杨敬涛
广东松下环境系统有限公司528303
摘要：除菌技术一直广泛应用于各领域，包括医疗、商业甚至家用领域，由于除菌技术多种多样，每技术领域跨度也很大，实现产品化存在一定的难度。新型冠状病毒肺炎自2020年2月爆发以来，蔓延至全球各国；杀菌、消毒等的需求也随即快速增长。本文旨在阐述除菌，消毒技术的技术原理及新风系统中空气除菌消毒的方法及应用。
关键词：杀菌 空气消毒机 紫外线
前言
近年为了改善室内空气质量，很多的关系到空气过滤及除菌的的产品不断兴起，如空气净化器，新风机及新风系统，除湿机等；空气消毒机也随即诞生。与空气净化器不同，空气消毒机等消毒产品是受国家卫生计生委监管的产品，所以除了符合产品的安全法规，性能标准的同时也会在国家卫生计生委的消毒产品目录进行备案，同时生产的场所及生产的批次等都需要按规定实施。
目前市场上有各种的新风系统产品，根据由于菌消毒因子不同，安全性及性能的差异很大，在选用方面也是难以入手；因此，安全、有效的除菌方法是这类产品的重点。
一、各种关于细菌抑制的定义
根据中华人民共和国卫生部《消毒技术规范》中对于关于抑制细菌的各种用语包括
灭菌：杀灭或清除传播媒介上一切微生物的处理。需要将存在对像物中的“菌”全部杀死。
消毒：杀灭或清除传播媒介上病原微生物，使其达到无害化的处理。需要将存在对像物中的“菌”99.9%杀来；这个级别就是我们平时所说的空气消毒机要达到的水平，而且一般要求是取得医疗企业的生产许可证才可以进行生产经营活动。
除菌：采用化学、物理等方法去除或减少作用对像上的细菌、真菌的过程。消除存在于对像物中的“菌”99%以上。这是一般的空气净化器需要达到的级别。
抗菌：采用化学、物理等方法抑制细菌生长繁殖的过程。抑制存在于对像物中的“菌”的增殖，标准是有抗菌处理，但对于没有对像菌的增减值要在99.0%以上。
根据以上的各种定义对不同的细菌抑制水平进行区分，其中的各类产品也是有不同的要求。
二、空气消毒机的消毒方式
空气消毒机是通过滤过、净化、杀菌等原理对空气进行消毒的设备。市面上的空气消毒机的消毒因子往往不只搭载一种，而是多种因子，而且除了灭菌、灭病毒、霉菌、孢子等杀菌消毒外，有的机型还有高效的过滤网和活性炭滤网，能去甲醛等染气体，而且还可以杀灭或者过滤花粉等过敏源、烟雾和各种气味。消毒效果可靠，并能够在有人环境下进行工作，实现人机共存。
如上所述，根据《消毒技术规范》中的消毒因子及其相应的消毒器械清单中可知用于空气消毒机的消毒因子有紫外线、高压静电吸附、等离子体、过滤、光触媒、过气化氢雾化等。下面对比较常用的消毒因子进行介绍。
1、过滤除菌
过滤除菌是空气消毒最常用的一种方法，常见是的空气净化器，他搭载初效过滤、中高效过滤、静电吸附过滤等手段：有效去除空气中的微粒、尘埃和细菌。严格来说空气过滤器的工作原理不能称为消毒，只能说是除菌，因为他没有杀灭细菌，只是通过高效滤网的特性，将细菌捕获在滤网的表面；所谓过滤除菌，就是当含菌气体通过细菌滤器等后，使杂菌留在滤器或滤板上，从而除去杂菌的处理方法。空气过滤除菌的原理有多种，其中主要是随流阻留、重力沉降、惯性碰撞、扩散黏留和静电吸附等，实际中往往是多种原理综合作用的结果。目前市场上的过滤式除菌的新风系统，除菌率普遍能达到95%以上，带高效的的滤网一般能达到99%以上。
2、等离子体消毒灭菌
等离子体是一种比较清洁的除菌手段，是通过高压电离的方式形成电磁场使在电磁场周围产生电离的气体云，主要成分是由电子、离子、原子、分子、活性自由基及射线等构成，对微生物有很强杀灭作用，同时产生小量的臭氧。等离子体被称为继“固、液、气”三态以外的新的物质聚集态，被认定为有效的消毒因子，由于副产物少，危害少，被业界认为安全、清洁的消毒方式。研究显示对空气中的金黄色葡萄球菌作用l分种，可达到大于99．90％杀灭率；作用l0分种可达100%杀灭。白色念珠菌的作用与金黄色葡萄菌类似。作用15分钟后对空气中的枯草杆菌黑色变种芽孢杀灭率达99．99％，作用30分钟可100%杀灭。
采用低温等离子体原理的消毒器具对流经电磁区域附近的空气中的微生物具有较强的杀灭作用。由于是清洁的消毒方式，结合副产物臭氧的抑制技术可在有人环境正被现除菌消毒。
3、紫外线消毒
早在1903年，人们就已经发现紫外线对空气中的微生物有很强的杀灭作用。从20世纪30年代就有开始利用人工的紫外线源进行室内空气消毒的研究。
紫外线是指自然光中波长为10-400纳米（nm）的光线，可以按照波长分为：如下图
UVA：长波紫外线，波长320-300纳米
UVB：中波紫外线，波长280-320纳米
UVC：短波紫外线，波长200-280纳米
UVD：真空紫外线，波长100-200纳米
.png)
其中最具有杀菌作用的为UVC，其中又以245纳米左右的紫外线杀菌效果最好，平均强度9400 u W／cm ，只要照射0．5秒，对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、粘质沙雷氏菌、枯草杆菌繁殖体和枯草芽孢都可杀灭99．5％以上。
紫外线能够破坏微生物体细胞中的DNA（脱氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）的分子结构，造成生长性细胞死亡和再生性细胞死亡，从而达到杀菌、消毒的效果。在对各种细菌、病毒、寄生虫及其他病原体有效的同时，若长时间照射紫外线会失去对眼晴和皮肤造成伤害，所以采用紫外线除菌时需要对紫外线的泄露做足必要的措施，这点在国家标准中也有明确的规定。
以上是紫外线消毒的基本原理，实现紫外线消毒的主要是以紫外LED芯片和紫外荧光灯两类，实际采用时各有优缺点。LED（260nm-280nm）可以灭杀所有的微生物，由于强度不大，只能作用于短距的微生物，适用于物表的杀菌，若设计运用得当，可实出人机共存；荧光灯（253.7nm）则辐射强度大，能360度发光，适合密闭大空间的无人杀菌。紫外线消毒的有效曲线请看下图。以上两种紫外线均是以静态照射的方式实现空间除菌的作用，且适用于无人的环境中。
.png)
为了实现空气消毒的效果，让紫外线发生装置结合空气循环装置结合，让空气在室内流动，由循环装置把空气吸入机体内，再进行紫外线照身消毒的原理，实现了空气消毒机。为验证这一可行性，建立空间模型体积为30立方米的密闭空间，建立一循环风量为20m3/小时小型循环扇，风导内装置一5W的紫外线荧光灯，以面罩覆盖，安装于空间的顶部，紧留风道使产品通电运行时形成室内的循环气流；电机运转的同时紫外线灯点亮，对通过其周围的空气进行杀菌消毒。以白色葡萄球菌为测试菌种，测试1小时后的杀菌结果。结果在第三方机构测定杀菌率为99.99%,此实验模型证明以覆盖式的方式进行气流循环的空气除菌是可行的，能实现紫外线与有人环境共存。
紫外线也有一定的缺点，如紫外线的发生装置是属于耗材，约1-2年就需要更换；另外紫外线对塑料材料的照射会导致劣化的可能，使用时间长的器具需要考虑采用耐好消息请和线的材料进行设计。
总之，可见紫外线的消毒效果好，技术成熟，将来的发展会不断扩大。
4、臭氧消毒
臭氧的化学分子式O3，是一种强的氧化剂。常温、常态、常压下无色，极不稳定，有腥臭的气味，臭氧的消毒效率为紫外线的3000倍，氯的800倍，酒精的50倍，沸水的20倍，经证实可以氧化霉菌，酵母菌和真菌，可以消除烟味，也可以去除甲醛等有害物质。高浓度的臭氧会夺人体造成伤害，国家卫生部规定的臭氧安全浓度为0.1ppm。
由于臭氧是一种强氧化剂，臭氧灭菌或抑菌作用通常是物理的、化学的及生物学等方面的综合结果，其作用的产物是水和氧气，杀菌的机理可归纳为以下3点：
（1）作用于细胞膜，导致细胞膜的通透性增加，细胞内物质外流，使细胞失去活性
（2）使细胞活动必需的酶失去活性
（3）破坏细胞内的遗传特质或使其失去功能
另一方面，臭氧对细菌的杀灭作用会受环境的温湿度影响。实验表明随着温度或相对湿度的升高，臭氧对空气中的希拉里人杀灭效果明显增强，尤其以相对湿度的影响较大，温度与湿度间存在在交互作用。
利用臭氧的空间消毒技术广泛应用于小空间的器皿的消毒，但用于居住环境的消毒还是比较少，这是由于对于开放空间控制臭氧的安全性及臭氧固有的气味不被人们所接受的原因。
5、光触媒
光触媒即光催化剂，主要以纳米级二氧化钛为主，并带有光催化功能的半导体材料构成。主要材料是二氧化钛，能在光照（可见光或紫外线）下表现为强氧化性的材料（一般为羟基自由基、氧气等），能分解有机化合物和部分无机化合物、细菌和病毒。在日常生活的应用中，光触媒还用于分解空气中有毒有害物质，如甲醛、VOC等，具体空气净化的能力；同时能够有效杀灭多种细菌。
根据光的波长可将光触媒分为紫外光光触媒（380nm以下）和可视光光触媒（380nm以上），由于光触媒是一种介质材料，所以必须将光触媒涂于被除菌物的表面并采用光照的方式才能起到消毒的作用，所以他被广泛用于家居的除菌消毒上。另外也有用于空气消毒的例子，将光触媒材料固化在带有蜂窝装的过滤网，让空气通过其中，并装有光的发生装置。在空气通过蜂窝状滤网时起到除菌消毒的作用。
三、空气消毒产品的趋势
自2020年新冠肺炎的爆发以来，消毒产品，尤其是空气消毒产品得到井喷式的增长，各种消毒技术也纷纷应用到空气消毒的产品中，而多种消毒技术搭载其中以获得最优的消毒效果，也让消费者更认可消毒效果。中观消毒技术以过滤技术和紫外线技术采用最为广泛，而真正的消毒因子紫外线技术更加受到各大厂家的认可。
据中商产业研究院发布的预测数据，紫外线消毒技术将会在未来出在大幅增长的态势。
.png)
同时除着对新冠病毒的消毒研究的逐步方开，也开始有机构研究紫外线对新冠病毒的杀灭研究，也有机构的推荐采用紫外线（UVC波段）进行照射以达到杀灭的效果。笔者认为在未来的空气消毒的应用中以紫外线为主，多种消毒因子结合的方式将会得到广泛的采用。
四、结束语
综上所述，空气消毒因子多种多样，关联的技术领域广泛，使空气消毒的产品各放异彩，消费者也可跟据自身需要选用不同的消毒产品。与此同时消毒因子本身大部分是会对人体有害或产生有害的副产物，在采用时必须严格根据国家标准、行业标准进行设计和生产，以确保产品的安全性，这样才能保证用户的身体不受伤害的同时能享受科技带来的健康和便捷。
参考文献
[1] 方建龙. 《两种消毒因子空气消毒效果及其影响因素研究》中国疾病预防控制中心 2007
[2] 张志. 《高聚碘表面消毒/抗菌材料的制备、性能及其应用》 太原理工大学2017
[3] 吴亚良．[专利]一种中空多孔型光催化剂载体的制备方法 CN202011642576.X INVENTION_PUBLICATION 2020-12-29