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超聲波微生物滅菌

閱讀：1342 發(fā)布時間：2019-6-19

超聲波處理系統(tǒng)已證實(shí)可有效殺滅細(xì)菌，浮游生物和較大的生物。超聲波壓載水消除是一種機(jī)械/物理處理方法，可以避免在壓載水中添加任何昂貴的活性化學(xué)物質(zhì)。這確保了環(huán)境不被污染，同時對壓載水中動植物有機(jī)體和微生物的破壞和滅活的有很高的生物效應(yīng)。

使用背景

如果船舶沒有貨物或部分裝載，則需要壓載物來保持其穩(wěn)定性和安全性。水通常用作壓載物，但是當(dāng)從源頭收集時，一系列有機(jī)體會進(jìn)入水中，通常是浮游生物群落組成，它們在目的地（異地）可能是一個全新的生態(tài)環(huán)境，可能會造成不必要的生物污染。為了避免這種可能的污染，我們必須使用有效的系統(tǒng)對壓載水進(jìn)行消毒。

水生物的入侵性傳播已被世界環(huán)保基金 ( GEF) 認(rèn)定為海洋面臨的四大威脅之一?？蓪Νh(huán)境、經(jīng)濟(jì)和公共衛(wèi)生，造成極其嚴(yán)重的影響。為了避免引入有害軟體動物（斑馬貽貝，亞洲蛤蜊等），可采用各種壓載水滅菌處理(也稱為消毒或中和)。種常見的處理方法是對壓載水進(jìn)行化學(xué)清洗。使用的化學(xué)用品對環(huán)境有害且價格昂貴。隨著船舶壓載水管理法律法規(guī)的不斷增加，船舶上綜合了各種壓載水處理方法，如超聲波消毒等。

超聲波壓載水滅菌

超聲波壓載水處理是一種機(jī)械/物理方法，避免使用有害和昂貴的化學(xué)物品?？栈蓺⑺佬⌒退锖臀⑸?。一些研究已經(jīng)證明，超聲波對斑馬貽貝，線蟲，細(xì)菌和病毒具有很高的生物效應(yīng)。

超聲空化消毒

高功率超聲波在液體中產(chǎn)生空化氣泡，這導(dǎo)致強(qiáng)烈的剪切力和高應(yīng)力的產(chǎn)生。當(dāng)強(qiáng)烈的超聲波耦合到液體中時，聲波傳播到液體介質(zhì)中，導(dǎo)致高壓和低壓交替循環(huán)，速率取決于頻率。在低壓循環(huán)（稀疏階段）期間，高強(qiáng)度超聲波在液體中產(chǎn)生小的真空氣泡或空隙。當(dāng)氣泡達(dá)到不能再吸收能量的體積時，它們在高壓循環(huán)（壓縮階段）期間劇烈塌陷。這種現(xiàn)象稱為空化現(xiàn)象。在內(nèi)爆期間，局部達(dá)到非常高的溫度（約5,000K）和壓力（約2,000atm）。空化氣泡的內(nèi)爆也導(dǎo)致液體射流速度高達(dá)280m/s。

這種高能量的氣泡產(chǎn)生和坍塌導(dǎo)致水動力剪切力和超聲波振蕩，破壞生物體的細(xì)胞壁 – 有效地殺死它們。超聲波輔助技術(shù)對環(huán)境的影響，目前還沒有已知或預(yù)期的環(huán)境問題。

超聲波的生物學(xué)效應(yīng)

一些研究證明，超聲波可以有效地影響病毒和細(xì)菌。使用超聲波裝置對100gpm（加侖每分鐘）的體積流進(jìn)行消毒研究，相當(dāng)于23 m3/ h，顯示脊髓灰質(zhì)炎病毒減少了7 log（<5μm），小隱孢子蟲細(xì)菌減少了6-7 log。用線蟲（Ascaris）（8-10μm）和軟體動物斑紋貽貝（70μm），獲得100%的死亡率。在600 gpm流動系統(tǒng)中，斑馬貽貝的死亡率是相同的。

大型生物體的滅活率達(dá)到100％，細(xì)菌和病毒的滅活率降低了6-7個百分點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)連續(xù)流動系統(tǒng)中暴露20秒，隱孢子蟲ocyst的滅活率為93-98.6％，10秒時減少（4log）,已在實(shí)驗(yàn)室間歇反應(yīng)器中暴露。還報告了小隱孢子蟲（7log）、活蠕蟲卵（4.2log）、脊髓灰炎病毒（8log）、沙門氏菌（9log）和大腸埃希菌（9log）的失活率。

2 log 減少意味著初存在于水中的99％的生物已經(jīng)失活。 3 log 減少意味著99.9％已被滅活等。

超聲波系統(tǒng)的處理量也取決于輸出的功率，高功率/高強(qiáng)度超聲波裝置只需要較少的暴露時間，便可滅活，因此允許處理更高的流速。這種超聲波系統(tǒng)可用于壓載和減壓。