医用中心负压吸引系统废气排放的处理——光触媒净化箱
钱小龙，汤新,陶长龙,（安徽泓瑞医用设备工程股份有限公司安徽池州247000）
【摘要】
本文论述了医院中心负压吸引系统污染废气的排放现状与污染废气的处理方法。该处理方法就是对系统的废气排放设置一个净化环节。该环节采用光触媒净化箱的结构与原理，利用光触媒材料、光催化技术对气体净化处理，使系统废气在净化箱中高度净化后由排风机排出。此装置使负压吸引系统废气处理变的简单易行。
[关键词]
医用中心吸引；废气排放；气体净化；杀菌消毒；光催化技术
[中图号]TH77[文献标识码]A
TreatmentofexhaustemissionsfromnegativepressureattractionsysteminmedicalcentersNanotechnologpurifyingbox
QianXiaolongandTangXin[AnhuiHongruimedicalequipmentengineeringLimitedbyShareLtd,Chizhou,Anhui,247100]
【abstract】
Thepresentsituationoftheemissionofpollutionandwastegasfromthenegativepressuresuctionsystemofthehospitalcenterandthetreatmentmethodsofpollutionandwastegasarementionedinthispaper.Themethoddescribedistosetupapurificationlinkfortheexhaustemissionofthesystem.ThislinkdescribesthestructureandprincipleofaPhotocatalystpurificationbox,andusesphotocatalystmaterialandphotocatalytictechnologytotreatgaspurification.Afterpurifyingtheexhaustgasinthepurificationbox,theexhaustfanisdischarged,whichmakesthewastegastreatmentofthenegativepressuresuctionsystemeasyandeasy.
Keywords:
Medicalnegativepressureattraction;Exhaustemissions;Gaspurification;Sterilization;Photocatalytictechnology
0引言
医院中心负压吸引系统是现代化医院医疗用气不可缺少的建设设施，它与中心供氧系统一起称为生命支持系统。医用中心负压吸引系统由负压吸引站的真空泵机组作为负压源,通过真空泵的抽吸使吸引系统管路达到所须的20kPa～70kPa负压值,在手术室、抢救室、冶疗室和各病房的终端处产生吸力，主要用于吸除患者体內的痰、血、脓及其他污染物。其吸出物含有很多病菌，大部分为传染性病菌。该含菌气体排放现状应引起感染办与监管部门高度重视。很多医院排放口在真空站房室内，而有不少医院负压站房建在负一层,废气很难引至室外排放。有的医院排放口虽在负压站房室外，但也是随意自然排放，含菌气体严重污染周围环境。
1中心负压吸引系统有害气体排放难以处理的原因
1.1在医院中心负压吸引系统建设中,设计者与使用者均以供气的连续性为系统主旨，常易疏忽该系统的有害气体排放处理。
1.2没有制定相关规范,或规范不明确,中心负压吸引系统纳入医疗器械监管后先是行业标准YY/T10186－1994《医用中心吸引系统通用技术条件》未对系统放排方式作规定；后是GB50751－2012《医用气体工程技术规范》[1]中4.4.4节仅对排放口的位置作了限制等，对系统采用被动性规避式有害排放。
1.3中心吸引真空泵排气端不能有气阻的技术特点束缚了污染气体的净化处理。除尘式过滤与活性炭过滤都很难用于吸引真空泵排气端。
1.4医院感染管理多为临床人员,较少关注真空站房；而负压吸引系统的建设、运行与管理多为设备人员，较少关注传染源的问题，由此造成了专业结合部的盲区。
1.5传统的除尘式空气处理诸如高密度滤网、滤芯、滤袋以及活性碳，不仅气阻过大、除菌效果差，而且使用寿命短、需经常更换，维护困难，运行成本过高。不适宜用于真空泵排气端除菌。
2几种空气净化处理方式
对几种空气净化(杀菌消毒)方式作以下比较（表1）,以推举出行之有效的中心吸引系统废气排放净化处理技术。
表1气体净化方式与效果对比表
品名 功能介绍 技术特点 优势 劣势 效果评估 新风换气系统 交换室内外的空气，并经过初效、中效过滤网达到净化空气的功能 类似排风扇的功能，增加了过滤网，能过滤80%的悬浮颗粒 换气速度相对较快 室外的空气也相当差，交换达不到好的效果 仅能过滤悬浮颗粒，并无抗菌杀菌功能 紫外线杀菌灯 利用紫外线的杀毒、杀菌功能起净化空气的作用 波长为254nm和285nm的紫外线能起很好的杀菌效果，但较难控制 有一定的杀菌功效 在杀菌的同时对人体也产生了一定的伤害 一定的杀菌功能，但对有害气体没有分解作用 臭氧杀菌器 利用臭氧的杀菌功能 浓度达到0.1mg/L以上，可起杀菌、除异味作用 有杀菌、除异味的作用 浓度超过0.15mg/L会发生恶臭，并温度超过30度，可能致癌 对浓度难以控制，目前较少使用 氧吧 增加室内氧气浓度，将室外空气引进室内 内置制氧装置，对氧气和氮气进行分离，把室外空气引入室内，氮气排出室外 改善室内缺氧环境 引入室外不洁空气，没有净化功能 在增加室内氧气的同时也带进了室外的污染 活性炭 能吸附挥发性有机物 物理吸附 初期反应速度快 持久性差，需定期更换 吸附，细菌毒素仍残留 空气清新剂 能掩盖空气臭味 通过散发人造香味来掩盖空气异味 廉价 本身有低毒性，又不能消毒、杀毒 对污染欲盖弥彰，不足采用 光触媒 高效杀菌、灭菌、除臭、分解甲醛、苯等有机物 纳米光触媒催化技术 超强净化，高效耐用 － 超强抗菌杀菌能力，能有效分解有害气体，除臭、消毒 3排放气体净化处理
目前对空气净化处理技术主要是两种,一种是除尘式净化,其净化对象是尘埃,以空气中尘埃粒子的多少为评判标准；一种是除菌式净化，其净化对象是有机粒子，以空气中含菌量作为评判标准，本文涉及的均指除菌式净化。
3.1负压吸引系统中的气体净化环节
用光触媒技术[2]对中心负压吸引系统排放的废气处理是泓瑞公司最新开发的技术成果，在中心吸引站房汽水分离器的排气管插入一光触媒净化箱,废气经光触媒净化箱净化处理后排放（图1）,排气管（11）将污染废气送入净化箱（7），经充分净化处理后由排气口（9）排出。气体净化箱釆用纳米光催化技术,杀菌能力强，能对气体中各种有害物质进行分解而本身不消耗、不退化。
图1负压吸引系统废气排放处理装置图
图中1:引至病房的吸引总管2:过滤器3:缓冲罐4:真空联接管5:真空泵6:汽水分离器7:光触媒净化箱8:避震喉9:气体排放出口10:箱内排风机11:排气管
3.2.光触媒的净化作用
3.2.1光触媒[2][Photocatalyst]是光[Photo/Light]+触媒(催化剂)[catalyst]的合成词。光触媒并不是一种物质，而是指一种光能转变为化学物质的过程和现象。它包括三个要点：光、光触媒材料和光触媒材料的载体。一般所说的光触媒就是指光触媒材料（本文中也采用这种说法）。作为光触媒材料的物质有很多种，目前TiO2被认为是最有前途的绿色环保型光催化剂。光触媒纳米材料在光照射下把光能转变成化学能，促进有机物的合成或使有机物降解的过程就是光触媒技术。这一过程也叫做光催化，所以光触媒技术又叫做光催化技术。其作用机理是,光触媒在光照射下，价带电子被激发到导带，形成了电子和空穴，与其表面的O2和H2O作用，生成超氧化物阴离子自由基，O2和羟基自由基-OH，其自由基具有很强的氧化分解能力，能破坏有机物中的C-C键、C-H键、C-N键、C-O键、O-H键、N-H键，有机物分解为二氧化碳与水同时破坏细菌的细胞膜固化病毒的蛋白质，改变细菌病毒的生存环境从而杀死细菌、病毒。
4光触媒净化箱
4.1光触媒净化箱结构光触媒净化箱为一密闭的空间，内有气体导流板、分层净化区，出口排风机组成。综合利用紫外线灭菌、光触媒光催化杀菌、活性碳吸附技术使室内气体得到净化。净化箱采用三道紫外线光源，二层光触媒网板与一层活性碳滤板构造（图2）。
图2光触媒净化箱结构图
图2中1：废气进口；2：预外理紫外光照射区；3－5：紫外线灯；6－7：光触媒网板；8：活性碳滤板；9：出口排风机；10：导流板：11:预排区12:外框A：二次降解区；B：未端照射区
4.2气体净化流程如图2所示，吸引排放的污染气体由入口1进入净化箱2：预外理紫外光照射区,气体在2室受到强紫外线光源3的捕杀，经光触媒网板6降解后流进入A室,因为网板6受到光源3的激发,有机物质穿过网板6时会被分解成CO2+H2O。由于气体流动速度造成网板6对有害物质分解不够彻底，箱内紫外线光源4与光触媒网板7组成净化二次降解区,进一步消灭剩余的有害物质。最后气体由B区紫外光源5进行未端照射流向11室时经活性碳板彻底吸附有害残余，使得进入的污染气体净化为干净的气体并由排风机9排出。排出的气体净化成度大于90%。
4.3效果评价
4.3.1为衡量空气处理装置对空气处理效果，我们用净化效率(j)来衡量装置、产品、材料空气处理能力的一项指标：
j=1－(C/R)×100%
j：净化效率
C：出口气体有害物质数或含菌量
R：入口气体有害物质数或含菌量
空气处理装置对气体的处理净化效率（j）用出口气体杂质含量与入口气体杂质含量的比值百分率来评价。
4.3.2净化效率是多因素净化程度(Q)的总体反应,净化成度越大净化效率也越高。在光催化技术中如本净化箱内，影响对有害气体的净化程度(Q)值的大小（主要对指对化学物、微生物的净化程度）在光触媒材料(网板)一定时与下列因素有关：
4.3.2.1光触媒网板层数气体通过1层光触媒网板和通过多层光触媒网板所得到的净化程度不同，层数越多净化程度越高。即气体循环流过光触媒网板的次数越多，气体净化的程度越高。通过实验得到1～5层的气体被净化的参数值分别为0.63、0.86、0.95、0.98和0.99。可见当层数达到4层后，再増加层数净化效果则增加不明显。当光照理想、气体流速足够小时，4层光触网板灭菌率达98%，能达到理想净化的效果。
4.3.2.2光功率（紫外线照射强度）不同波长的光源与光照强度对光触媒网板催化作用不同，当箱体一定时，用380nm以下的光源的光功率来恒量对光触媒网板催化作用，光功率越大净化程度越高。夏季室外太阳光中紫外线照射强度可达0.5～0.6mW/cm2,春秋季平均在0.3～0.4mW/cm2，冬季平均在0.2～0.3mW/cm2。而光触媒材在0.02mW/cm2照射强度下就能被催化，在0.205mW/cm2达到全面催化。当照射强度超过春秋季太阳光剂量（0.4mW/cm2）时达成催化过剩，称之为光线饱和。即光触媒材料已被充分催化，再增加照射强度也不会改变净化效果。表2－3为可充作光源用的紫处线杀菌灯的功率与照射强度对照。
表2双端紫外线杀菌灯紫外线辐射照度额定值[3]
标称功率/W 4 6 8 13 15 18 20 30 36 40 辐射照度（μW/cm2） 12 18 28 41 44 66 75 107 110 117 注：表中紫外线辐射照度值是距光源1.000m处的测量值。
表3单端紫外线杀菌灯紫外线辐射照度额定值[3]
标称功率/W 7 9 11 18 24 36 55（T5） 辐射照度（μW/cm2） 16 23 38 57 94 147 170 注：上表紫外辐射照度值是距光源1.000m处的测量值。
4.3.2.3气体流速气体以不同的速度流经光触媒网板时，网板对气体中有机物分解率是不同的，流速近似为0的气体流经光触媒网板，网板对其分解作用就是100%；流速为无穷大的气体流经网板，网板对其分解作用就是0。气体流速用每秒钟多少米来衡量（m/s）。如某真空泵抽吸率是3m3/min，流经1㎡网板的流速就是0.05m/s。
4.3.3当光触媒材料一定时，光触媒空气处理装置对气体处理的净化程度关系式为：
光触媒净化技术中气体净化程度（Q）与气体通过光触媒网板的流速（V）成反比；在不饱和光照下，与光触媒材料受到紫外光辐射的光功率（W）成正比；与光触媒网板层数（E）对应的（N）值成正比（本净化箱为3层，N=0.95）。
5结语
纳米光催化技术常用于空气净化和污水处理等，我们将其设计成净化箱用于医院中心负压吸引系统的排放气体净化处理，具有优越性。本净化箱使用紫外光灯与光触媒催化复合洁净技术，具有净化空气能力强、效果持久稳定、无二次污染、维持费用低、操作简单等优点，使吸引系统废气高度净化后排放，达到了安全环保目的。
[参考文献]
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.医用气体工程技术规范：GB50751－2012[S].北京：中国计划出版社，2012：3.
[2]光触媒技术_百度百科
https://baike.baidu.com/item/%E5%85%89%E8%A7%A6%E5%AA%92%E6%8A%80%E6%9C%AF
[3]全国照明电器标准化技术委员会.紫外线杀菌灯：GB19258－2003[S].北京：中国轻工业联合会.2003.
作者简介
钱小龙:中国气体协会医用气体及工程安徽省研究中心主仼专家，高级工程师，安徽泓瑞医用设备工程股份有限公司董事长兼总经理。Tel:0566-5259088Email:qxl64@163.com
汤新:中国气体协会医用气体及工程安徽省研究中心专家组成员，安徽泓瑞医用设备工程股份有限公司,工程师。Tel:05665259089Email:502326937@qq.com
医用气体工程2018年6月第3卷第2期
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