室內(nèi)空氣中微生物污染控制方法及研究進(jìn)展

室內(nèi)空氣中細(xì)菌、真菌、病毒等微生物，容易引發(fā)人體健康問(wèn)題。科學(xué)合理控制室內(nèi)空氣中微生物，有利于提升公共衛(wèi)生防疫能力與提高室內(nèi)空氣質(zhì)量。通過(guò)總結(jié)近年來(lái)室內(nèi)空氣中微生物污染控制方法，包括通風(fēng)換氣、過(guò)濾除菌、紫外輻照、等離子體、光催化、臭氧消毒、過(guò)氧乙酸消毒、二氧化氯消毒、中藥消殺等，提出新型材料推進(jìn)消毒滅菌技術(shù)發(fā)展，開(kāi)發(fā)高效的細(xì)菌病毒過(guò)濾材料、原位滅活技術(shù)與裝置，并將其應(yīng)用在暖通空調(diào)新風(fēng)及空氣凈化系統(tǒng)是未來(lái)的發(fā)展方向。
 
空氣中病毒、細(xì)菌、真菌等活體，附著于細(xì)微顆粒物如塵埃粒子、水蒸氣等載體上，以氣溶膠的形式存在于空氣中，被稱為空氣微生物。病毒、細(xì)菌和真菌等均會(huì)危害人體健康。目前，還在肆虐的新型冠狀病毒是典型的空氣傳播致病微生物，對(duì)疫情的控制已成為全世界的熱點(diǎn)問(wèn)題。掌握室內(nèi)微生物的來(lái)源并科學(xué)合理控制室內(nèi)微生物，有利于提升公共衛(wèi)生防疫能力與提高室內(nèi)空氣質(zhì)量。
 
一、微生物來(lái)源
 
土壤、水體、大氣等自然環(huán)境中的微生物是室內(nèi)微生物來(lái)源之一。微生物附著在細(xì)微顆粒物如塵埃、水蒸氣等載體上懸浮于大氣中形成氣溶膠，通過(guò)室內(nèi)外空氣交換進(jìn)入室內(nèi)。
 
室內(nèi)環(huán)境相對(duì)濕度大的區(qū)域如衛(wèi)生間、廚房等區(qū)域，以及加濕器、空調(diào)等電器設(shè)備中濕度大的模塊，均容易滋生細(xì)菌和真菌等微生物。室內(nèi)人員及飼養(yǎng)寵物的活動(dòng)等都可能造成室內(nèi)微生物污染。地毯、布藝沙發(fā)、窗簾等紡織品在使用過(guò)程中產(chǎn)生的絮狀物則為微生物繁殖提供了場(chǎng)所。
 
二、室內(nèi)空氣中微生物污染控制方法
 
1、通風(fēng)換氣法
 
通風(fēng)換氣通過(guò)物理稀釋有效降低了室內(nèi)空氣微生物濃度。常用的通風(fēng)方式有自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩種。
 
李錦卉比較了手術(shù)室兩種消毒方案效果：第一組為手術(shù)后先開(kāi)窗通風(fēng)一定時(shí)間再密閉門(mén)窗進(jìn)行空氣消毒，第二組為手術(shù)后直接密閉門(mén)窗進(jìn)行空氣消毒，兩種消毒方案密閉門(mén)窗后消毒時(shí)間相同，各統(tǒng)計(jì)20例進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)顯示，第一組滅菌后的空氣達(dá)標(biāo)率明顯高于第二組。于丹等測(cè)試了新風(fēng)系統(tǒng)開(kāi)啟前后的教室空氣中細(xì)菌和真菌濃度。結(jié)果顯示，開(kāi)啟新風(fēng)系統(tǒng)1.5～2.0 h后，教室空氣中細(xì)菌濃度平均降低82.10%，真菌濃度平均降低86.64%。隨著新風(fēng)量的增大，室內(nèi)氣溶膠污染狀況有明顯改善。
 
通風(fēng)換氣法本質(zhì)是采用物理轉(zhuǎn)移的方法降低室內(nèi)微生物濃度。該法操作簡(jiǎn)單，但不能滅殺微生物，可結(jié)合其他消毒方法凈化室內(nèi)空氣。
 
2、過(guò)濾除菌方法
 
空氣過(guò)濾是空氣流經(jīng)過(guò)濾器時(shí)，其中的微生物氣溶膠由于尺寸大于過(guò)濾器濾膜孔徑而被攔截在過(guò)濾器上，從而去除微生物的方法�？諝膺^(guò)濾器可以過(guò)濾病毒、細(xì)菌和顆粒物。病毒通常寄生于其他微生物上，空氣中病毒及其寄生體尺寸遠(yuǎn)大于病毒本身;細(xì)菌經(jīng)常以群體團(tuán)聚形式存在，與其載體共存。
 
徐慶華等研究層流過(guò)濾除菌、空氣消毒機(jī)消毒、紫外輻照3種消毒方法對(duì)手術(shù)室空氣的消毒效果，數(shù)據(jù)顯示，手術(shù)室無(wú)人員活動(dòng)時(shí)，消毒120 min后，層流過(guò)濾法處理、空氣凈化機(jī)處理、紫外輻照處理后空氣中自然菌消亡率分別為100%、94.47%、82.82%。在人員活動(dòng)情況下，凈化后污染回升率高低順序?yàn)椋鹤贤饩�消毒>空氣凈化機(jī)>層流過(guò)濾法，層流過(guò)濾法的空氣除菌凈化效果最佳。徐國(guó)洋等測(cè)試了多種空氣過(guò)濾器的過(guò)濾效率。結(jié)果顯示，傳統(tǒng)空氣過(guò)濾器攔截去除微生物和顆粒物效率都比較高;而紫外線(臭氧)型過(guò)濾器對(duì)微生物的攔截和原位滅殺效果更強(qiáng)。
 
高效低阻的空氣過(guò)濾材料研發(fā)和應(yīng)用是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。駐極體纖維除具有低阻、高效的過(guò)濾作用外，還有很好的抗菌性能。納米纖維是通過(guò)引入納米纖維和微米纖維制備的疊層和混合結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，具有高效的微細(xì)顆粒物捕集能力，過(guò)濾性能極佳。賀瑋等制備出改性大豆蛋白-BC復(fù)合材料(MSPI-BC、M7S-BC和M11S-BC)，該材料具有較高的過(guò)濾效率。
 
過(guò)濾除菌法操作簡(jiǎn)單，但只能起到過(guò)濾的作用，不能殺滅微生物，還可能為微生物繁殖提供溫床，造成二次污染�，F(xiàn)有空氣凈化設(shè)備和空調(diào)粗效或中效過(guò)濾材料對(duì)直徑較小的病毒濾除效果不高，建議采用高效過(guò)濾材料和紫外、臭氧、室溫高效催化劑等相結(jié)合的復(fù)合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)病毒的高效濾除和原位滅殺。
 
3、紫外輻照方法
 
紫外輻照最有效的殺菌方法，波長(zhǎng)范圍是200～270 nm，此波長(zhǎng)范圍為核酸吸收光譜范圍。UVC作用于微生物(病毒、細(xì)菌等)，破壞其細(xì)胞組成物質(zhì)核酸、蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，引起兩者的交聯(lián)破裂，造成細(xì)胞死亡，達(dá)到滅菌目的。
 
KIM等研究UVC-LED對(duì)多種細(xì)菌、真菌和病毒分別進(jìn)行滅活測(cè)試，發(fā)現(xiàn)對(duì)UVC抵抗能力強(qiáng)弱為：病毒>真菌>細(xì)菌。紫外消毒可運(yùn)用在多種場(chǎng)所。目前，大規(guī)模使用的紫外光源是汞燈，逐漸占領(lǐng)市場(chǎng)的是紫外發(fā)光二極管(UV-LED)器件。
 
紫外輻照消殺微生物的效果取決于環(huán)境的相對(duì)濕度、輻照劑量以及密閉空間的大小。紫外輻照具有良好滅菌效果，在病房、手術(shù)室、無(wú)菌實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)所應(yīng)用廣泛。紫外輻照消毒技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)純熟，但紫外輻照對(duì)人體有害，不被推薦用于普通家庭室內(nèi)空氣的消毒凈化。
 
4、等離子體技術(shù)
 
等離子體是在高壓作用下發(fā)生的一種氣體部分或完全電離產(chǎn)生的電子、原子、高能粒子、受激分子、活性氧等物質(zhì)的集合體，這種離子化氣體正、負(fù)電荷數(shù)相等，整體呈電中性，是物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)。在高能紫外線光子、高能粒子、高能活性自由基團(tuán)等共同作用下，微生物體內(nèi)核酸和蛋白質(zhì)變性失活，進(jìn)而造成微生物死亡。
 
朱天樂(lè)等研究結(jié)果表明:直流電暈放電等離子體對(duì)室內(nèi)空氣中微生物和粗顆粒物(TSP和PM10)的去除效率較高，對(duì)細(xì)顆粒物(PM2.5)的去除效率略低;正極性電暈放電對(duì)微生物的去除效果高，負(fù)極性電暈放電對(duì)微生物的去除效果相對(duì)較低;等離子體對(duì)真菌滅殺效率高，對(duì)細(xì)菌滅殺效率相對(duì)較低。于龍等研究結(jié)果顯示，低溫等離子體空氣消毒機(jī)對(duì)室內(nèi)氣溶膠的除菌率為：金黃色葡萄球菌為99.98%、藤黃微球菌為99.98%、噬菌體Phi X174為99.95%。李笑顏等對(duì)大巴車、小臥車、學(xué)生宿舍空氣和物體表面用低溫等離子體消毒機(jī)進(jìn)行消毒，并進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)價(jià)，數(shù)據(jù)顯示，該消毒機(jī)對(duì)室內(nèi)空氣中自然菌的滅殺率均在90%以上，消毒效果較好，對(duì)物體表面自然菌的滅殺效果略低。
 
在等離子體作用下，微生物被電場(chǎng)捕集時(shí)會(huì)直接被滅殺。等離子空氣消毒機(jī)滅殺空氣微生物的同時(shí)還可以除塵，缺點(diǎn)是需要定期清洗濾網(wǎng)。
 
5、光催化方法
 
光催化殺菌技術(shù)主要是利用光催化劑在光的作用下產(chǎn)生活性氧(ROS)和自由基氧化微生物達(dá)到殺滅效果。Ti O2光催化技術(shù)滅殺微生物具有效果好、作用迅速等特點(diǎn)。由于Ti O2帶隙較寬，只能利用占太陽(yáng)光不到5%的紫外光，活性受光照強(qiáng)度等條件影響。
 
胡愛(ài)清等比較兩種空氣消毒器的消毒效果，結(jié)果顯示，光催化空氣消毒器與紫外線循環(huán)風(fēng)空氣消毒器的滅菌效果無(wú)明顯差異�？讈�?wèn)|等將制作成的Zn O/g-C3N4光催化系統(tǒng)用于處理密閉室內(nèi)的病毒氣溶膠。結(jié)果表明，制成的光催化系統(tǒng)對(duì)Phi X174噬菌體、MS2噬菌體及大腸桿菌氣溶膠均有很好的去除效果。
 
光催化消毒殺菌方法可減少二次污染，可連續(xù)工作。研發(fā)性能穩(wěn)定持久的紫外光驅(qū)動(dòng)光催化材料和性能較好的可見(jiàn)光催化材料，以及將光催化氧化技術(shù)與物理吸附法、等離子體技術(shù)等結(jié)合使用已成為研究新趨勢(shì)。
 
6、臭氧消毒方法
 
臭氧進(jìn)攻微生物組成物質(zhì)中的不飽和鍵，形成醛、酮或羰基類化合物，使核酸和蛋白質(zhì)變性，從而使微生物失活。臭氧在空氣中會(huì)分解產(chǎn)生有強(qiáng)氧化性的活性氧原子(O),O原子可氧化其周圍存在的物質(zhì)，這是臭氧殺菌的間接作用方式。臭氧在相對(duì)濕度較高的空氣中殺菌效率會(huì)提高，原因是當(dāng)空氣的相對(duì)濕度較高時(shí)存在大量水蒸氣，臭氧與H2O分子反應(yīng)可生成氧化性更強(qiáng)的羥基自由基(·OH)。
 
Huang等對(duì)影響臭氧消毒效果的因素做了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)臭氧濃度、室內(nèi)相對(duì)濕度及消毒時(shí)間均對(duì)臭氧的消毒效果有顯著影響。臭氧是室內(nèi)環(huán)境，特別是醫(yī)院環(huán)境中最有效和簡(jiǎn)單的消毒方法之一。唐燕萍等采用國(guó)產(chǎn)某品牌床單位臭氧消毒機(jī)以臭氧濃度≥500 mg/m3對(duì)使用中病房床單位消毒后，自然菌的平均殺滅率達(dá)到99.0%以上。
 
臭氧消毒主要采用高濃度臭氧，不僅危害人體健康，腐蝕建筑材料，還會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。較長(zhǎng)的消毒時(shí)間，無(wú)人封閉的消毒方式限制了臭氧消毒的應(yīng)用范圍。探索臭氧與其他消毒方式的耦合消毒效果及其機(jī)理，提高消毒效果、降低副作用及提高消毒的經(jīng)濟(jì)性是未來(lái)的研究方向。
 
7、過(guò)氧乙酸、二氧化氯消毒方法
 
過(guò)氧乙酸是一種廣譜的化學(xué)消毒劑，能滅殺大部分微生物。錢(qián)沂等研究過(guò)氧乙酸作用于空調(diào)系統(tǒng)時(shí)對(duì)其中微生物的滅殺效果，結(jié)果顯示過(guò)氧乙酸對(duì)細(xì)菌有較好滅殺效果。尹進(jìn)等試驗(yàn)結(jié)果顯示，過(guò)氧乙酸消毒液能高效滅殺枯草桿菌芽孢、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色葡萄球菌。
 
二氧化氯作為消毒劑在食品、水質(zhì)、室內(nèi)空氣等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。方建龍等研究發(fā)現(xiàn)二氧化氯氣體可滅殺室內(nèi)空氣中人工污染菌和自然菌。一定濃度下對(duì)白色葡萄球菌氣溶膠的消除率可達(dá)到99.90%以上。賈海泉等研究不同消毒參數(shù)及實(shí)驗(yàn)條件對(duì)氣體二氧化氯消毒效果的影響，結(jié)果顯示滅菌率與氣體二氧化氯濃度和作用時(shí)間呈顯著正相關(guān)，在二氧化氯濃度為300×10-6，作用時(shí)間為4 h條件下可完全滅殺室內(nèi)空氣中的微生物及其芽孢。二氧化氯消毒時(shí)最適合的環(huán)境相對(duì)濕度是75%。王濤等研究發(fā)現(xiàn)在主動(dòng)循環(huán)下氣體二氧化氯可快速穿透高效空氣過(guò)濾器，并有著良好的消毒效果。
 
過(guò)氧乙酸與二氧化氯等消毒方法為傳統(tǒng)化學(xué)消毒技術(shù)，采用消毒劑噴灑方式進(jìn)行消毒滅菌�；瘜W(xué)試劑噴灑方法具有操作容易、成本低、應(yīng)用廣的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是有殘留、易腐蝕物體，對(duì)工作人員防護(hù)要求高。
 
8、中藥消殺方法
 
中藥消毒研究中常用藥物有艾葉、蒼術(shù)、訶子、桂枝、金銀花等。艾葉含有揮發(fā)油、黃酮、甾醇及其他有機(jī)成分等，多項(xiàng)研究表明艾葉具有抑菌、抗病毒的作用，適用于空氣消毒。應(yīng)用蒼術(shù)消毒具有方法簡(jiǎn)便、成本低、無(wú)毒副作用等優(yōu)勢(shì)。楊月娥等使用蒼術(shù)揮發(fā)油噴霧劑、蒼術(shù)揮發(fā)油熏蒸液，以及蒼術(shù)煙熏劑進(jìn)行房間消毒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在合適的劑量條件下3種類型的蒼術(shù)抑菌劑對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌均有抑制作用。郭金鵬等研究發(fā)現(xiàn)，蒼術(shù)的揮發(fā)油對(duì)大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌、沙門(mén)氏菌、銅綠假單胞等病原菌具有低濃度抑制和高濃度滅活作用。
 
中藥空氣消毒利用中藥材植物中揮發(fā)性成分等對(duì)空氣中細(xì)菌、病毒等微生物的抑制作用達(dá)到滅菌效果。中藥空氣消毒方法成本低廉，操作簡(jiǎn)單，克服了化學(xué)消毒劑的缺點(diǎn)，安全有效、對(duì)人無(wú)刺激、對(duì)物品無(wú)腐蝕，更適合在人員密度大、易污染的環(huán)境中使用。
 
三、研究展望
 
通過(guò)研究新型材料推進(jìn)消毒滅菌方法，例如紫外殺菌方法，選用脈沖紫外光源照射可提升消毒效果，多波長(zhǎng)協(xié)同照射消毒可提高紫外消毒對(duì)微生物的滅殺廣譜性，222 nm遠(yuǎn)紫外消毒技術(shù)具備更良好的消毒效果和極高的安全性。
 
開(kāi)發(fā)高效的細(xì)菌病毒等微生物過(guò)濾、原位滅活技術(shù)與裝置，并應(yīng)用到暖通空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)、空氣凈化器等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)病原體的高效過(guò)濾和殺滅。如在空調(diào)機(jī)組及其系統(tǒng)內(nèi)增加過(guò)濾裝置和動(dòng)態(tài)原位滅殺裝置，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的微生物載體進(jìn)行過(guò)濾并使微生物滅活。