Sterilization of mold by ozoneless barrier discharge using water column electrodes and its application to hydroponics

水柱电极无臭氧阻挡放电霉菌灭菌及其在水培中的应用

基本信息

批准号：
22K04067
负责人：
門脇一則
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Ehime University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

水耕栽培における高導電性の養液中に残存する真菌や細菌を，オゾンを発生させない放電技術で不活化させる。本手法が栽培溶液中の菌類に対する殺菌効果を有する一方で，生産物である野菜類がオゾンによる成長阻害を引き起こされないことを実験的に明らかにする。肥料を含む栽培養液は高い導電性を有するがゆえに，養液中で放電プラズマを進展させることは困難である。そこで本研究では，放水用ノズルから細線状に吐出された養液を水柱電極として用い，これとガラスバリアとのギャップ間で放電を引き起こすという手法を提案する。本手法が独創的であることの理由のもう一つは，死滅の機序について，電流由来なのかあるいはラジカル由来なのかについて議論することができる点にある。システムを回路的に見れば，負荷は水抵抗，空気ギャップとガラスのコンデンサである。抵抗値，キャパシタンス，角周波数をパラメータとすれば，これらの調整により水で消費される熱エネルギーと，プラズマ中の荷電粒子群に投入されるエネルギーの比を変更できる。１年目，水柱電極を用いた放電現象の基礎特性を把握することを目的として，青色染料（インジゴカルミン水溶液）を模擬溶液として，染料脱色のエネルギー効率に対する導電率の影響を調べた。一般的な放電処理では導電率の上昇とともにエネルギー効率は低下する。これに対し本手法を用いた場合には導電率とエネルギー効率との関係はV字特性を示し，導電率がある値以上になると，導電率の上昇とともにエネルギー効率も上昇する傾向が認められた。このようなV字特性を示す理由を，等価回路モデルを用いて説明した。次に，大腸菌を含む塩化ナトリウム水溶液を用いて，殺菌処理能力を調査した。その結果，塩化ナトリウム濃度の上昇に伴い大腸菌殺菌に要する時間が短縮されるという興味深い実験事実を得た。

使用不产生臭氧的放电技术灭活水培中使用的高导电性营养液中残留的真菌和细菌。经实验证明，这种方法虽然对培养液中的真菌有杀菌作用，但臭氧并不会抑制所生产的蔬菜的生长。由于含有肥料的栽培营养液电导率高，因此很难在营养液中形成放电等离子体。因此，在本研究中，我们提出了一种方法，其中将从水喷嘴排出的细线营养液用作水柱电极，并在其与玻璃屏障之间的间隙引起放电。这种方法具有独创性的另一个原因是它可以让我们讨论杀伤机制是由电流还是自由基引起的。从电路角度看系统，负载是水电阻、气隙和玻璃电容器。通过调整电阻、电容和角频率作为参数，可以改变水消耗的热能与输入到等离子体中带电粒子的能量之间的比率。第一年，我们以蓝色染料（靛蓝胭脂红水溶液）为模拟溶液，研究了电导率对染料脱色能量效率的影响，旨在了解水柱电极放电现象的基本特征。在一般的放电处理中，能量效率随着电导率的增加而降低。另一方面，当采用该方法时，电导率与能量效率之间的关系呈现V型特征，并且当电导率超过一定值时，能量效率随着电导率的增加而趋于增加。使用等效电路模型解释了这种 V 形特性的原因。接下来，我们研究了使用含有大肠杆菌的氯化钠水溶液的灭菌能力。结果，我们得到了一个有趣的实验事实：随着氯化钠浓度的增加，杀死大肠杆菌所需的时间减少。