陶長龍

安徽醫(yī)科大學(xué)滁州臨床學(xué)院 滁州市第一人民醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程部，安徽 滁州 239000

引言

醫(yī)用中心負(fù)壓吸引系統(tǒng)由負(fù)壓吸引站的真空泵機組作為負(fù)壓源，通過真空泵的抽吸使吸引系統(tǒng)管路達(dá)到所需的-0.02～-0.07 mPa負(fù)壓值，在手術(shù)室、搶救室、治療室和各病房的終端處產(chǎn)生吸力，用于吸除病人體內(nèi)的痰、血、膿及其他污染物，其吸出物含有大量病菌，且大部分為傳染性病菌，如何系統(tǒng)處理這些帶有病菌的廢氣，是我們亟待研究解決的問題。

多數(shù)醫(yī)院中心負(fù)壓吸引系統(tǒng)排放口在真空站房室內(nèi)，且很多醫(yī)院的負(fù)壓站房建在負(fù)一層，廢氣很難引至室外排放；有的醫(yī)院雖然排放口在負(fù)壓站房室外，但任由含菌氣體自然排放，嚴(yán)重污染周圍環(huán)境。醫(yī)用中心負(fù)壓吸引系統(tǒng)含菌氣體排放現(xiàn)狀應(yīng)該引起醫(yī)療機構(gòu)與監(jiān)管部門的高度重視。造成中心負(fù)壓吸引系統(tǒng)有害氣體排放難以處理的原因還有以下幾點：

（1）沒有制定相關(guān)規(guī)范，或規(guī)范不明確。中心負(fù)壓吸引系統(tǒng)納入醫(yī)療器械監(jiān)管后，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《YY/T 0186-1994》[1]醫(yī)用中心吸引系統(tǒng)通用技術(shù)條件（見YY/T 0186-1994，4.2.6由排放口所排出的空氣，每立方米細(xì)菌數(shù)量不得超過500個），末對系統(tǒng)廢氣放排方式作規(guī)定，而國標(biāo)《GB50751-2012》[2]醫(yī)用氣體工程技術(shù)規(guī)范僅對排放口的位置作了限制，且僅對系統(tǒng)采用被動性規(guī)避式有害排放（見GB50751-2012，4.4.4.4排放口位于室外，不得與醫(yī)用空氣進(jìn)氣口位于同一高度，且與建筑物的門窗、其他開口的距離不少于3 m；4.4.4.5排氣口氣體的發(fā)散不應(yīng)受季風(fēng)、附件建筑、地形及其他因素的影響，排出的氣體不應(yīng)轉(zhuǎn)移至其他人員工作或生活區(qū)域）。

（2）中心吸引真空泵排氣端不能有氣阻的技術(shù)特點束縛了污染氣體的凈化處理，除塵式過濾與活性炭過濾都很難用于吸引真空泵排氣端。

（3）醫(yī)院感染管理多為臨床人員，很難關(guān)注到真空站房，而負(fù)壓吸引系統(tǒng)的建設(shè)、運行與管理多為設(shè)備人員，很難關(guān)注到傳染源的問題，由此造成了專業(yè)結(jié)合時的盲區(qū)。

（4）傳統(tǒng)的除塵式空氣處理如高密度濾網(wǎng)、濾芯、濾袋以及活性炭，氣阻過大，而且使用壽命短，需經(jīng)常更換，維護困難，運行成本高。

為篩選出有效的中心吸引系統(tǒng)廢氣凈化處理技術(shù)，研究比較了幾種空氣凈化、殺菌、消毒方式（表1）。通過研究發(fā)現(xiàn)，納米光觸媒介質(zhì)對排放氣體凈化有非常好的效果，所以本文采用這種方式用于中心負(fù)壓吸引系統(tǒng)廢氣凈化排放研究。

1 材料與方法

目前對空氣凈化處理技術(shù)主要有兩種：一種是除塵式凈化，凈化對象是塵埃，以空氣中塵埃粒子的多少為評判標(biāo)準(zhǔn)；另一種是除菌式凈化，凈化對象是有機粒子，以空氣中含菌量作為評判標(biāo)準(zhǔn)，本文涉及的均指除菌式凈化。

1.1 納米光觸媒對中心負(fù)壓吸引系統(tǒng)排放的廢氣進(jìn)行凈化處理的進(jìn)展及具體方法

納米光觸媒對中心負(fù)壓吸引系統(tǒng)排放的廢氣進(jìn)行凈化處理是筆者和安徽泓瑞公司最新開發(fā)的技術(shù)成果，已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利（專利號：CN105214124B）。

具體方法：在中心吸引站房氣水分離器的排氣管末端置入一個納米光觸媒凈化箱，廢氣經(jīng)納米光觸媒凈化箱凈化處理后排放。凈化排放系統(tǒng)裝置圖，如圖1所示。進(jìn)入凈化箱廢氣引管11將污染廢氣送入凈化箱7，經(jīng)充分凈化處理后由排氣口9排出。氣體凈化裝置釆用納米光觸媒催化技術(shù)[3]，具有殺菌能力強，能對氣體中各種有害物質(zhì)進(jìn)行分解而本身不消耗、不退化。

1.2 光觸媒作用機理

光觸媒（Photocatalyst）是光（Photo/Light）+觸媒（催化劑，catalyst）的合成詞。光觸媒并不是一種物質(zhì)，而是指的一種光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)物質(zhì)的過程和現(xiàn)象[4]。它包括三個要點，即光、光觸媒材料和光觸媒材料的載體。一般我們所說的光觸媒就是指的光觸媒材料（下文中也采用這種說法）。作為光觸媒材料的物質(zhì)有很多種，目前二氧化鈦[5]被認(rèn)為是最有前途的綠色環(huán)保型光催化劑。光觸媒納米材料在光的照射下，把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，促進(jìn)有機物的合成或使有機物降解的過程[6-9]。

圖1 醫(yī)用負(fù)壓吸引凈化排放系統(tǒng)裝置圖

其作用機理是：光觸媒在紫外光照射下，價帶電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，形成了電子和空穴，與其表面的O2和H2O作用，生成超氧化物陰離子自由基O2-和羥基自由基-OH，其自由基具有很強的氧化分解能力，能破壞有機物中的C-C鍵、C-H鍵、C-N鍵、C-O鍵、O-H鍵、N-H鍵，將有機物分解為CO2與H2O，同時破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜，固化病毒的蛋白質(zhì)，改變細(xì)菌、病毒的生存環(huán)境，從而殺死細(xì)菌、病毒，并有效分解霉菌；通過氫氧自由基分解氣體中的有機物氣體，除去空氣中的臭味；對空氣中的甲醛、苯、氨及其他揮發(fā)性有機化合物有強大的氧化分解作用，使之變?yōu)镃O2和H2O，從而達(dá)到凈化空氣的效果[10]；光觸媒還能釋放氧負(fù)離子，還人們一個真正綠色的生存環(huán)境[11]。由于光觸媒涂層的高親水性，可形成防霧涂層，同時由于其強大的氧化作用，可在一定程度上氧化掉表面的油污，保持自身清潔。二氧化鈦光觸媒具有吸收紫外線的特性，可使被涂面免遭紫外線的老化作用，大大延長被涂面的使用壽命。

表1 幾種空氣凈化介質(zhì)比較

2 納米光觸媒凈化裝置研究

2.1 納米光觸媒凈化裝置結(jié)構(gòu)

納米光觸媒凈化箱為一密閉的空間，內(nèi)由氣體導(dǎo)流板、分層凈化區(qū)域、出口排風(fēng)機組成。綜合利用紫外線滅菌、光觸媒光催化殺菌、活性炭吸附技術(shù)使箱內(nèi)氣體得到凈化。凈化箱采用三道紫外線光源，二層雙面光觸媒網(wǎng)板（相當(dāng)于3層光觸媒板）與一層活性炭濾網(wǎng)板構(gòu)造，如圖2所示。

圖2 納米光觸媒凈化裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)及氣體凈化氣流流向圖

2.2 氣體凈化流程

醫(yī)用中心負(fù)壓吸引系統(tǒng)排放的污染氣體由入口1進(jìn)入凈化箱A室，氣體在A室受到強紫外線光源3的捕殺，經(jīng)光觸媒網(wǎng)板6流進(jìn)入B室，因為網(wǎng)板6受到光源3的激發(fā)，有害的有機物質(zhì)穿過網(wǎng)板6時，會被分解成CO2和H2O。由于氣體流動速度造成網(wǎng)板6對有害物質(zhì)分解不徹夠底，箱內(nèi)紫外線光源4與光觸媒網(wǎng)板6和7組成凈化B室進(jìn)一步消滅剩余的有害物質(zhì)。氣體由B室流向C室時經(jīng)紫外線光源5與光觸媒7再次消滅剩余的有害物質(zhì)。最后氣體由C室流向D室時，經(jīng)活性炭板徹底吸附有害殘余，使得進(jìn)入的污染氣體凈化為干凈無味的氣體由排風(fēng)機9排出，使得排出的氣體凈化率大于90%。

2.3 效果評價

2.3.1 凈化度

為了衡量空氣處理裝置對空氣處理效果，把凈化度（Q）作為衡量空氣處理裝置、產(chǎn)品、材料與技術(shù)方法的指標(biāo)，見公式(1)。

其中，Q為凈化度，C為出口1 m3氣體含菌量，R為入口1 m3氣體含菌量。廢氣處理裝置對氣體的處理程度用出口氣體雜質(zhì)含量與入口氣體雜質(zhì)含的比值來評價。

2.3.2 影響凈化度（Q）的因數(shù)

凈化度（Q）與下列參數(shù)有關(guān)：

（1）光觸媒網(wǎng)板層數(shù)（N）。氣體通過1層光觸媒網(wǎng)板和通過多層光觸媒網(wǎng)板所得到的凈化程度是不同的，層數(shù)越多，凈化程度越高。換句話說，氣體循環(huán)流過光觸媒網(wǎng)板的次數(shù)越多，氣體凈化的程度越高。通過實驗得到不同層數(shù)下氣體被凈化的數(shù)值（表2）。由表2可見，當(dāng)光觸媒網(wǎng)板層數(shù)達(dá)到4層后，再増加層數(shù)，則凈化效果增加不明顯。當(dāng)光照理想，氣體流速足夠時，四層光觸網(wǎng)板滅菌率達(dá)98%，能達(dá)到理想的凈化效果。

表2 Q值與光觸媒層數(shù)（N）關(guān)系

（2）光功率（紫外線照射強度）。不同波長的光源與光照強度對光觸媒網(wǎng)板催化作用是不同的[12]，當(dāng)箱體一定時，我們用380 nm以下光源的光功率來衡量光對觸媒網(wǎng)板的催化作用，光功率越大，廢氣凈化程度越高。夏季室外太陽光中紫外線照射強度可達(dá)0.5～0.6 mW/cm2，春秋季平均在0.3～0.4 mW/cm2之間，冬季平均在0.2～0.3 mW/cm2。而光觸媒材料在0.02 mW/cm2照射強度下就能被催化，0.205 mW/cm2可達(dá)到全面催化。當(dāng)照射強度超過春秋季太陽光劑量時，達(dá)到催化過剩，稱之為光線飽和，也就是光觸媒材料已被充分催化，再增加照射強度不會改變凈化效果。下列是可充作光源用的紫處線殺菌燈的功率與照射強度一覽表[13]，見表3和表4。

表3 GB19258-2003雙端紫外線殺菌燈紫外線輻射照度額定值

表4 GB19258-2003單端紫外線殺菌燈紫外線輻射照度額定值

（3）氣體流速。氣體以不同的速度流經(jīng)光觸媒網(wǎng)板時，網(wǎng)板對氣體中有機物分解率是不同的。流速為0時，光觸媒網(wǎng)板對氣體中有機物分解率達(dá)100%；流速為無窮大時，光觸媒網(wǎng)板對氣體中有機物分解率就是零。氣體流速用m/s來衡量。

2.3.3 凈化程度關(guān)系式

當(dāng)納米光觸媒材料一定時，經(jīng)研究納米光觸媒廢氣處理裝置對廢氣處理的凈化程度關(guān)系式為：

納米光觸媒凈化技術(shù)中氣體凈化程度（J）與氣體通過納米光觸媒網(wǎng)板的流速（V）成反比；在不飽和光照下，與納米光觸媒材料受到紫外光激發(fā)光功率（W）成正比；與納米光觸媒網(wǎng)板層數(shù)對應(yīng)的Q值成正比（本發(fā)明中納米光觸媒層為3層，Q=0.95）。

3 結(jié)論與探討

納米光觸媒技術(shù)常用于空氣凈化[14]和污水處理[15]等方面，我們將其設(shè)計成納米光觸媒凈化裝置，用于醫(yī)院中心負(fù)壓吸引系統(tǒng)的廢氣排放凈化處理，可操作性強，凈化廢氣充分、安全、高效、可靠，具有創(chuàng)新性。本凈化裝置使用紫外光燈與光觸媒催化復(fù)合潔凈技術(shù)[16]，具有凈化空氣能力強、效果持久穩(wěn)定、無二次污染、維持費用低、操作簡單等優(yōu)越性[17-18]，使中心吸引系統(tǒng)廢氣高度凈化后排放，達(dá)到安全環(huán)保的目的。

在一年多的數(shù)據(jù)測試中，我們得出的數(shù)據(jù)并非100%準(zhǔn)確，這與納米光觸媒凈化裝置的使用環(huán)境有關(guān)系，如機房本身面積較小、散熱不好、紫外線燈管老化損壞、機房的電壓不穩(wěn)定導(dǎo)致紫外線的光功率波動等均會影響測試效果，從而得出的結(jié)論有偏差。

此外，我們發(fā)明的納米光觸媒凈化裝置，不僅只應(yīng)用于醫(yī)用負(fù)壓吸引系統(tǒng)氣體的排放凈化，還可應(yīng)用于大型化工廠的可集中回收尾氣、手術(shù)室的麻醉回收氣體、其他有毒有害氣體的集中凈化排放等等，為可集中處理的氣體凈化排放提供了創(chuàng)新思路、合理途徑和重要方法。