室內空氣中微生物污染控制方法研究進展

微生物菌種技術及應用

摘要：室內空氣中細菌、真菌、病毒等微生物，容易引發人體健康問題?？茖W合理控制室內空氣中微生物，有利于提升公共衛生防疫能力與提高室內空氣質量。通過總結近年來室內空氣中微生物污染控制方法，包括通風換氣、過濾除菌、紫外輻照、等離子體、光催化、臭氧消毒、過氧乙酸消毒、二氧化氯消毒、中藥消殺等，提出新型材料推進消毒滅菌技術發展，開發高效的細菌病毒過濾材料、原位滅活技術與裝置，并將其應用在暖通空調新風及空氣凈化系統是未來的發展方向。

關鍵詞：室內空氣微生物污染控制

空氣中病毒、細菌、真菌等活體，附著于細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、細菌和真菌等均會危害人體健康。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，對疫情的控制已成為全世界的熱點問題。掌握室內微生物的來源并科學合理控制室內微生物，有利于提升公共衛生防疫能力與提高室內空氣質量。

1 微生物來源

土壤、水體、大氣等自然環境中的微生物是室內微生物來源之一。微生物附著在細微顆粒物如塵埃、水蒸氣等載體上懸浮于大氣中形成氣溶膠，通過室內外空氣交換進入室內。

室內環境相對濕度大的區域如衛生間、廚房等區域，以及加濕器、空調等電器設備中濕度大的模塊，均容易滋生細菌和真菌等微生物。室內人員及飼養寵物的活動等都可能造成室內微生物污染。地毯、布藝沙發、窗簾等紡織品在使用過程中產生的絮狀物則為微生物繁殖提供了場所。

2 室內空氣中微生物污染控制方法

2.1 通風換氣法

通風換氣通過物理稀釋有效降低了室內空氣微生物濃度。常用的通風方式有自然通風和機械通風兩種。

李錦卉比較了手術室兩種消毒方案效果:第一組為手術后先開窗通風一定時間再密閉門窗進行空氣消毒，第二組為手術后直接密閉門窗進行空氣消毒，兩種消毒方案密閉門窗后消毒時間相同，各統計20例進行分析。數據顯示，第一組滅菌后的空氣達標率明顯高于第二組。于丹等測試了新風系統開啟前后的教室空氣中細菌和真菌濃度。結果顯示，開啟新風系統1.5～2.0h后，教室空氣中細菌濃度平均降低82.10%，真菌濃度平均降低86.64%。隨著新風量的增大，室內氣溶膠污染狀況有明顯改善。

通風換氣法本質是采用物理轉移的方法降低室內微生物濃度。該法操作簡單，但不能滅殺微生物，可結合其他消毒方法凈化室內空氣。

2.2 過濾除菌方法

空氣過濾是空氣流經過濾器時，其中的微生物氣溶膠由于尺寸大于過濾器濾膜孔徑而被攔截在過濾器上，從而去除微生物的方法?？諝膺^濾器可以過濾病毒、細菌和顆粒物。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大于病毒本身;細菌經常以群體團聚形式存在，與其載體共存。

徐慶華等研究層流過濾除菌、空氣消毒機消毒、紫外輻照3種消毒方法對手術室空氣的消毒效果，數據顯示，手術室無人員活動時，消毒120 min后，層流過濾法處理、空氣凈化機處理、紫外輻照處理后空氣中自然菌消亡率分別為100%、94.47%、82.82%。在人員活動情況下，凈化后污染回升率高低順序為:紫外線消毒>空氣凈化機>層流過濾法，層流過濾法的空氣除菌凈化效果最佳。徐國洋等測試了多種空氣過濾器的過濾效率。結果顯示，傳統空氣過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)型過濾器對微生物的攔截和原位滅殺效果更強。

較高低阻的空氣過濾材料研發和應用是人們關注的焦點。駐極體纖維除具有低阻、較高的過濾作用外，還有很好的抗菌性能。納米纖維是通過引入納米纖維和微米纖維制備的疊層和混合結構復合材料，具有較高的微細顆粒物捕集能力，過濾性能較高。賀瑋等制備出改性大豆蛋白-BC復合材料(MSPI-BC、M7S-BC和M11S-BC)，該材料具有較高的過濾效率。

過濾除菌法操作簡單，但只能起到過濾的作用，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有空氣凈化設備和空調粗效或中效過濾材料對直徑較小的病毒濾除效果不高，建議采用高效過濾材料和紫外、臭氧、室溫高效催化劑等相結合的復合技術，實現對病毒的高效濾除和原位滅殺。

2.3 紫外輻照方法

紫外輻照有效的殺菌方法，波長范圍是200～270 nm，此波長范圍為核酸吸收光譜范圍。UVC作用于微生物(病毒、細菌等)，破壞其細胞組成物質核酸、蛋白質的分子結構，引起兩者的交聯破裂，造成細胞死亡，達到滅菌目的。

KIM等研究UVC-LED對多種細菌、真菌和病毒分別進行滅活測試，發現對UVC抵抗能力強弱為:病毒>真菌>細菌。紫外消毒可運用在多種場所。目前，大規模使用的紫外光源是汞燈，逐漸占領市場的是紫外發光二極管(UV-LED)器件。

紫外輻照消殺微生物的效果取決于環境的相對濕度、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、手術室、無菌實驗室等場所應用廣泛。紫外輻照消毒技術的應用相對純熟，但紫外輻照對人體有害，不被推薦用于普通家庭室內空氣的消毒凈化。

2.4 等離子體技術

等離子體是在高壓作用下發生的一種氣體部分或完全電離產生的電子、原子、高能粒子、受激分子、活性氧等物質的集合體，這種離子化氣體正、負電荷數相等，整體呈電中性，是物質存在的第四種狀態。在高能紫外線光子、高能粒子、高能活性自由基團等共同作用下，微生物體內核酸和蛋白質變性失活，進而造成微生物死亡。

朱天樂等研究結果表明:直流電暈放電等離子體對室內空氣中微生物和粗顆粒物(TSP和PM10)的去除效率較高，對細顆粒物(PM2.5)的去除效率略低;正極性電暈放電對微生物的去除效果高，負極性電暈放電對微生物的去除效果相對較低;等離子體對真菌滅殺效率高，對細菌滅殺效率相對較低。于龍等研究結果顯示，低溫等離子體空氣消毒機對室內氣溶膠的除菌率為: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%。李笑顏等對大巴車、小臥車、學生宿舍空氣和物體表面用低溫等離子體消毒機進行消毒，并進行檢測與評價，數據顯示，該消毒機對室內空氣中自然菌的滅殺率均在90%以上，消毒效果較好，對物體表面自然菌的滅殺效果略低。

在等離子體作用下，微生物被電場捕集時會直接被滅殺。等離子空氣消毒機滅殺空氣微生物的同時還可以除塵，缺點是需要定期清洗濾網。

2.5 光催化方法

光催化殺菌技術主要是利用光催化劑在光的作用下產生活性氧(ROS)和自由基氧化微生物達到殺滅效果。Ti O2光催化技術滅殺微生物具有效果好、作用迅速等特點。由于Ti O2帶隙較寬，只能利用占太陽光不到5%的紫外光，活性受光照強度等條件影響。

胡愛清等比較兩種空氣消毒器的消毒效果，結果顯示，光催化空氣消毒器與紫外線循環風空氣消毒器的滅菌效果無明顯差異?？讈問|等將制作成的Zn O/g-C3N4光催化系統用于處理密閉室內的病毒氣溶膠。結果表明，制成的光催化系統對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，可連續工作。研發性能穩定持久的紫外光驅動光催化材料和性能較好的可見光催化材料，以及將光催化氧化技術與物理吸附法、等離子體技術等結合使用已成為研究新趨勢。

2.6 臭氧消毒方法

臭氧進攻微生物組成物質中的不飽和鍵，形成醛、酮或羰基類化合物，使核酸和蛋白質變性，從而使微生物失活。臭氧在空氣中會分解產生有強氧化性的活性氧原子(O),O原子可氧化其周圍存在的物質，這是臭氧殺菌的間接作用方式。臭氧在相對濕度較高的空氣中殺菌效率會提高，原因是當空氣的相對濕度較高時存在大量水蒸氣，臭氧與H2O分子反應可生成氧化性更強的羥基自由基(·OH)。

Huang等對影響臭氧消毒效果的因素做了系統研究，發現臭氧濃度、室內相對濕度及消毒時間均對臭氧的消毒效果有顯著影響。臭氧是室內環境，特別是醫院環境中最有效和簡單的消毒方法之一。唐燕萍等采用國產某品牌床單位臭氧消毒機以臭氧濃度≥500 mg/m3對使用中病房床單位消毒后，自然菌的平均殺滅率達到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，還會對環境產生影響。較長的消毒時間，無人封閉的消毒方式限制了臭氧消毒的應用范圍。探索臭氧與其他消毒方式的耦合消毒效果及其機理，提高消毒效果、降低副作用及提高消毒的經濟性是未來的研究方向。

2.7 過氧乙酸、二氧化氯消毒方法

過氧乙酸是一種廣譜的化學消毒劑，能滅殺大部分微生物。錢沂等研究過氧乙酸作用于空調系統時對其中微生物的滅殺效果，結果顯示過氧乙酸對細菌有較好滅殺效果。尹進等試驗結果顯示，過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、室內空氣等領域被廣泛應用。方建龍等研究發現二氧化氯氣體可滅殺室內空氣中人工污染菌和自然菌。一定濃度下對白色葡萄球菌氣溶膠的消除率可達到99.90%以上。賈海泉等研究不同消毒參數及實驗條件對氣體二氧化氯消毒效果的影響，結果顯示滅菌率與氣體二氧化氯濃度和作用時間呈顯著正相關，在二氧化氯濃度為300×10-6，作用時間為4h條件下可完全滅殺室內空氣中的微生物及其芽孢。二氧化氯消毒時適合的環境相對濕度是75%。王濤等研究發現在主動循環下氣體二氧化氯可快速穿透高效空氣過濾器，并有著良好的消毒效果。

過氧乙酸與二氧化氯等消毒方法為傳統化學消毒技術，采用消毒劑噴灑方式進行消毒滅菌?；瘜W試劑噴灑方法具有操作容易、成本低、應用廣的特點，缺點是有殘留、易腐蝕物體，對工作人員防護要求高。

2.8 中藥消殺方法

中藥消毒研究中常用藥物有艾葉、蒼術、訶子、桂枝、金銀花等。艾葉含有揮發油、黃酮、甾醇及其他有機成分等，多項研究表明艾葉具有抑菌、抗病毒的作用，適用于空氣消毒。應用蒼術消毒具有方法簡便、成本低、無毒副作用等優勢。楊月娥等使用蒼術揮發油噴霧劑、蒼術揮發油熏蒸液，以及蒼術煙熏劑進行房間消毒，結果發現在合適的劑量條件下3種類型的蒼術抑菌劑對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌均有抑制作用。郭金鵬等研究發現，蒼術的揮發油對大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、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性成分等對空氣中細菌、病毒等微生物的抑制作用達到滅菌效果。中藥空氣消毒方法成本低廉，操作簡單，克服了化學消毒劑的缺點，安全有效、對人無刺激、對物品無腐蝕，更適合在人員密度大、易污染的環境中使用。

3 研究展望

通過研究新型材料推進消毒滅菌方法，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，多波長協同照射消毒可提高紫外消毒對微生物的滅殺廣譜性，222nm遠紫外消毒技術具備更良好的消毒效果和良好的安全性。

開發高效的細菌病毒等微生物過濾、原位滅活技術與裝置，并應用到暖通空調系統、新風系統、空氣凈化器等系統，實現對病原體的高效過濾和殺滅。如在空調機組及其系統內增加過濾裝置和動態原位滅殺裝置，對系統內的微生物載體進行過濾并使微生物滅活。

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