CN115448412A - 一种采用等离子体射流装置处理水体中有毒真菌及其毒素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种采用等离子体射流装置处理水体中有毒真菌及其毒素的方法，涉及等离子体技术领域，装置包括气源、低温等离子体射流发射器、等离子体电源和罐体；等离子体电源与低温等离子体射流发射器连接，气源与低温等离子体射流发射器的一端连接，低温等离子体射流发射器竖直插入罐体内，罐体上设有进水口和出水口；气源为氧气；处理方法包括：将污染水体从进水口注入罐体内，将低温等离子体射流发射器的浸没在水体内，打开气源，向低温等离子体射流发射器中通入氧气，开启低温等离子体射流器处理水体，处理后的水体从出水口流出。本发明的有益效果在于：对含有有毒真菌及其毒素的水体进行处理，操作简单方便，安全，不产生二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体技术领域，具体涉及一种采用等离子体射流装置处理水体中有毒真菌及其毒素的方法。
背景技术
针对水体中有毒真菌及其毒素目前还没有特别有效的方法。大气压低温等离子体技术具有快捷高效、环境友好、安全无二次污染等优点，其在多个领域有广泛研究和应用，包括医疗杀菌消毒、环境保护、农作物病害防治等。等离子体产生的活性物质，比如羟基自由基、过氧化氢、单线态氧、过氧亚硝酸、一氧化氮等能够高效杀灭各种微生物。如公开号为CN112915230A的专利申请公开等离子体射流装置及杀菌方法，提供了一种能够对培养皿表面进行均匀灭菌的等离子体射流喷射处理装置，但是只能进行物体表面处理，而且没有应用放电产生的活性气体。
等离子体除了能够有效杀灭致病微生物外，也能对毒素进行降解。如公开号CN102334624A的专利个公开了一种等离子体降解黄曲霉毒素的装置及其应用。其装置对黄曲霉毒素有显著的降解效果，降解率可达50％以上。但是其装置放电方式为介质阻挡放电，主要针对固体物料(花生、玉米、麦类、稻谷)表面处理。
现研究发现许多水源中有真菌毒素存在，比如地表水、地下水，甚至自来水、瓶装矿泉水。有害真菌，比如曲霉属(Aspergillus spp.)、青霉菌属(Penicillium spp.)、镰霉属(Fusarium spp.)、念珠菌属(Candida spp.)等，可造成严重的人类风险和水污染问题。它们可引起多种疾病，如过敏、哮喘、超敏性肺炎，甚至真菌侵袭性感染。黄曲霉是一种腐生土壤真菌，它能够污染水源，感染植物和动物。此外，黄曲霉毒素B1等真菌毒素是目前发现的化学致癌物中最强的物质之一，主要损害肝脏功能并有强烈的致癌、致畸、致突变作用，可诱发肝癌、骨癌、肾癌、直肠癌、乳腺癌、卵巢癌等，严重威胁人类的健康。因此开发能够同时杀灭有毒真菌并且消除其真菌毒素的等离子体处理技术与装置具有重要意义和应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种等离子体射流装置及其在处理水体中有毒真菌及其毒素中的应用。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种采用等离子体射流装置处理水体中有毒真菌及其毒素的方法，所述等离子体射流装置包括气源、低温等离子体射流发射器、等离子体电源和罐体；所述等离子体电源与低温等离子体射流发射器连接，所述气源与低温等离子体射流发射器的一端连接，所述低温等离子体射流发射器竖直插入罐体内，所述罐体上设有进水口和出水口；所述气源为氧气；
所述处理方法包括以下步骤：将污染水体从进水口注入罐体内，将低温等离子体射流发射器的浸没在水体内，打开气源，向低温等离子体射流发射器中通入氧气，开启低温等离子体射流器处理水体，处理后的水体从出水口流出。
有益效果：本发明利用氧气产生的等离子体射流直接对含有有毒真菌及其毒素的水体进行处理，操作简单方便，安全，不产生二次污染，且利用氧气作为等离子体的工作气体，能够提高有毒真菌的灭活率以及毒素的降解率，在氧气放电处理下，短时间内(90s)就能降低2log值以上的黄曲霉菌，或萨氏曲霉菌含量，杀菌效果好。处理后的水体仍能有效降低它们的含量。在氧气放电处理下，短时间内(90s)能降解60％以上的黄曲霉毒素。
本发明中的等离子体射流装置能同时对水体和固体物料进行处理，处理过程中不需要真空环境，只需要将低温等离子体射流发射器浸没于液面下，即可对各种水体进行处理。
优选地，所述低温等离子体射流发射器包括管体、高压电极、喷嘴和地线，所述管体与地线连接，所述管体竖直插入罐体内；所述等离子体电源的输出端与管体内高压电极的一端连接，所述高压电极的另一端竖直插入管体内，所述喷嘴与管体的一端连接。
工作原理：污染水体从罐体的进水口进入罐体内，管体上的喷嘴浸没在水体内，打开气源，向管体中通入工作气体，调节气体流速，开启等离子体电源，喷嘴在液面下产生等离子体，对水体进行处理。
优选地，所述罐体顶端设有第一出气口，所述等离子体射流装置还包括收集箱和物料箱，所述第一出气口与收集箱连接，所述收集箱与物料箱连接。
有益效果：通过收集箱对罐体内放电过程中产生的活性气体进行收集，用于物料箱内固体物料表面有毒真菌及其毒素的处理。
优选地，处理水体后，关闭等离子体电源及气源，将处理后的水体静置一段时间。
优选地，所述静置时间为30-60min。
优选地，所述污染水体包括自来水、纯净水、蒸馏水或自然水源。
优选地，所述管体内氧气流速为10-15L/min。
优选地，所述低温等离子体射流发射器的输出功率为200-300W。
优选地，将喷嘴浸没于液面下5-10mm，处理时间1-5min，水体初始温度为室温。
优选地，所述罐体侧壁开设进水口和出水口，所述进水口和出水口上分别安装阀门。
本发明的优点在于：本发明利用氧气产生的等离子体射流直接对含有有毒真菌及其毒素的水体进行处理，操作简单方便，安全，不产生二次污染，且利用氧气作为等离子体的工作气体，能够提高有毒真菌的灭活率以及毒素的降解率，在氧气放电处理下，短时间内(90s)就能降低2log值以上的黄曲霉菌，或萨氏曲霉菌含量，杀菌效果好。处理后的水体仍能有效降低它们的含量。在氧气放电处理下，短时间内(90s)能降解60％以上的黄曲霉毒素。
本发明中的等离子体射流装置能同时对水体和固体物料进行处理，处理过程中不需要真空环境，只需要将本装置的喷嘴浸没于液面下，即可对各种水体进行处理。
通过收集箱对罐体内放电过程中产生的活性气体进行收集，用于物料箱内固体物料表面有毒真菌及其毒素的处理。
附图说明
图1为本发明实施例1中等离子体射流装置的结构示意图；
图2为本发明实施例2中空气或氧气放电产生的等离子体中，臭氧的产生情况；
图3为本发明实施例3中空气或氧气放电产生的等离子体处理水中黄曲霉后，菌落总数变化趋势图；
图4为本发明实施例4中空气或氧气放电产生的等离子体处理水中萨氏曲霉后，菌落总数变化趋势图；
图5为本发明实施例5中空气或氧气放电产生的等离子体处理水中的黄曲霉毒素后，其浓度变化；
图6为本发明实施例6中空气或氧气放电产生的等离子体处理物体表面的黄曲霉后，霉菌生长情况变化；
图7为本发明实施例6中空气或氧气放电产生的等离子体处理物体表面的萨氏曲霉后，霉菌生长情况变化；
图8为本发明实施例7中空气或氧气放电产生的等离子体处理物体表面的黄曲霉毒素后，其浓度情况变化。
图中：管体11；高压电极12；喷嘴13；气瓶2；第一管道21；第一气体流量计22；等离子体电源3；罐体4；第一出气口41；进水口42；出水口43；第二管道44；收集箱5；第二进气口51；第二出气口52；第三管道53；第二气体流量计54；物料箱6；第三进气口61；等离子体射流7；水体8。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
等离子体射流装置，包括低温等离子体射流发射器(11,12,13)、气源、等离子体电源3和罐体4。
低温等离子体射流发射器包括管体11、高压电极12、地线(图未示)和喷嘴13，管体11为不锈钢管体11，管体11与地线连接，本实施例中高压电极12为一根铜材料电极，高压电极12的一端从管体11的一端竖直插入、并固定管体11内，喷嘴13安装在管体11的一端，在使用时，喷嘴13位于罐体4内，本实施例中喷嘴13为射流喷头。管体11与地线的连接方式、高压电极12的固定安装方式、喷嘴13均为现有技术。
气源装在气瓶2内，气瓶2的出口端通过第一管道21与管体11连接，从而为管体11内通入工作气体，第一管道21上安装第一气体流量计22，第一气体流量计22的安装方式为现有技术。
等离子体电源3的输出端与高压电极12的一端电性连接，高压电极12的另一端靠近喷嘴13设置，等离子体电源3与高压电极12的连接方式为现有技术。
罐体4呈柱状，也可以为其他形状，只要其能容纳水体即可，罐体4侧壁开设进水口42和出水口43，进水口42和出水口43上分别安装阀门(图未示)，罐体4顶端开设通孔，管体11竖直插入罐体4通孔内，通过在管体11上安装可活动的卡环(图未示)，卡环的外径大于管体11截面的直径，通过调整卡环在管体11上的位置，从而调整管体11位于罐体4内的位置，当然也可以通过其他方式调整管体11在罐体4内的位置。
为对处理过程中产生的活性气体进行收集，用于物料表面有毒真菌及毒素处理，本实施例还包括收集箱5和物料箱6，罐体4顶端开设第一出气口41，收集箱5上开第二进气口51和第二出气口52，物料箱6上开设第三进气口61，第一出气口41通过第二管道44与第二进气口51固定连接，第二管道44上安装第一气泵(图未标示)，第二出气口52通过第三管道53与第三进气口61固定连接，第三管道53上安装第二气体流量计54。
工作原理：污染水体从罐体4的进水口42进入罐体4内，管体11上的喷嘴13浸没在水体内，打开气源，气瓶2中的氧气通过第一管道21进入管体11内，调节气体流速，开启等离子体电源3，喷嘴13在液面下产生等离子体，对水体进行处理，处理后的水体从出水口43流出。
罐体4内放电过程中产生的活性气体通过第二管道44通入收集箱5内，经第三管道53通入物料箱6内。
有益效果：本实施例中的等离子体射流装置能同时对水体和固体物料进行处理，处理过程中不需要真空环境，只需要将低温等离子体射流发射器浸没于液面下，即可对各种水体进行处理。
实施例2
制备被黄曲霉孢子(黄曲霉为公知公用材料，Aspergillus flavus3.3950，购买自中国普通微生物菌种保藏管理中心)，萨氏曲霉孢子(萨氏曲霉为公知公用材料，CICC40785Aspergillus sydowii，购买自中国工业微生物菌种保藏管理中心)以及黄曲霉毒素(Pribolab，青岛，中国)污染的水体：取适当量的黄曲霉菌，或萨氏曲霉菌接种于土豆葡萄糖琼脂(PDA)平板上，于28摄氏度霉菌培养箱中培养2周。待菌落长出孢子后，添加去离子水刮取培养基表面孢子。并用纱布过滤收集黄曲霉或萨氏曲霉孢子。当然也可以采用现有技术中其他菌株型号的黄曲霉、萨氏曲霉。
空气或氧气等离子体联合等离子体活化水处理过程中臭氧的产生：将配制好的靛蓝二磺酸钠溶液放入实施例1大气压低温等离子体射流装置中进行90s放电处理；结束后继续浸泡30min。结束后，检测靛蓝二磺酸钠浓度变化。如图2所示，与空气等离子体处理相比，氧气等离子体更容易降解靛蓝二磺酸钠，说明在氧气放电下，采用本实施例1中的等离子体射流装置，更容易产生臭氧。
实施例3
采用实施例1中的等离子体射流装置处理水体中有毒真菌及其毒素，具体包括以下步骤：
将实施例2中收取的孢子制备50mL，浓度为7Log CFU/mL的菌悬液。将配置好的真菌污染水体放入实施例1大气压低温等离子体射流装置中进行90s放电处理；结束后继续浸泡30min。结束后，对菌液进行稀释涂布，定量计算灭菌效果。如图3所示，放电90s后，在停止放电的情况下，黄曲霉孢子仍然能被有效杀灭。与空气等离子体处理后的孢子存活量相比，氧气等离子体对黄曲霉的杀灭效率显著提高。
实施例4
采用实施例1中的等离子体射流装置处理水体中有毒真菌及其毒素，具体包括以下步骤：
将收取的孢子制备50mL，浓度为7Log CFU/mL的菌悬液。将配置好的真菌污染水体放入实施例1大气压低温等离子体射流装置中进行90s放电处理；结束后继续浸泡30min。结束后，对菌液进行稀释涂布，定量计算灭菌效果。如图4所示，放电90s后，在停止放电的情况下，萨氏曲霉孢子仍然能被有效杀灭。与空气等离子体处理后的孢子存活量相比，氧气等离子体对萨氏曲霉的杀灭效率显著提高。
实施例5
所选用的装置、样品以及处理步骤同实施例3。检测处理后水体中黄曲霉毒素含量。如图5所示，空气或氧气放电90s均能降解黄曲霉毒素。放电90s后，在停止放电的情况下，浸泡30min,黄曲霉毒素不容易被降解。与空气等离子体处理后的黄曲霉毒素相比，氧气等离子体对黄曲霉毒素的降解效率显著提高。
实施例6
空气或氧气等离子体处理物体表面的黄曲霉或萨氏曲霉孢子：将收取的孢子制备50mL，浓度为5Log CFU/mL的菌悬液。添加100uL菌悬液均匀涂布于PDA培养板上。将涂有黄曲霉或萨氏曲霉孢子的培养板放置于实施例1的物料箱6中，进行低温等离子体处理1-3分钟。结果如图6和图7所示，在空气或氧气放电下，随着处理时间的增加，黄曲霉或萨氏曲霉孢子均能被有效杀灭。其中，氧气放电的效率更好。这些结果说明了本装置对物体表面的黄曲霉也有很好的杀灭效果。
实施例7
空气或氧气等离子体处理物体表面的黄曲霉毒素：将收取的孢子菌悬液滴加到载玻片上晾干。然后将载玻片放置于实施例1的物料箱6中，进行低温等离子体处理1-3分钟。结果如图8所示，在空气或氧气放电下，随着处理时间的增加，黄曲霉毒素被降解。其中，氧气放电的处理效率更好。这些结果说明了本装置对物体表面的黄曲霉毒素也有很好的降解效果。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种采用等离子体射流装置处理水体中有毒真菌及其毒素的方法，其特征在于：所述等离子体射流装置包括气源、低温等离子体射流发射器、等离子体电源和罐体；所述等离子体电源与低温等离子体射流发射器连接，所述气源与低温等离子体射流发射器的一端连接，所述低温等离子体射流发射器竖直插入罐体内，所述罐体上设有进水口和出水口；所述气源为氧气；
所述处理方法包括以下步骤：将污染水体从进水口注入罐体内，将低温等离子体射流发射器浸没在水体内，打开气源，向低温等离子体射流发射器中通入氧气，开启低温等离子体射流器处理水体，处理后的水体从出水口流出。
2.根据权利要求1所述的采用等离子体射流装置处理水体中有毒真菌及其毒素的方法，其特征在于：所述低温等离子体射流发射器包括管体、高压电极、喷嘴和地线，所述管体与地线连接，所述管体竖直插入罐体内；所述等离子体电源的输出端与管体内高压电极的一端连接，所述高压电极的另一端竖直插入管体内，所述喷嘴与管体的一端连接。
3.根据权利要求1所述的采用等离子体射流装置处理水体中有毒真菌及其毒素的方法，其特征在于：所述罐体顶端设有第一出气口，所述等离子体射流装置还包括收集箱和物料箱，所述第一出气口与收集箱连接，所述收集箱与物料箱连接。
4.根据权利要求1所述的采用等离子体射流装置处理水体中有毒真菌及其毒素的方法，其特征在于：处理水体后，关闭等离子体电源及气源，将处理后的水体静置一段时间。
5.根据权利要求4所述的采用等离子体射流装置处理水体中有毒真菌及其毒素的方法，其特征在于：所述静置时间为30-60min。
6.根据权利要求1所述的采用等离子体射流装置处理水体中有毒真菌及其毒素的方法，其特征在于：所述污染水体包括自来水、纯净水、蒸馏水或自然水源。
7.根据权利要求1所述的采用等离子体射流装置处理水体中有毒真菌及其毒素的方法，其特征在于：所述管体内氧气流速为10-15L/min。
8.根据权利要求1所述的采用等离子体射流装置处理水体中有毒真菌及其毒素的方法，其特征在于：所述低温等离子体射流发射器的输出功率为200-300W。
9.根据权利要求1所述的采用等离子体射流装置处理水体中有毒真菌及其毒素的方法，其特征在于：将喷嘴浸没于液面下5-10mm，处理时间1-5min，水体初始温度为室温。
10.根据权利要求1所述的采用等离子体射流装置处理水体中有毒真菌及其毒素的方法，其特征在于：所述罐体侧壁开设进水口和出水口，所述进水口和出水口上分别安装阀门。
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