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文檔簡介

1、環(huán)境與健康雜志 2011年 1月第 28卷第 1期 J Environ Health, January 2011, Vol.28, No. 1基金項(xiàng)目:“ 艾滋病和病毒性肝炎等重大傳染病防治 ” 科技重大專項(xiàng)課題(2009ZX10004-502作者簡介:李艷菊 (1980- , 女, 博士研究生, 從事生物凈化技術(shù)和室內(nèi)空 氣品質(zhì)研究 。通訊作者:祁建城, Tel :(022 84656841室內(nèi)空氣微生物污染來源 、 傳播和去除方法研究進(jìn)展李艷菊 1, 2, 祁建城 2, 張宗興 2, 侯麗麗 21. 天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 天津 300072; 2. 國家生物防護(hù)裝備工程技術(shù)研究中心

2、摘要:室內(nèi)微生物污染對(duì)人體健康 、 室內(nèi)環(huán)境 、 公共衛(wèi)生安全等方面產(chǎn)生巨大影響 。 該文介紹了室內(nèi)空氣微生物的種 類 、 來源, 分析了污染現(xiàn)狀 、 微生物傳播規(guī)律的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究的進(jìn)展, 闡述了通風(fēng)過濾 、 化學(xué)熏蒸 、 光催化反應(yīng) 、 臭 氧 、溶菌酶 、 紫外燈等控制微生物污染的方法 。 基于目前情況, 今后需在微生物調(diào)查研究 、 抗菌技術(shù) 、 消毒評(píng)價(jià) 、 滅菌設(shè)備等 方面開展更多研究 。關(guān)鍵詞:空氣污染, 室內(nèi); 微生物; 傳播; 去除 中圖分類號(hào):R183.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1001-5914(2011 01-0086-03Source , Transportatio

3、n and Removal of Indoor Air Microbes:a Review of Recent Researches LI Yan-ju , QI Jian-cheng ,ZHANG Zong-xing , et al . School of Environmental Science and Engineering , Tianjin University , Tianjin 300072, China Corresponding author :QI Jian-cheng , Tel :(022 84656841Abstracts :The indoor air micro

4、bial pollution has huge impacts on human health , indoor environment and public hygiene safety. This paper presented the species and source of indoor microbes , analyzed the status of indoor microbial pollution and transportation research carried out by experimental and numerical simulation method ,

5、 expatiated several removal methods onindoor microbes ,such as air filtration , chemical fumigant , photocatalytic reaction , ozone , lysozyme , UV lights. In terms of presented condition , more studies , related with microbe investigated research , antibacterial techniques , disinfection evaluation

6、 and sterilization equipments , should be conducted on in the future.Key words :Air pollution , indoor ; Microbe ; Transportation ; Removal 室內(nèi)空氣微生物污染研究至今已有上百年的歷史 1。 微生物 在室內(nèi)孳生 、 繁殖后污染空氣, 可引起人們出現(xiàn)眼刺激感 、 過敏 、 哮喘 、 皮炎以及病態(tài)建筑綜合癥, 甚至可導(dǎo)致死亡 。 目前, 室內(nèi)微 生物污染已成為重要的環(huán)境衛(wèi)生問題,成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)之 一 。 因此, 研究并掌握室內(nèi)微生物污染的來源 、 分布和控制

7、方法, 一方面有利于減少微生物的危害和疾病的發(fā)生; 另一方面, 可提 高人們室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量和國家公共衛(wèi)生防疫能力, 同時(shí), 為建 立相關(guān)法律 、 法規(guī)提供參考和依據(jù) 。 1室內(nèi)微生物的種類和來源 1.1室內(nèi)微生物的種類根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織公布的 ISO/DIS16814 建筑環(huán)境設(shè)計(jì) 室內(nèi)空氣質(zhì)量 人居環(huán)境室內(nèi)空氣質(zhì)量 的 表 述 方 法 (Buildingenvironment design -indoor air quality -methods of expressing the quality of indoor air for human occupancy 的 定 義 , 微 生

8、物 污 染 物 分 為 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 、細(xì)菌 、 真菌孢子 、 與螨 、 真菌以及代謝產(chǎn)物相關(guān)的 顆粒等 2它們以氣溶膠形式存在或沉積于物體表面 。 1.2室內(nèi)微生物的來源室內(nèi)空氣微生物的來源多樣 。 大氣中微生物通過室內(nèi)外空氣交換進(jìn)入室內(nèi)是室內(nèi)微生物的來源之 一 。 大氣中微生物主要來自植物 、 動(dòng)物 、 生活活動(dòng) 、 生產(chǎn)活動(dòng) 、 污水污物 、 土壤 、 灰塵等 3。 室內(nèi)人體及其活動(dòng)不僅是微生物極大的 貯存體 、 繁殖體, 也是巨大的散發(fā)源 。

9、據(jù)測(cè)每人每分鐘即使是靜 止?fàn)顟B(tài)下也可向空氣散發(fā) 5001500個(gè)帶菌粒子,每次咳嗽或 者打噴嚏可排放多達(dá) 104106個(gè)帶菌粒子 3。建筑空調(diào)系統(tǒng)污染是導(dǎo)致室內(nèi)微生物污染的重要原因 。 建 筑空調(diào)系統(tǒng)中的過濾器 、表冷器 、 冷凝水接水盤 、 排水裝置 、 潮濕 翅片和加濕器等都是容易孳生細(xì)菌和霉菌等微生物的場(chǎng)所 4。 隨著空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行, 這些微生物通過送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入室內(nèi), 成為 室內(nèi)微生物污染的來源之一 。有研究表明, 空氣中的細(xì)菌以革蘭陽性菌為主; 對(duì)城市 、 農(nóng) 村 、 森林 、 沿海等地區(qū)空氣的培養(yǎng)結(jié)果顯示, 革蘭陽性菌所占比 例分別為 84.8%,79.9%, 84.7%, 72.3

10、%, 其中, 又以芽孢桿菌屬 含量居多 5。 我國專家對(duì)北京地區(qū)室外空氣的培養(yǎng)結(jié)果顯示, 革 蘭陽性菌占 70%85%,其中, 含量較多的為微球菌屬 、 芽孢桿菌 屬 、 葡萄球菌屬和假單孢菌屬; 真菌主要為枝孢菌屬 (48.2%6。 對(duì)人員流動(dòng)較大的飯店室內(nèi)空氣質(zhì)量的檢測(cè)結(jié)果顯示,革蘭陽 性菌同樣占優(yōu)勢(shì), 其中, 微球菌 、 桿菌含量較多 7。 2室內(nèi)微生物污染現(xiàn)狀和傳播研究 2.1室內(nèi)微生物污染現(xiàn)狀通過檢測(cè)室內(nèi)微生物濃度可知, 學(xué)校內(nèi)學(xué)生宿舍 、 食堂 、 自習(xí)室 、 網(wǎng)吧等場(chǎng)所存在一定程度的微生 物污染, 且主要以細(xì)菌和真菌居多 8。 有研究表明, 住宅和辦公室內(nèi)微生物濃度分別為 103

11、、 102cfu/m3;住宅中微球菌的含量占 36%, 其次為表皮葡萄球菌; 存在霉菌的房間中霉菌濃度為 10103cfu/m3, 且夏季霉菌的濃度比冬季高出近 10100倍 9。有研究結(jié)果顯示,在醫(yī)院母嬰室等對(duì)微生物污染控制要求【 綜述 】86環(huán)境與健康雜志 2011年 1月第 28卷第 1期 J Environ Health, January 2011, Vol.28, No. 1較高的場(chǎng)所, 由于人員走動(dòng)和探視人員數(shù)量較多, 空氣微生物污 染嚴(yán)重; 若嚴(yán)格遵守濕式打掃方式, 同時(shí), 控制探視人員數(shù)量可 以降低室內(nèi)微生物污染程度 10。 張敬黨等 11報(bào)道了沈陽市醫(yī)院 室內(nèi)微生物污染的監(jiān)測(cè)

12、結(jié)果, 得出醫(yī)院室內(nèi)微生物污染嚴(yán)重, 夏 季各科室內(nèi)微生物污染程度較春季加重, 其中, 母嬰室和口腔科 的室內(nèi)微生物污染程度居 類和 類科室之首,建議在氣候干 燥的北方, 夏季時(shí)加強(qiáng)醫(yī)院空氣的消毒管理, 減輕醫(yī)院室內(nèi)微生 物的污染程度 ??照{(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的微生物污染是導(dǎo)致室內(nèi)微生物超標(biāo)的重要 原因 。 目前, 已開展了許多公共場(chǎng)所空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的微生物污染 現(xiàn)狀研究, 研究涵蓋了辦公室 、 超市 、 賓館 、 餐廳 、 商場(chǎng)等公共場(chǎng) 所的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng) 11-13。 上述研究發(fā)現(xiàn), 送風(fēng)口 、 管道等位置存 在一定的微生物污染, 應(yīng)加強(qiáng)消毒處理, 以避免由于通風(fēng)系統(tǒng)的 污染, 不僅難以將新鮮的空氣送入

13、室內(nèi)稀釋污染物濃度, 反而加 重了室內(nèi)微生物的污染程度 。還有研究表明,較高的人員密度和通風(fēng)量的不足是導(dǎo)致商 場(chǎng) 、 住宅 、 辦公室 、 學(xué)校和飯店等場(chǎng)所微生物污染的主要因素 14。 2.2室內(nèi)微生物污染傳播研究 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確定 性 。 然而室內(nèi)微生物大部分附著在顆粒物上, 因此, 國內(nèi)外眾多 學(xué)者普遍采用物理顆粒物代替生物顆粒物,通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模 擬相結(jié)合的方法, 建立了相關(guān)的數(shù)值模擬模型, 研究了在通風(fēng)條 件下不同環(huán)境 、 不同氣流形式下微生物的分布 、 傳播和去除的規(guī) 律以及減少和去除微生物污染的有效途徑 。日本專家

14、在室內(nèi)無風(fēng)以及有空調(diào)通風(fēng)條件下,對(duì)咳嗽產(chǎn)生 的液滴的傳播進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬分析,并對(duì)液滴的傳播距離進(jìn) 行了實(shí)驗(yàn)研究, 結(jié)果表明, 咳嗽產(chǎn)生的液滴由于其粒徑分布并不 一致,不同的顆粒其傳播特性各不相同,隨著動(dòng)力學(xué)直徑的增 加, 重力和慣性影響加大, 室內(nèi)流場(chǎng)的影響減弱 15。國內(nèi)的很多學(xué)者對(duì)生物顆粒物在室內(nèi)的分布 、 運(yùn)動(dòng) 、 傳播規(guī) 律的研究進(jìn)行了一些有益的嘗試 16。 清華大學(xué)采用 CFD 軟件通 過計(jì)算機(jī)模擬的方法,得到合適的換氣次數(shù)以減輕室內(nèi)微生物 污染的程度; 同時(shí), 研究還表明, 不同空調(diào)送風(fēng)對(duì)室內(nèi)微生物污 染的控制效果有限 17-19。然而物理顆粒畢竟不同于微生物顆粒,難以完全代表室

15、內(nèi) 實(shí)際微生物顆粒的分布和傳播規(guī)律 。 目前, 僅有少數(shù)學(xué)者直接利 用微生物顆粒研究其在通風(fēng)條件下的分布和傳播規(guī)律,這主要 是由于:一方面, 微生物顆粒是活的生命體, 有著自己獨(dú)特的繁 殖周期和傳播規(guī)律, 需要通過發(fā)生 、 采樣 、 特定條件下培養(yǎng)才能 得到實(shí)際濃度; 另一方面, 微生物顆粒實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長 、 成本昂貴, 且微生物的生存受到溫度 、 濕度等眾多條件的影響 20, 對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán) 境的氣密性和參數(shù)穩(wěn)定性等方面要求嚴(yán)格 。國內(nèi)研究人員在氣密可消毒的環(huán)境艙內(nèi),采用粘質(zhì)沙雷 菌作為示蹤微生物, 研究微生物顆粒在室內(nèi)的分布 、 傳播情 況以及室內(nèi)環(huán)境參數(shù) (換氣次數(shù) 、 氣流形式 、 自然衰減等

16、 對(duì) 微生物衰減的影響 21。 Gupta 等 22, 23通過實(shí)驗(yàn)研究, 得到了人 體在咳嗽 、 談話 、 呼吸等生理反應(yīng)時(shí)的數(shù)學(xué)模型, 為研究帶有 致病因子的人群咳嗽 、 談話 、 呼吸等活動(dòng)可能造成的微生物污 染提供模型參考 。 同時(shí), 劉樹森等 24在一個(gè)氣密的環(huán)境艙內(nèi), 采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究得到了人體在咳 嗽 、 呼吸 、 談話等活動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生生物顆粒物的分布 、 傳播距離 等規(guī)律 。 3室內(nèi)微生物污染的去除方法3.1過濾通風(fēng) 空氣過濾技術(shù)多被應(yīng)用于電子潔凈室 、 制藥廠 房 、 生物實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房等環(huán)境, 用以凈化空氣中的微生物 和顆粒物 。 它將環(huán)境氣流一次性通

17、過過濾器, 將微生物攔截在過 濾器上, 達(dá)到去除室內(nèi)微生物的目的 25。室內(nèi)常見的空氣過濾技術(shù)包括大型建筑的集中式空氣處理 設(shè)備和室內(nèi)空氣凈化機(jī) 。 集中式空氣處理設(shè)備首先將空氣中的 微生物過濾在集中布置的過濾器上, 再將干凈的空氣送入室內(nèi), 同時(shí), 需要定期更換帶有微生物的過濾器 。 空氣凈化機(jī)通常用在 面積較小和相對(duì)獨(dú)立的空間內(nèi),其原理也是以過濾通風(fēng)的方式 凈化室內(nèi)空氣 。3.2氣體熏蒸 近年來, 人們普遍認(rèn)為, 氣體熏蒸消毒是殺滅 和去除空間微生物污染的最有效的手段,常用的熏蒸消毒劑包 括甲醛 、 汽化過氧化氫 、 氣體二氧化氯等 。甲醛由于其殺菌效果好 、 價(jià)格低 、 操作簡便等原因,

18、 目前仍 是我國醫(yī)院 、 實(shí)驗(yàn)室常用的熏蒸消毒劑 。 但有研究顯示, 甲醛具 有潛在的致癌作用, 在國外已很少被使用 。過氧化氫具有強(qiáng)氧化性, 其殺菌具有廣譜性 。 汽化過氧化氫 實(shí)為蒸汽, 滲透性相對(duì)氣體而言較弱, 對(duì)高效過濾器 、 狹縫 、 天花 板 、 海綿體等需要穿透消毒的物質(zhì)的殺菌效果仍需開展進(jìn)一步 研究 。氣體二氧化氯由于無三致 (致癌 、 致畸 、 致突變 作用, 為純 氣體消毒, 無死角 、 腐蝕小, 對(duì)病毒 、 細(xì)菌 、 芽孢 、 真菌 、 分支桿菌 等均有很好的殺滅效果, 目前被廣泛應(yīng)用于水凈化處理工藝, 水 果 、 蔬菜保鮮等方面 26-28。 國內(nèi)外已成功采用氣體二氧化

19、氯熏蒸 法實(shí)現(xiàn)了對(duì)隔離器 、 手術(shù)室等場(chǎng)所的有效滅菌消毒 29, 30。 但由于 國內(nèi)對(duì)二氧化氯消毒機(jī)制和消毒關(guān)鍵技術(shù)等缺少相關(guān)理論研究 和數(shù)據(jù)支持, 且相關(guān)消毒裝置較為昂貴, 因此, 氣體二氧化氯消 毒在國內(nèi)的應(yīng)用尚處于起步階段 。3.3光催化 采用納米 TiO 2光催化法去除微生物的原理是光 催化產(chǎn)生的空穴和形成于表面的氧離子表面態(tài)能與細(xì)菌細(xì)胞或 胞內(nèi)的組分進(jìn)行生化反應(yīng), 使細(xì)菌失活而導(dǎo)致細(xì)胞死亡 。 該方法 對(duì)真菌有較好的抑制效果,很大程度上抑制了室內(nèi)真菌的生長 和繁殖, 但并不能完全殺滅真菌 31。3.4臭氧 臭氧本身具有強(qiáng)氧化性,其氧化還原電位僅次于 氟, 被廣泛應(yīng)用于制藥廠房 、

20、醫(yī)院等場(chǎng)所空氣的消毒滅菌 。 同時(shí), 臭氧是一把雙刃劍,在消毒的同時(shí),由于臭氧刺激機(jī)體黏膜組 織, 可導(dǎo)致喉嚨干燥 、 咳嗽 、 胸悶 、 哮喘等呼吸道疾病, 必須嚴(yán)格 控制臭氧消毒后的殘留濃度,密閉空間臭氧消毒后的殘余臭氧 必須通過通風(fēng)稀釋或其他方式排出 。3.5溶菌酶 溶菌酶作為生物除菌劑不僅可以殺死微生物, 而 且消耗其他能源少, 產(chǎn)生的二次污染也較少 。 但由于溶菌酶對(duì)不 同種類微生物的殺滅效果不同,所以目前很多國家的研究人員 致力于尋找具有廣譜殺菌效果的溶菌酶用于控制生物污染 。 另外有研究表明,可以通過將溶菌酶等抑菌物質(zhì)附著在過 濾材料上,所制備出的抗菌過濾材料對(duì)金黃色葡萄球菌均有

21、殺 滅效果 32。3.6紫外線 紫外線的消毒機(jī)制是利用 254nm 及其附近波長 區(qū)域的紫外線對(duì)微生物 DNA 進(jìn)行破壞,阻止其蛋白質(zhì)合成, 從 而抑制細(xì)菌的生長 、 繁殖 33。 醫(yī)院等傳染病高發(fā)場(chǎng)所通常安裝紫 外燈作為常規(guī)消毒手段對(duì)空氣進(jìn)行消毒, 減少交叉污染 。紫外燈的殺菌效果與照射時(shí)間和照射強(qiáng)度直接相關(guān), 因此, 87環(huán)境與健康雜志 2011年 1月第 28卷第 1期 J Environ Health, January 2011, Vol.28, No. 1在利用紫外線殺菌時(shí), 一定要有足夠的殺菌時(shí)間和照射強(qiáng)度, 以 確保有效地殺滅細(xì)菌 。 有研究表明, 在相同的照射時(shí)間內(nèi), 帶反 光

22、罩紫外線燈的細(xì)菌殺滅率要顯著高于普通紫外線燈;且照射 強(qiáng)度越高, 消毒效果越好 34。3.7其他方法 金屬離子抗菌劑的作用機(jī)制是利用這些抗菌 金屬離子所具有的強(qiáng)氧化能力, 氧化分解細(xì)胞膜, 從而直接殺 死細(xì)菌 。 抗菌金屬離子在載體內(nèi)擴(kuò)散速度非??? 與細(xì)菌和真 菌等微生物的接觸面積較大, 因而殺死細(xì)菌和真菌等微生物的 能力較強(qiáng) 、 速度較快 。總的來說, 微生物的去除方式和方法眾多, 各有利弊, 應(yīng)針 對(duì)微生物的不同特性和場(chǎng)所選擇不同的滅菌方式,以便達(dá)到最 佳的去除效果 。4展望室內(nèi)微生物污染對(duì)人體健康 、 室內(nèi)環(huán)境 、 公共衛(wèi)生安全等方 面的影響不容忽視 。 目前, “ SARS ” 、

23、禽流感 、 甲型流感的大規(guī)模 暴發(fā)給我國乃至世界的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活造成了很大的影響, 同 時(shí), 也使得人們更加重視對(duì)微生物污染分布 、 傳播 、 控制規(guī)律的 研究 。 全球眾多專家的相關(guān)研究也取得了重要的成果和進(jìn)展, 人 們已經(jīng)大致了解室內(nèi)微生物的分布 、 傳播規(guī)律, 也發(fā)現(xiàn)了針對(duì)于 多種場(chǎng)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, 綜合目前微生物污染 的研究現(xiàn)狀, 在微生物污染的調(diào)查研究 、 抗菌技術(shù)等方面仍需要 進(jìn)行進(jìn)一步的研究;針對(duì)于室內(nèi)微生物污染的去除和控制方面, 仍需在消毒滅菌條件 、 效果評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行創(chuàng)新性研究; 在消毒 滅菌設(shè)備方面, 更需要借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)和

24、設(shè)備, 研發(fā)新型高 效的消毒設(shè)備, 以期實(shí)現(xiàn)技術(shù)的自主化, 維護(hù)國家安全和社會(huì)經(jīng) 濟(jì)利益 。 因此, 關(guān)于室內(nèi)微生物污染的相關(guān)研究還任重道遠(yuǎn) 。 參考文獻(xiàn):1于璽華 . 現(xiàn)代空氣微生物學(xué) M . 北京:人民軍醫(yī)出版社, 2002:23-29.2ISO 16814. Building environment design-indoor air quality-methods of expressing the quality of indoor air for human occupancy S . 2005. 3車鳳翔 . 空氣生物學(xué)原理及應(yīng)用 M . 北京:科學(xué)出版社, 2004:28-30

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31、種芽孢氣溶膠存活的影響 J . 解放軍預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志, 1990, 8(3: 230-234.21Li YJ , Hao LM , Wang S , et al. An experimental study on removal efficiency of bio-particles in an airtight decontamination chamber J . Building and Environment , 2009, 44:2270-2275.22Gupta JK , Lin CH , Chen Q. Flow dynamics and characterization of a

32、 cough J . Indoor Air , 2009, 19:517-525.23Gupta JK , Lin CH , Chen Q. Characterizing exhaled airflow from breathing and talking J . Indoor Air , 2010, 20:31-39.24劉樹森 . 口腔散發(fā)微生物氣溶膠在室內(nèi)傳播和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究 D . 天津:天津大學(xué), 2007.25Fisk WJ , Faulkner D , Palonen J , et al. Performance and costs of particles air filtration technologies J . Indoor Air , 2002, 12:223-234. 26Huang JL , Wang L , Ren NQ , et al. Disinfection effect of chlorine dioxide on bacteria in water J . Water Res , 1997, 31:607-613.27Ozgur AK , Kadir I , Umit A , et al. Evaluation of the use of chlorine dioxi

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