室内空气微生物污染研究至今已有上百年的历史。微生物在室内孳生、繁殖后污染空气,可引起人们出现眼刺激感、过敏、哮喘、皮炎以及病态建筑综合症,甚至可导致死亡。目前,室内微生物污染已成为重要的环境卫生问题,成为人们关注的热点之一。因此,研究并掌握室内微生物污染的来源、分布和控制方法,一方面有利于减少微生物的危害和疾病的发生;另一方面,可提高人们室内空气环境质量和国家公共卫生防疫能力,同时,为建立相关法律、法规提供参考和依据。
室内空气微生物污染研究至今已有上百年的历史。微生物在室内孳生、繁殖后污染空气,可引起人们出现眼刺激感、过敏、哮喘、皮炎以及病态建筑综合症,甚至可导致死亡。目前,室内微生物污染已成为重要的环境卫生问题,成为人们关注的热点之一。因此,研究并掌握室内微生物污染的来源、分布和控制方法,一方面有利于减少微生物的危害和疾病的发生;另一方面,可提高人们室内空气环境质量和国家公共卫生防疫能力,同时,为建立相关法律、法规提供参考和依据。
1 室内微生物的种类和来源
1.1 室内微生物的种类根据国际标准化组织公布的ISO/DIS
16814 《建筑环境设计—室内空气质量—人居环境室内空气质量的表述方法(Building environment design-indoor air quality -methods of expressing the quality of indoor air for human occupancy)》的定义,微生物污染物分为活性粒子(viable particles)和非活性生物污染物(non-viable biological pollutants),主要包括病毒、细菌、真菌孢子、与螨、真菌以及代谢产物相关的颗粒等它们以气溶胶形式存在或沉积于物体表面。
1.2 室内微生物的来源室内空气微生物的来源多样。大气中微生物通过室内外空气交换进入室内是室内微生物的来源之一。大气中微生物主要来自植物、动物、生活活动、生产活动、污水污物、土壤、灰尘等。室内人体及其活动不仅是微生物极大的贮存体、繁殖体,也是巨大的散发源。据测每人每分钟即使是静止状态下也可向空气散发500~1500个带菌粒子,每次咳嗽或者打喷嚏可排放多达10 4 ~10 6 个带菌粒子。
建筑空调系统污染是导致室内微生物污染的重要原因。建筑空调系统中的过滤器、表冷器、冷凝水接水盘、排水装置、潮湿翅片和加湿器等都是容易孳生细菌和霉菌等微生物的场所。
随着空调系统的运行,这些微生物通过送风系统进入室内,成为室内微生物污染的来源之一。
有研究表明,空气中的细菌以革兰阳性菌为主;对城市、农村、森林、沿海等地区空气的培养结果显示,革兰阳性菌所占比例分别为84.8%,79.9%,84.7%,72.3%,其中,又以芽孢杆菌属含量居多。我国专家对北京地区室外空气的培养结果显示,革兰阳性菌占70%~85%,其中,含量较多的为微球菌属、芽孢杆菌属、葡萄球菌属和假单孢菌属;真菌主要为枝孢菌属(48.2%)。
对人员流动较大的饭店室内空气质量的检测结果显示,革兰阳性菌同样占优势,其中,微球菌、杆菌含量较多。
2 室内微生物污染现状和传播研究
2.1 室内微生物污染现状通过检测室内微生物浓度可知,学校内学生宿舍、食堂、自习室、网吧等场所存在一定程度的微生物污染,且主要以细菌和真菌居多。有研究表明,住宅和办公室内微生物浓度分别为10 3 、10 2 cfu/m 3 ;住宅中微球菌的含量占36%,其次为表皮葡萄球菌;存在霉菌的房间中霉菌浓度为10~10 3 cfu/m 3 ,且夏季霉菌的浓度比冬季高出近10~100 倍。
有研究结果显示,在医院母婴室等对微生物污染控制要求较高的场所,由于人员走动和探视人员数量较多,空气微生物污染严重;若严格遵守湿式打扫方式,同时,控制探视人员数量可以降低室内微生物污染程度。张敬党等报道了沈阳市医院室内微生物污染的监测结果,得出医院室内微生物污染严重,夏季各科室内微生物污染程度较春季加重,其中,母婴室和口腔科的室内微生物污染程度居Ⅱ类和Ⅲ类科室之首,建议在气候干燥的北方,夏季时加强医院空气的消毒管理,减轻医院室内微生物的污染程度。
空调通风系统的微生物污染是导致室内微生物超标的重要原因。目前,已开展了许多公共场所空调通风系统的微生物污染现状研究,研究涵盖了办公室、超市、宾馆、餐厅、商场等公共场所的空调通风系统。上述研究发现,送风口、管道等位置存在一定的微生物污染,应加强消毒处理,以避免由于通风系统的污染,不仅难以将新鲜的空气送入室内稀释污染物浓度,反而加重了室内微生物的污染程度。
还有研究表明,较高的人员密度和通风量的不足是导致商场、住宅、办公室、学校和饭店等场所微生物污染的主要因素。
2.2 室内微生物污染传播研究微生物污染具有自身的特殊性。由于微生物的繁殖或死亡,微生物污染存在一定的不确定性。然而室内微生物大部分附着在颗粒物上,因此,国内外众多学者普遍采用物理颗粒物代替生物颗粒物,通过实验和数值模拟相结合的方法,建立了相关的数值模拟模型,研究了在通风条件下不同环境、不同气流形式下微生物的分布、传播和去除的规律以及减少和去除微生物污染的有效途径。
日本专家在室内无风以及有空调通风条件下,对咳嗽产生的液滴的传播进行了计算机模拟分析,并对液滴的传播距离进行了实验研究,结果表明,咳嗽产生的液滴由于其粒径分布并不一致,不同的颗粒其传播特性各不相同,随着动力学直径的增加,重力和惯性影响加大,室内流场的影响减弱。
国内的很多学者对生物颗粒物在室内的分布、运动、传播规律的研究进行了一些有益的尝试。清华大学采用CFD 软件通过计算机模拟的方法,得到合适的换气次数以减轻室内微生物污染的程度;同时,研究还表明,不同空调送风对室内微生物污染的控制效果有限。
然而物理颗粒毕竟不同于微生物颗粒,难以完全代表室内实际微生物颗粒的分布和传播规律。目前,仅有少数学者直接利用微生物颗粒研究其在通风条件下的分布和传播规律,这主要是由于:一方面,微生物颗粒是活的生命体,有着自己独特的繁殖周期和传播规律,需要通过发生、采样、特定条件下培养才能得到实际浓度;另一方面,微生物颗粒实验耗时较长、成本昂贵,且微生物的生存受到温度、湿度等众多条件的影响,对实验环境的气密性和参数稳定性等方面要求严格。
国内研究人员在气密可消毒的环境舱内,采用粘质沙雷菌作为示踪微生物,研究微生物颗粒在室内的分布、传播情况以及室内环境参数(换气次数、气流形式、自然衰减等)对微生物衰减的影响。Gupta 等通过实验研究,得到了人体在咳嗽、谈话、呼吸等生理反应时的数学模型,为研究带有致病因子的人群咳嗽、谈话、呼吸等活动可能造成的微生物污染提供模型参考。同时,刘树森等在一个气密的环境舱内,采用实验和数值模拟相结合的方法,研究得到了人体在咳嗽、呼吸、谈话等活动时所产生生物颗粒物的分布、传播距离等规律。
3 室内微生物污染的去除方法
3.1 过滤通风空气过滤技术多被应用于电子洁净室、制药厂房、生物实验室和实验动物房等环境,用以净化空气中的微生物和颗粒物。它将环境气流一次性通过过滤器,将微生物拦截在过滤器上,达到去除室内微生物的目的。
室内常见的空气过滤技术包括大型建筑的集中式空气处理设备和室内空气净化机。集中式空气处理设备首先将空气中的微生物过滤在集中布置的过滤器上,再将干净的空气送入室内,同时,需要定期更换带有微生物的过滤器。空气净化机通常用在面积较小和相对独立的空间内,其原理也是以过滤通风的方式净化室内空气。
3.2 气体熏蒸近年来,人们普遍认为,气体熏蒸消毒是杀灭和去除空间微生物污染的最有效的手段,常用的熏蒸消毒剂包括甲醛、汽化过氧化氢、气体二氧化氯等。
甲醛由于其杀菌效果好、价格低、操作简便等原因,目前仍是我国医院、实验室常用的熏蒸消毒剂。但有研究显示,甲醛具有潜在的致癌作用,在国外已很少被使用。
过氧化氢具有强氧化性,其杀菌具有广谱性。汽化过氧化氢实为蒸汽,渗透性相对气体而言较弱,对高效过滤器、狭缝、天花板、海绵体等需要穿透消毒的物质的杀菌效果仍需开展进一步研究。
气体二氧化氯由于无三致(致癌、致畸、致突变)作用,为纯气体消毒,无死角、腐蚀小,对病毒、细菌、芽孢、真菌、分支杆菌等均有很好的杀灭效果,目前被广泛应用于水净化处理工艺,水果、蔬菜保鲜等方面。国内外已成功采用气体二氧化氯熏蒸法实现了对隔离器、手术室等场所的有效灭菌消毒。但由于国内对二氧化氯消毒机制和消毒关键技术等缺少相关理论研究和数据支持,且相关消毒装置较为昂贵,因此,气体二氧化氯消毒在国内的应用尚处于起步阶段。
3.3 光催化采用纳米TiO2
光催化法去除微生物的原理是光催化产生的空穴和形成于表面的氧离子表面态能与细菌细胞或胞内的组分进行生化反应,使细菌失活而导致细胞死亡。该方法对真菌有较好的抑制效果,很大程度上抑制了室内真菌的生长和繁殖,但并不能完全杀灭真菌。
3.4 臭氧臭氧本身具有强氧化性,其氧化还原电位仅次于氟,被广泛应用于制药厂房、医院等场所空气的消毒灭菌。同时,臭氧是一把双刃剑,在消毒的同时,由于臭氧刺激机体黏膜组织,可导致喉咙干燥、咳嗽、胸闷、哮喘等呼吸道疾病,必须严格控制臭氧消毒后的残留浓度,密闭空间臭氧消毒后的残余臭氧必须通过通风稀释或其他方式排出。
3.5 溶菌酶溶菌酶作为生物除菌剂不仅可以杀死微生物,而且消耗其他能源少,产生的二次污染也较少。但由于溶菌酶对不同种类微生物的杀灭效果不同,所以目前很多国家的研究人员致力于寻找具有广谱杀菌效果的溶菌酶用于控制生物污染。
另外有研究表明,可以通过将溶菌酶等抑菌物质附着在过滤材料上,所制备出的抗菌过滤材料对金黄色葡萄球菌均有杀灭效果。
3.6 紫外线紫外线的消毒机制是利用254nm 及其附近波长区域的紫外线对微生物DNA 进行破坏,阻止其蛋白质合成,从而抑制细菌的生长、繁殖。医院等传染病高发场所通常安装紫外灯作为常规消毒手段对空气进行消毒,减少交叉污染。
紫外灯的杀菌效果与照射时间和照射强度直接相关,因此,在利用紫外线杀菌时,一定要有足够的杀菌时间和照射强度,以确保有效地杀灭细菌。有研究表明,在相同的照射时间内,带反光罩紫外线灯的细菌杀灭率要显著高于普通紫外线灯;且照射强度越高,消毒效果越好。
3.7 其他方法金属离子抗菌剂的作用机制是利用这些抗菌金属离子所具有的强氧化能力,氧化分解细胞膜,从而直接杀死细菌。抗菌金属离子在载体内扩散速度非常快,与细菌和真菌等微生物的接触面积较大,因而杀死细菌和真菌等微生物的能力较强、速度较快。
总的来说,微生物的去除方式和方法众多,各有利弊,应针对微生物的不同特性和场所选择不同的灭菌方式,以便达到最佳的去除效果。
4 展望
室内微生物污染对人体健康、室内环境、公共卫生安全等方面的影响不容忽视。目前,“SARS”、禽流感、甲型流感的大规模暴发给我国乃至世界的经济和社会生活造成了很大的影响,同时,也使得人们更加重视对微生物污染分布、传播、控制规律的研究。全球众多专家的相关研究也取得了重要的成果和进展,人们已经大致了解室内微生物的分布、传播规律,也发现了针对于多种场所微生物污染的控制方法。
但基于微生物污染的危害性和特殊性,综合目前微生物污染的研究现状,在微生物污染的调查研究、抗菌技术等方面仍需要进行进一步的研究;针对于室内微生物污染的去除和控制方面,仍需在消毒灭菌条件、效果评价等方面进行创新性研究;在消毒灭菌设备方面,更需要借鉴国外的先进技术和设备,研发新型高效的消毒设备,以期实现技术的自主化,维护国家安全和社会经济利益。因此,关于室内微生物污染的相关研究还任重道远。
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