает колебаться в вертикальном направлении, что ведет к нестабильности параметров коронного разряда и быстрому износу провода с последующим выходом устройства из строя. В предлагаемой конструкции пружинящие растяжки обеспечивают соответствующее натяжение, величина которого определяется механической прочностью материала коронирующего провода и может регулироваться подкручиванием гаек на шпильках.

При регулировании тока низкого напряжения нагрев нити, а, следовательно, и ее расширение может происходить неравномерно. На практике сложно установить одинаковую силу натяжения всех пружинок. Поэтому в процессе эксплуатации установки происходят протяжка провода по направляющим и его истирание, что также приводит к разрыву провода и выходу установки из строя. Эта опасность устранена в настоящей экспериментальной установке, так как направляющие выполнены в виде осей, на которые посажены подшипники с бороздками по периметру внешней обоймы. Таким образом, коронирующий провод при установке на направляющих и регулировании температуры его нагрева не трется о направляющие, а перемещается вследствие вращения подшипников.

Натяжение коронирующего провода параллельными рядами позволяет обеспечить наиболее равномерную картину распределения электрического поля. Шаг между рядами 50 мм. Таким образом, отношение расстояния между параллельными рядами коронирующего провода к диаметру последнего значительно больше единицы — это необходимо для создания оптимальных условий горения короны (устранение экранирования между рядами коронирующих проводов).

Выполнение заземленного электрода Б в виде электропроводной сетки преследует цель максимального осаждения потока аэроионов при минимальном газодинамическом сопротивлении воздушному потоку. Для уменьшения газодинамического сопротивления размеры ячеек сетки должны быть как можно больше, а для выполнения условий максимального осаждения аэроионов — как можно меньше.

Опыты показали, что при увеличении размера ячеек до 5X5 мм количество проскочивших сетку аэроионов не превышает 0,5—1% от общего количества. Поэтому указанный размер ячеек использован при изготовлении заземленного электрода Б.

Для поддержания высокой влажности воздуха в рабочей камере использовалось явление интенсификации электрическим ветром испарения воды, помещенной в подсетчатый заземленный электрод. Температурно-влажностный режим контролировали универсальным психрометром. Концентрацию озона определяли по стандартной йодидной методике. В числе других продуктов химических реакций при высоковольтном газовом разряде следует выделить разнообразные окислы азота. Образование их в процессе опытов, контролируемое универсальным газоанализатором типа УГ-2, оказалось ниже порога чувствительности указанного прибора и в дальнейшем во внимание не принималось.

В качестве тест-объектов использовали споры чистой культуры плесневых грибов Penicillium expansum — характерной вредной микрофлоры пищевых производств, наиболее устойчивой к различным методам дезинфекции. Подбор тест-культуры проводился с таким расчетом, чтобы она была патогенной для пищевого сырья, т. е. вызывала его гниение и порчу, обладала быстрым ростом, образовывала большое и сравнительно устойчивое количество спор в чистой культуре.

Посев спор микроорганизмов производился в чашках Петри из чистой 5—8-дневной культуры. Водную суспензию тест-культуры готовили из такого расчета, чтобы при посеве в чашки Петри получить на поверхности питательного субстрата по 15— 30 колоний. Обработку микроорганизмов электрофизическими методами проводили через 1 ч после посева. Количество проросших колоний подсчитывали после 72 ч термостатирования при 298 К.

Поскольку нагрев коронирующих проводов не устраняет полностью генерацию озона, для учета возможного влияния последней чашки Петри с исследуемой тест-культурой помещались также под заземленный электрод.

В первой серии опытов изучалась выживаемость культуры гриба при изменении высокого напряжения, подаваемого на систему коронирующих проводов. Для этого исследуемую тест-культуру помещали в поле коронного разряда (на заземленный электрод) и вне поля (под заземленный электрод) и проводили электроантисептирование при варьируемых величинах высокого напряжения, полярности короны и времени обработки.

Выживаемость микроорганизмов при различных режимах обработки подсчитывали как отношение средних арифметических числа колоний в трех опытных чашках к числу колоний в трех чашках с контрольной концентрацией тест-культуры. Для оценки достоверности различий средних величин использовался метод, основанный на оценке размахов варьирования средних величин, позволяющий свести вычисления к минимуму.

С ростом высокого напряжения увеличиваются значения воздействующих факторов процесса электроантисептирования, выживаемость тест-культуры при этом падает. Примечательно, что при уровне значимости оценки средних а = 0,01 не отмечено достоверных различий между значениями выживаемости микроорганизмов, размещенных в чашках с вживленным проводником и без него, на заземленной сетке и под ней.

Так как на культуру, посеянную в обычные чашки Петри, установленные на сетке, попадает лишь незначительный аэроионный поток, соответствующий току, а на чашки, размещенные под сеткой, аэроионный поток не попадает вообще, можно заключить, что аэроионы в исследованном диапазоне концентраций не оказывают влияния на подавление жизнедеятельности использованной тест-культуры.

Для проверки этого вывода была проведена серия экспериментов по изучению выживаемости культуры гриба Penicillium expansum, обработанной в поле коронного разряда при варьировании мощности нагрева коронирующих проводов, следовательно, при разных концентрациях озона и постоянном токе короны, Вновь не отмечено достоверных различий между значениями выживаемости для микроорганизмов, размещенных на заземленном электроде и под ним. Экспериментальные данные свидетельствуют, что с возрастанием мощности нагрева (уменьшением генерации озона) при постоянных экспозиции и аэроионном потоке эффект угнетения жизнедеятельности микроорганизмов ослабевает.

Таким образом, можно заключить, что аэроионный поток при концентрации 4,15∙1013 м-3 и экспозициях 2—4 ч не оказывает влияния на жизнедеятельность культуры гриба. Для изучения влияния на микроорганизмы электрического поля в область коронного разряда (на заземленный электрод) помещали закрытые крышкой чашки Петри с культурами грибов Penicillium expansum. Опыты показали, что при обработке в электрическом поле с напряженностью 5 ∙ 103 В/м нет достоверных различий между вариантами опытных и контрольных чашек.

Для исследования влияния электрического ветра культуру грибов Penicillium expansum подвергали обработке в поле коронного разряда при максимальной мощности нагрева коронирующих проводов Р=120 Вт. Концентрация озона в опытах не превышала 0,1 мг/м3, скорость электрического ветра варьировалась в пределах 2,5 м/с. Эксперименты показали, что воздействие электрическим ветром приводит к угнетению жизнедеятельности микроорганизмов вследствие иссушения питательной среды. Визуально иссушение питательной среды проявлялось в ее растрескивании. Степень подавления жизнедеятельности микроорганизмов зависит от экспозиции и скорости электрического ветра. Значительное растрескивание питательной среды имеет место при скоростях электрического ветра более 1,0—1,2 м/с и экспозиции более 4—5 ч. Представлена экспериментальная кривая порога чувствительности исследованных тест-культур к воздействию электрическим ветром. Под порогом чувствительности следует понимать первую стадию подавления жизнедеятельности микроорганизмов, которая проявляется в угнетении роста мицелий.

Итак, экспериментально установлено, что электрическое поле напряженностью 5 ∙ 105 В/м и ионы обеих полярностей при концентрации 4,15∙1013 м-3 и экспозиции не более 4 ч не обладают антимикробным действием. Воздействие электрическим ветром приводит к угнетению роста микрофлоры вследствие иссушения питательной среды, а бактерицидный эффект процесса электроантисептирования определяют концентрация озона в воздухе и длительность обработки.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: