CN102014971A - 用于空气处理和消毒的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种减少室内空气的生物污染和消毒封闭空间内壁和表面的方法，该方法包括使空气气流向上流经处理区域，并与具有不低于500mV的氧化还原电位的盐水溶液的水流在基本水平排列的多孔表面上接触，借此在所述水平排列的多孔表面上形成活化层，并且盐水和空气在该活化层中混合，并释放出处理后的空气，其离开所述处理区域进入待消毒的空间。

Description

用于空气处理和消毒的装置和方法
用于处理污染空气的常规使用方法是基于过滤、空气离子化和通过臭氧或紫外线方式的空气灭菌。
WO 2007/026363描述了一种用于减少室内空气的微生物水平的方法，其通过使用浓盐溶液接触室内空气的气流达成，所述浓盐溶液优选为具有200mV至450mV范围内的氧化还原(还原-氧化)电位的卤化物盐水。所述公开文件鉴定了一些能够在合适的通风条件下产生该氧化还原电位的盐水，或者或此外，提出在电解池中电解盐水，借此适当调节盐水的氧化还原电位。WO 2007/026363还特别描述了一种填充的洗涤柱(packed column scrubber)(其中通过填充柱子的固体材料使空气和盐水溶液接触)，用于在各种场所包括医院中运行上述方法。
已经证明了在根据WO 2007/026363优选的处理方案下操作，使用具有200至大约450mV范围内的氧化还原电位的盐水，有效地减少室内空气的生物污染水平。然而，在某些场所存在定期消毒封闭空间内的壁和其他表面的需求。
已经发现通过如下方法消毒(sanitization)封闭空间是可行的：通过使所述空间内的空气向上流经柱子，然后与氧化还原电位超过500mV的盐水溶液的向下流动的水流在基本水平排列的多孔表面(substantially horizontally aligned perforated surface)上接触，借此在所述多孔表面上形成活化层(active layer)，其中盐水和空气在该活化层中混合在一起。在此使用的术语“消毒”是指显示杀细菌或杀真菌效果的处理。认为在电解的盐水溶液中产生的各种氧化剂种类如卤素、卤素的氧基化合物(oxycompounds)、氧或其基团(radicals)，被释放进入在活化层中与盐水接触的空气中。处理后的空气气流将上述化学物质携带至封闭空间内的壁和其他表面(例如放在所述封闭空间内的仪器或货物表面)上，因此实现减少生物污染和消毒所述壁和表面。
相应的，本发明提供了一种用于减少室内空气的生物污染和消毒封闭空间内的壁和表面的方法，该方法包括使空气气流向上流经处理区域，并与具有不低于500mV氧化还原电位的盐水溶液的水流在放置在所述处理区域内的基本水平排列的多孔表面上接触，借此在所述多孔表面上形成活化层，其中盐水和空气在该活化层中混合，并释放处理后的空气，其离开所述处理区域进入待消毒的空间。处理区域最合适通过垂直放置的柱提供，其中盐水溶液的水流向下流动。
术语“处理后的空气”是指通过活化层的空气。此处所用的术语“盐水溶液”是指稀释的、浓缩的、接近饱和的或饱和的盐溶液，即其中溶解的盐的浓度不低于0.1％(w/w)的溶液，优选不低于1.0％，更优选不低于10％或20％(w/w)，并在相关温度下直至饱和。在组成上，本发明中操作的浓盐溶液可为包含一种或多种表示为式MX、M2X和MX2的水溶性盐的水溶液，其中X选自氯、溴、碘、硫酸根和硝酸根阴离子，且M表示金属阳离子，其最优选选自锂、钠、钾、钙、镁和锌，及其混合物。优选的盐水溶液包括氯化钠或氯化钙的浓缩溶液(其浓度不低于10wt％，并优选不低于20wt％)。根据本发明使用的另一个优选的浓缩盐溶液包括至少一种溴化物或碘化物盐与至少一种氯化物盐的混合物，该氯化物盐为一种或多种以下金属的氯化物盐：Na+、K+、Mg2+和Ca2+。另一种可用的溶液包含溶于其中的溴化物和氯化物盐的混合物，其总浓度为30至40％重量，阳离子种类为Mg2+、Ca2+、Na+和K+。更特别的，上述离子的浓度为：Mg2+：30-50g/升；Ca2+：10-20g/升；Na+：30-50g/升；K+：5-10g/升；Cl-：150-240g/升；Br-：3-10g/升。该溶液的一个例子通过死海盐水提供，其具有以下典型的(平均的)矿物质组成：Mg2+：约40.6g/升；Ca2+：约16.8g/升；Na+：约39.1g/升；K+：约7.26g/升；Cl-：约212.4g/升；Br-：约5.12g/升，且溶解于其中的盐的总浓度为33％重量。另一种可用的浓盐溶液包含溶于水中总浓度为30至40％重量的溴化物和氯化物盐的混合物，包括的阳离子种类为Mg2+、Ca2+、Na+和K+，其中在所述溶液中的氯化钙的浓度有效降低水的蒸发率，并优选在20至200g/升的范围内。
此处报道的氧化还原电位使用Pt/Ag/AgCl电极进行测量，因此指示了暴露于盐水溶液的Pt电极和标准银-氯化银电极之间发生的电化学电位。
盐水溶液在处理区域循环。处理区域，即柱，被水平排列的、多孔的接触面分为上下两部分。盐水溶液在上部(upper section)输送至柱，向下流经柱，并在多孔表面以下的柱子的下部(lower section)得以收集。为了增加盐水溶液的氧化还原电位，即产生具有超过500mV氧化还原电位的盐水溶液，特别是在500-1000mV之间，在电解池(electrolytic cell)中电解盐水。此处所用术语“电解池”具体地指包括连接至直流(DC)电源的相反电极(the opposite poles)的电极的装置。电解池放置在循环盐水路径中的任何适当位置。在最简单的构造中，适用于本发明的电解池包括两个电极，它们固定在用于保存盐水的贮器内，或者，在用于将盐水从其贮器转移到水平排列的多孔表面之上的柱子上部的供料管线(feed line)内。电极优选相互平行放置，间隔0.3至2.0cm的空隙，并更优选0.5至1.0cm。电极优选板或网状(meshes)形式，其长度和宽度分别为大约2和10cm。电极通常由选自Ti、Nb和Ta的金属构成，并镀有Pt、Ru、RuO2和Ir。也可以使用铂、铂铱合金以及M-MO类型的电极(其中M表示金属，MO表示金属氧化物，例如Ir-TaO2)。该池典型在103-105安培/平方米阳极的电流密度下操作，施加2至12V之间的电压，优选约3-5V。例如，当用于本发明的方法的盐水溶液的体积为10和20升之间且其密度为约1.3g/cc时，那么使用具有上述尺寸和其他特征的电极，且通过该池的电流超过1A，导致电解约10-20分钟后在盐水溶液中获得大约700-1000mV的氧化还原电位。在0.2-0.5A范围内的较低电流，在电解约2-5分钟后，通常有效地产生具有500-700mV范围的氧化还原电位的盐水溶液。优选的可操作的氧化还原工作范围为高于500mV，优选500mV和1000mV之间，更特别的为500和900mV之间。应当注意如上所述的与空气气流的有效混合和鼓泡液体的形成，也有助于产生和维持该盐水溶液的氧化还原电位。
应当注意为了在需处理的封闭空间内达到满意的消毒效果，不必在具有低于500mV氧化还原电位的盐水溶液长时间通过处理区域的条件下运行本发明的方法(此处有时将该盐水溶液称为“强氧化剂盐水”)。在实践中，在常规操作模式下，当运行本发明的方法时，可以使用具有低于500mV(例如在200-450mV之间或更低)氧化还原电位的盐水。然而，在上述情况下，封闭空间内的空气时常接触具有高于500mV氧化还原电位的盐水溶液。可以定期重复该处理，如每周一次或两次，每次几小时或直到一或两天。准确的处理方案，即每次处理间隔的长度，其中使用具有高于500mV氧化还原电位的盐水溶液操作本方法，和所述处理的频率，取决于封闭空间的大小和其中的状况(空间内的温度、湿度、污染水平)，抑制所针对的真菌类型以及在封闭室内用于实现空气和具有高于500mV氧化还原电位的电解的盐水溶液的接触的柱子的特征，即用于执行本发明的方法的装置的工作参数。
为了从一种操作模式转换为另一种，即中断强氧化剂盐水的操作，并使得具有低于500mV如200至300mV之间的氧化还原电位的盐水的迅速再生，使用有效量的一种或多种氧化剂清除化合物(oxidizer-scavenging compounds)对强氧化剂盐水进行化学处理。此处所用的术语“氧化剂清除化合物”是指用于从水溶液中除去氧化剂(例如，氧、卤素、卤氧及其基团)的有机或无机化合物。充当还原剂的氧化剂清除化合物，并特别地，基于硫的还原剂，如水溶性的亚硫酸盐、亚硫酸氢盐(bisulfite)、硫代硫酸盐、偏亚硫酸氢盐(metabisulfite)、连二亚硫酸盐(hydrosulfite)或其混合物，以及其他的还原剂如抗坏血酸，均在本发明的范围内。可以以固体或液体形式(如水溶液)将还原剂加入强氧化剂盐水中。例如，上述含硫还原剂容易以其钠盐的水溶液形式得到，优选浓度在1和30％(w/w)范围内变化，更优选约5-10％(w/w)。因此，基于硫的还原剂的水溶液可以加入强氧化剂盐水中，借此将所述盐水的氧化还原电位降低，并恢复特征为氧化还原电位低于500的常规使用的盐水。例如，当用于本发明的方法中的强盐水溶液的体积在10和20升之间时，可以使用浓度约为5％(w/v)的亚硫酸氢钠或硫代硫酸钠溶液，以降低盐水的氧化还原电位。通常体积约为50-200ml的所述亚硫酸氢盐或硫代硫酸盐溶液足以有效降低氯化钠盐水、氯化钙盐水或死海盐水的氧化还原电位。
通过改变流经处理区域的空气或盐水的流动特征，也可机械地调节盐水溶液的氧化还原电位。因此，本发明的方法还包括在较低范围和较高范围(高于500mV)之间改变盐水溶液的氧化还原电位，所述氧化还原电位可进行电解的、机械的或化学的调节，其中电解调节包括电解盐水溶液，机械调节包括改变处理区域内的流动特征且化学调节包括用一种或多种氧化剂清除化合物处理盐水溶液。盐水的氧化还原电位是一项容易测量的性质，因此可用于监测本发明提供的方法的操作。氧化还原电位的测量方便地通过将循环盐水，或盐水样品与上述合适的装置(Pt/Ag/AgCl电极)接触而达成。根据上述装置或替代装置测得的氧化还原电位的结果，可以通过电解的或机械的(产生强氧化剂盐水)和化学的(用于再生常规使用的盐水)方式调节氧化还原电位。因此，本发明提供的方法还可包括定期或持续地测量盐水溶液的氧化还原电位，并根据氧化还原电位的测量值使用电解的、机械的或化学的方式调节盐水的氧化还原电位。用于测量盐水的氧化还原电位的装置放置在循环盐水路径中的任何适当位置，例如，在保存盐水的贮器内，或在用于将盐水运输至处理区域的供料管线内。然后测得的氧化还原电位可以用于将一种或多种自动反馈信号提供至电解池以调节其操作，或提供至保存如上所述还原剂水溶液的容器，以使得所述溶液供给至盐水溶液并借此降低其氧化还原电位。或者或此外，可由操作人员根据观察的氧化还原电位，调节用于获得强氧化剂盐水的盐水的电解，和用于恢复氧化还原电位至低于500mV水平的还原剂至所述强氧化剂盐水中的供给。为此，可以使用氧化还原电位的测量以产生报警信号，一旦氧化还原电位的测量指示的值超出工作范围时即触发操作人员的干预。或者或此外，本发明还包括定期或持续测量封闭空间内的氯水平，并根据测得值通过电解或化学的方式调节氯水平。在处理的封闭空间内的可操作的氯水平可在0.1和10ppm之间变化，更优选在0.1和3ppm之间变化。例如，已经发现通过本发明的方法达到大约1ppm的氯水平并维持该水平约20-24小时可以有效消毒25m3的储藏室。可以根据合适的安全措施实践几个ppm水平的氯，即至高达10ppm水平的氯。可以通过中断空气和电解的盐水溶液的接触，并使得空气流经柱子并接触上述氧化剂清除化合物的溶液来实现降低封闭空间内的氯水平。为此，空气可以导至第二根相似的柱子，其中操作氧化剂清除化合物的溶液，或者所述溶液可以替代电解的盐水溶液在本发明的处理区域使用并在其中循环。
应当注意，某些盐水(如含碘化物的盐水)在上述条件下，在用待处理空气气流吹气后，可以自发产生大于500mV的氧化还原电位，并且，该盐水可以随时间维持其氧化还原电位，尽管经常有效的是以短持续时间活化电解池和使所述盐水通过该池以稳定其氧化还原电位在所需范围内。
本发明的一个重要特征为在处理区域形成的活化层，在该层中空气和盐水溶液混合。如上所述，在基本水平排列的多孔表面上形成活化层，其为向上的空气流和向下的液体(盐水溶液)流的结果。术语“活化层”是指鼓泡液体，即其中通过气体(本案为空气)的液体。用于促进鼓泡液体形成的多孔表面通常为具有可变百分比的开孔面积(open area)的网或板的形式。以穿孔形式的开孔面积的百分比应当匹配进入处理区域的液体和气体装载量。活化层的高度优选1至7cm(高度取决于柱子的几何参数和多孔表面的开孔面积)。空气进入处理区域时的压力优选为不低于超过环境大气压350Pa的压力，优选不低于超过环境大气压450Pa的压力(尽管也可以使用吸气模式迫使空气流入处理区域)。处理后的空气可能携带盐水溶液的液滴。本发明的方法包括从处理后的空气中分离盐水溶液的液滴，并可能收集所述液滴，然后再循环该回收的盐水用于再次使用。
已经发现本发明的方法能够减少封闭空间内室内空气的微生物负载(load)，并防止真菌菌落在放置在处理后的密封空间内的固体生长培养基(琼脂培养皿)中生长。显著的，琼脂培养皿接种真菌(特别是灰色葡萄孢(B.cinerea)的分生孢子)并暴露在处理后的封闭空间内的通过电解的盐水处理后的空气中，即使在25℃孵育几天后仍未形成可见的菌落。已经发现使用电解的盐水处理封闭室内的空气达到在空气中和放置在封闭室内的固体生长培养基中破坏真菌孢子的目的。本发明的方法可以用于消毒冷藏室(例如其中的温度低于15℃)。
本发明还涉及新颖的装置，其用于处理空气和消毒各种封闭空间。以其最普通的形式，本装置包括：
a)气体-液体接触柱，其具有置于其中的多孔表面，所述多孔表面将所述柱子分为第一部分，其提供了至少一个进气口(air inlet opening)，和第二部分，其提供了至少一个出气口(air outlet opening)，
b)用于保存盐水溶液的贮器，其通过供料管线在所述多孔表面以上及所述出气口以下的位置连接进入所述第二部分，以及以下的一个或多个：
c1)电解池，包括放置在所述贮器中或所述供料管线中的电极；
c2)液滴分离器，其可以与所述柱子物理结合(associate)，或以单独单元提供；
c3)用于迫使空气气流向上流经所述柱子的设备(means)，例如鼓风单元，其优选与进气口相连；
c4)具有上述组成的盐水溶液，其保存在贮器内。
该装置还包括测量电极和参比电极，这些电极放置在所述装置内用于测量在所述装置中操作的液体的氧化还原电位。
更特别的，本发明的装置包括气体-液体接触柱，其具有固定于其中的多孔表面，因此所述多孔表面将所述柱子分为第一(下面)部分，其提供至少一个进气口，和第二(上面)部分，其提供了至少一个出气口。鼓风设备与所述进气口相通，用于使空气气流流入所述气体-液体接触柱的所述第一部分，并穿过多孔表面进入所述柱子的第二部分。贮器(适用于保存盐水溶液)与气体-液体接触柱流连通。本装置还包括在上文中定义的电解池。电解池的电极放置在装置内的任何合适位置。在其最简单的构造中，电解池包括两个电极，其固定在用于保存盐水的贮器内，或者，在用于将盐水转移到柱子的上面部分的供料管线(例如导管)内。本装置还包括至少一对电极(测量电极和参比电极)连接至电压计，该电极适当布置用于测量盐水的氧化还原(还原-氧化)电位。本装置还优选包括氯传感器。
更特别的，本发明的装置包括伸长的、垂直放置的，优选圆柱形柱子。在柱子的内部空间放置了多孔板，该板与所述柱子的纵轴相对垂直放置，并且固定在柱子的内壁，因此将柱子分为下面和上面部分或空间。在圆柱形柱子下面空间的侧面提供了开口，用于空气进入。柱子的上面空间包括用作出气口的开口。用于保存盐水溶液的贮器优选在柱子的最低部分提供(此处盐水溶液的水平保持在低于进气口处)。
鼓风单元优选连接至在柱子的第一部分提供的侧面进气口(优选但不必须，该连接处于正切于柱子壁的方向上)。合适的鼓风单元优选在不低于350Pa(对应于大约35mm H2O)，优选不低于470Pa(对应于大约48mm H2O)的压力下操作。可以维持上述压力值的鼓风单元为工业用离心抽风机(centrifugal extractor fans)，其可市购获得(此处报道的压力值为超过环境大气压的值)。
在操作时，盐水溶液持续从贮器中推进至柱子的上面部分(在多孔板之上)，以在多孔板的上侧维持一层所述盐水溶液，同时迫使经由进气口引入柱子的空气气流穿过多孔板并与板上保持的盐水溶液接触。穿过多孔板的孔隙的空气气流在多孔板之上产生了一层相对较厚的鼓泡液体。如上所述，将所得的层(液体和气泡)在此处称为“活化层”。
关于附图，图1用图示阐明了本发明的装置10的优选实施方案，其包括通过侧向支承(lateral supports)12s垂直对准于地表7的柱子12，装在柱子12内侧并垂直于其壁12w的多孔板12p，与进气口12o相通的鼓风机18，进气口12o形成于位于多孔板12p以下的柱子12的壁12w上，以及适用于通过泵11(例如磁力旋转泵(magnetic rotary pump))将液体由柱子12的底部12b输送至其上部12u的管道系统11p。
柱子12，其优选具有圆柱形形状，由耐化学材料制成，例如但不限定于，不锈合金(例如奥氏体、铁素体和马氏体不锈钢、钛合金、镍基超级合金和钴合金)或合适的塑料(例如PVC、CPVC、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、PVDF、聚四氟乙烯(Teflon)和聚酯)。柱子的内径通常在30至60cm的范围内，优选大约30cm，其壁的厚度可通常在2至6mm的范围内，优选大约3mm，且其长度可在0.8至2m的范围内，优选大约1.2-1.5m。进气口12o的面积通常在100至400cm2的范围内。在本发明的一个优选实施方案中，进气口12o的两对侧相互平行(例如开口的投影(projection)为矩形)，其长度在20至50cm之间的范围内，且宽度在4至8cm的范围内。
多孔板12p优选由耐化学金属或塑料材料制成，如上列举。板的厚度优选在1至5mm的范围内。多孔板12p适合紧密装配在柱子12中并占据其横切面积，且位于进气口12o之上。多孔板12p中的孔隙优选占据其表面积的30％-90％。
鼓风机18优选为能提供在100至3000m3/小时范围内的空气气流的电动离心鼓风机，优选300-1000m3/小时且更特别为约800m3/小时。
柱子12的底部12b用于保存盐水溶液14。处理的空气的出口12c设置在柱子12的上面空间12u中。在操作中，盐水溶液14持续由泵11经管道输送，并输送至柱子12的上面空间12u，使得在多孔板12p之上维持一层盐水溶液14’，同时迫使通过鼓风机18经进气口12o引入柱子12中的环境空气气流5通过多孔板12p并与其上维持的活化层接触，然后处理后的空气气流5p从出气口12c流出柱子12。
隔离部件6优选装入柱子12内，位于进气口12o以下，其中所述隔离部件6具有漏斗样的形状，向下变细朝向开口6p。因此隔离部件6使得由上面空间12u下落的盐水溶液方便地导向并收集于柱子的下面空间12b中。
鼓风机18的出口优选通过适合安装至空气口12o的通道18t(典型地具有矩形横切面)与柱子12的空气口(air opening)12o相连，以使通过于此的空气气流分配通过空气口12o的区域。处理的空气的出口12c的直径可通常在10至30cm的范围内，其横切面面积优选基本与空气口12o的面积相等，以使经出气口12c离开柱子12的处理后的空气气流5p的流速基本与经进气口12o引入柱子12的环境空气气流的流速相同(例如在100至3000m3/小时的范围)。或者，处理的出气口12c的直径可与柱子12的直径相同。
处理的空气的出口12c优选与柱子12上端提供的渐窄部分12a相连。为了使从出气口逸出的液滴最少，可通过使空气经过位于柱子第二部分内的多孔基底，或通过合并液滴分离器作为单独单元，例如旋风型设置(cyclone-type arrangement)(其为本领域熟知的)，将液滴从处理后的空气中分离。
例如，可在渐窄部分12a中或相邻于渐窄部分12a安装一个或多个液滴分离部件。在一个优选的实施方案中，通过支持设备(未显示)在渐窄部分12a中安装由多孔材料(例如海绵)制成的截头锥(frustoconical)部件19，以使其小基底(small base)19n面向多孔板12p且其大基底19w面向处理的空气的出口12c，并占据渐窄部分12a的横切面面积。这样，经渐窄部分12a通过的处理后的空气气流被强制通过锥形部件19，借此分离其中包含的盐水溶液的液滴。或者或此外，也可通过一块多孔材料19a占据柱子12的横切面，优选靠近渐窄部分12a以进一步分离其中通过的处理后的空气气流中的盐水液滴。
如上所述，液滴分离器可以以单独单元提供，并与出气口12c连接。一种可能的设置为旋风分离器，如上所述。液滴分离器的另一种可能的设置包括连接至出气口12c的导管，该导管向下导向，将含液滴的处理后的空气导入合适的槽中，并可在此收集液滴。如此回收的盐水可以循环，即运送至盐水贮器中。
装置10还包括电解池17e、氧化还原电极17r，且优选还包括水平确定设备(level determining means)17s、温度感应设备17t、和加热元件17h，所有均安装在柱子12的底部12b中，并浸入盐水溶液14中，且电连接至控制单元17。该装置还可包括氯传感器(例如CL2-B1传感器)。控制单元17适用于监测和管理装置10的操作，对从氧化还原电极17r、水平确定设备17s、温度感应设备17t和氯传感器接收的指示信号作出响应。电解池17e在操作中用于电解通过其电极的盐水溶液，优选，对氧化还原电极17r的氧化还原读数作出响应。连接至控制单元17的键盘(key pad)17k和显示单元17d(例如点矩阵或LCD)可分别通过控制单元17用于接收操作者的输入，和为操作者提供有关系统10的操作的输出指示。当然，装置10可包括额外的设备连接至控制单元17，用于产生可视的/有声的输出指示(例如发光二极管，喇叭)。控制单元17可通过特殊设计的控制逻辑电路实现，优选通过可编程的微控制器。对控制单元17可能至少需要一种与数字转换器类似的设备以转换氧化还原电极接收的信号。
在其最简单的构造中，适用于本发明的电解池17e包括两个固定在用于保存盐水的贮器内的电极。电极优选相互平行放置，间隔0.3至2.0cm的空隙，并更优选0.5至1.0cm。电极优选板或网状形式，其长度和宽度分别为约4和10cm。也可以使用更大或更小的板和网。电极的面积可优选在20至50cm2的范围内变化。该电极电连接至直流(DC)电源的相反电极，其可根据接收自控制单元17的控制信号激活。该池典型在103-105安培/平方米阳极的电流密度下操作，施加2至12V之间的电压，优选约3-5V。控制单元和电极电源优选适用于使控制单元定期改变电极的极性以除去电解沉淀物。
如上所述，用于测量盐水溶液的氧化还原电位的合适的装置包括由惰性金属或合金制成的测量电极(铂电极)和参比电极(例如Ag/AgCl或甘汞)。合适的电极可市购获得。使用Pt/Ag/AgCl电极测量此处报道的氧化还原电位，因此显示了暴露于盐水的Pt电极和标准银-氯化银电极之间出现的电化学电位。
如图2所示，显示了沿着图1中的线X-X得到的系统10的横切面视图。鼓风机18连接在柱子12的进气口12o处，使得向其中引入的环境空气气流5或多或少地相对柱子12的壁的切线方向指向。
柱子12的底端部分12t优选向下变窄以排出在盐水溶液14中形成的沉淀物。当需要卸下废物处置容器(waist disposal vessel)13以除去里面得到的废弃沉淀物(waist precipitants)13w时，可在底端部分12t通过短管和用于阻断其中通道的阀12v连接可拆卸的废物处置容器13。导入废物处置容器13的管道可包括光学传感器(例如光电二极管，未显示)，其电连接到控制单元，用于提供关于废物处置容器13中盐水的混浊度的指示，借此使得控制单元在当废物处置容器13中的盐水需要更换时产生指示。
与柱子12底部12b连接的管道11p优选引入柱子12的上面空间12u，位于多孔板12p之上，而且其开口优选向下指向，即面对多孔板12p的上面(upper face)。多孔板可包括连接于其上面且位于管道11g的开口之下的相对小的板11e(例如直径大约10cm的金属盘，用合适的金属制成，例如不锈钢)，以使通过管道11g流出的盐水溶液与板11e相遇，以防止经过多孔板12p的孔隙流出的盐水溶液向下通过。应当注意盐水溶液可通过喷洒装置(未显示)在柱子12的上面部分12u喷洒。
根据本发明的另一优选的实施方案(未显示)，鼓风机18连接至处理的空气的出口12c处，在此情况下，其适用于施加抽吸以通过进气口12o和/或装置10中提供的其他适合的开口(未显示)，迫使环境空气气流进入装置10中。
通过控制单元17从水平确定设备17s接收的信号提供了关于盐水溶液水平的指示，当其测得的盐水水平不在可接受范围内时，控制单元17通过显示单元17d(和/或有声的或可视的指示，当该方法可用时)发出相应的指示。或者或此外，当控制单元17测得盐水水平不在可接受范围内时，其可停止系统10的操作。温度感应设备17t和加热元件17h通过控制单元17用于监测和加热盐水溶液14。
在一个特别优选的实施方案中，可使用装置10通过升高盐水溶液14的温度控制封闭空间内的湿度，并借此伴随通过处理后的出气口12c离开系统10的处理后的空气5p的气流排出蒸汽。或者或此外，当通过控制单元17从水平确定设备17s接收的信号显示装置10从流经其的环境空气中吸收液体时，其可激活加热元件17h直至柱子12中盐水溶液的水平恢复至盐水溶液水平的可接受范围内。
根据氧化还原电极17r接收的读数，可通过控制单元17管理装置10的各个操作方面，特别是，通过电解池17e的方式监测和管理盐水溶液14的活性，如上文详述。
装置10还包括容器15，用于保存氧化剂清除化合物的溶液，如上所述，其中所述容器经过管道15p与柱子12的底部12b相通。管道15p上提供的阀15v可用于控制氧化剂清除化合物溶液向盐水的进料，以在需要时降低盐水的氧化还原电位。优选，阀15v为可控阀，其电连接于控制单元17。这样控制单元17可适用于提供阀15v的控制信号，用于改变其状态并借此控制氧化剂清除化合物的溶液通过管道15p进入柱子12的底部12b的传送，以降低盐水的氧化还原电位。
通过举例方式，柱子12中包含体积为15至20升的盐水溶液。在装置10的正常操作中，控制单元17激活用于电解盐水的电解池17e，调整由氧化还原电极17r测得的盐水的氧化还原电位至特定值。如果氧化还原电位超出所需的预定水平，则将发出相应的控制信号用于开启阀15v，以将一定体积的氧化剂清除化合物的溶液引入至柱子12的底部12b。
鼓风机18优选为可控的离心式鼓风机类型(例如具有PWA或电压控制)，其能从控制单元接受控制信号并相应调整其操作。有利地，控制单元17可适用于产生控制信号以改变鼓风机18产生的环境空气气流流速，对由氧化还原电极17r接收的读数作出响应。已经观察到某些盐水溶液通过快速增加其氧化还原电位，对增强的通风条件作出响应。这样，可通过控制单元17控制盐水溶液的氧化还原电位，例如，通过增加环境空气气流的速度。
装置10可适用于在两种主要操作模式下操作：i)常规空气处理模式，其中盐水溶液的氧化还原电位低于500mV，如上所述；和ii)消毒模式，其中操作电解池17e以产生具有高氧化还原电位(例如700-1000毫伏)的盐水，借此卤氧和其他氧化剂种类产生，并以显著量释放进入待通过处理后的空气气流处理的空间内，该处理后的空气气流经出气口12c离开柱子12。该操作模式特别有效用于快速消毒各种空间(例如房间、感染的设施、医院隔间)。可通过向盐水溶液14中添加合适量的保存在容器15中的还原剂溶液，将装置10的操作模式由消毒模式改变回常规处理模式，以使氧化还原电极17r进行的测量指示盐水的氧化还原电位已恢复到常规范围内(约200-400mV)。
在附图中：
-图1用图示说明了本发明的空气处理装置的一个优选实施方案的纵切面视图；和
-图2显示了在沿着图1A中X-X线得到的本发明的空气处理装置的横切面视图；
-图3为条形图，表示根据本发明处理的空气中霉菌的量随时间的关系。
-图4提供了放置在对照室内和用根据本发明的电解的盐水处理的储藏室内的培养皿(Petri dishes)的照片。
-图5提供了暴露在用根据本发明的电解的盐水处理的空气中的培养皿的照片。
-图6显示了暴露在用根据本发明的电解的盐水处理的空气中的培养皿中形成的菌落直径的图，其作为培养皿在所述空气中的暴露时间的函数。
-图7显示了暴露在用根据本发明的电解的盐水处理的空气中的培养皿的照片。
实施例
实施例1
减少储藏室的空气中微生物污染的负载并防止真菌菌落在人工培养基上生成
将图1所示装置放置在25m3的储藏室内，并在11.5℃的温度和93.3％的相对湿度下进行操作。对照储藏室具有相似的容积并在8.9℃的温度和94.4％的相对湿度下操作。持续操作装置达96小时，使用大约15升浓度为大约30％重量的氯化钠水溶液。电解池在以下参数下操作：电流：4安培，电压：5伏。在处理期间将盐水的氧化还原电位调节至大约850mV。通过速率为300m3/小时的鼓风机将空气引入装置。鼓风机以其最大压力操作，其约为470Pa(根据本发明可操作的工作压力优选在350Pa和750Pa之间)。
对空气取样以测定对冷藏室内存在的霉菌的处理效果。使用设置为200升且安装检测霉菌和酵母的培养基条的Biotest RCS Air Sampler(Hy lab，Israel)进行取样。经过安装在两间冷藏室壁上的定制适配器(adaptor)进行取样。因此对空气取样无需进入冷藏室。开启装置操作前和24、48、72和144小时之后进行取样，一式三份(最后一次取样在关闭该装置48小时后进行)。测量的结果如图3所示。
图3为条形图，其中横座标表示时间(以天计)，其为对储藏室和对照室中空气取样的时间，纵座标表示空气中霉菌的量。左边的两条柱形对应于对照室内进行的测量，表示开始实验前(第0天)以及开始实验6天后微生物负载的高水平。对于对根据本发明处理的储藏室报道的测量，值得注意的是，在开始实验24小时后(第1天)已经达到显著减少空气污染的水平。如上所述，将装置操作4天；72小时后(第3天)，污染水平减少为大约0。中断该装置操作2天后，空气污染水平增加(第6天)，但仍低于第0天测得的初始水平。
除了上述空气取样外，将含有马铃薯右旋糖琼脂(PDA)的培养皿暴露在两间冷藏室达24或48小时。半数的培养皿还接种10μl含有104个灰色葡萄孢的分生孢子的一滴。在暴露后，将培养皿封闭并在25℃下孵育5天。琼脂培养皿暴露由五个重复测定(replicates)构成。
图4提供了放置在对照室和根据本发明处理的储藏室(分别为左栏和右栏)中的培养皿的照片。在所有放置在对照室内的琼脂培养皿中明显显示了可见菌落(其为真菌灰色葡萄孢和明显的其他真菌)的产生(图4a涉及未接种的PDA培养皿，而图4c涉及接种的PDA培养皿)。
相反，在放置在根据本发明处理的储藏室中的琼脂培养皿中未观察到细菌菌落(图4b涉及未接种的PDA培养皿，而图4d涉及接种的PDA培养皿)。应当指出，在通常情况下，将琼脂培养皿在污染的室内暴露15分钟足以完全感染培养皿。而且，放置在琼脂培养皿中心24小时的灰色葡萄孢的分生孢子，即使在孵育一周后也未生成可见的菌落，暗示在经过本发明的处理后其被有效杀死。
实施例2
通过用电解的盐水处理的空气破坏真菌菌落
进行了另一实验，用于阐明葡萄孢属(Botrytis)的分生孢子暴露在通过根据本发明电解的盐水处理的空气中，导致了基本完全杀死所述分生孢子。
在实施例1所述条件下，在温度为9.68±0.35℃且相对湿度为92.9±0.8的冷藏室中操作图1所述装置。在用于比较目的的对照储藏室内，温度为9.66±0.19℃且相对湿度为96.1±1.9。
准备了以下三组PDA培养皿：
第1组：发芽后的分生孢子-将104个分生孢子放置在PDA培养皿中心。将培养皿在25℃下孵育24小时。然后，将培养皿暴露在使用电解的盐水处理后的空气中特定的时间，如下所述。
第2组：将新鲜采集的葡萄孢属的分生孢子放置PDA培养皿上并立即经受使用电解的盐水处理的空气特定的时间，如下所述。
第3组：不含分生孢子的对照PDA培养皿。
在冷藏室内将培养皿(所有三组)暴露在通过电解的盐水处理的空气中达如下时间：0(对照)、1、3、6、12和24小时。然后，封闭培养皿并转移至对照室并在24小时后将所有培养皿在25℃下孵育4天。通过放射状(radial)生长测量和照片记录菌落的生长。实验以五个重复实验(replications)进行。
关于第2组，在图5和6中阐明结果。图5提供了PDA培养皿的照片(照片摄于实验开始后6天，各培养皿在孵育之前暴露在处理后的空气中的时间(以小时计)标示在各培养皿旁边)。很明显分生孢子暴露在使用电解的盐水处理后的空气中24小时后，导致完全杀死分生孢子，因为其在25℃下孵育7天后没有生长和产生。通过在图6中显示的图表阐明PDA培养皿在使用电解的盐水处理后的空气中暴露的持续时间与PDA培养皿中产生的菌落的程度之间的关系，其中将形成的菌落的直径随培养皿暴露在处理后的空气中的持续时间绘成曲线。
关于第1组，其中将分生孢子在PDA培养皿上于25℃下发芽24小时，然后接受处理，在图7中阐明结果，其中照片摄于培养皿在使用电解的盐水处理后的空气中暴露3天后。24小时持续暴露的有效性非常明显：未观察到菌落的放射状生长，尽管在接种点产生菌丝。
实施例3
进行以下实验以阐明活化层在消毒封闭空间中的作用。
在两间冷藏室中进行本实验。两间储藏室的温度和湿度水平基本一致(约11-12.5℃及80-90％湿度)。在第一个储藏室(室1)，在循环电解的盐水且形成鼓泡液体的条件下操作本发明的装置，而第二个储藏室(室2)作为对照(空气通过该装置而不循环电解的盐水)。两间储藏室的电解条件相同(在电流为4.1A且电压为3.6V的条件下操作电解池)。应当注意实验开始前，室1测得的起始污染水平高于对照室测得的水平。
在各室中，安排了具有地面以上不同高度的两个位置(地面以上25cm或120cm，分别表示为L或H)。
准备了72个PDA培养皿。将半数培养皿接种灰色葡萄孢的分生孢子，如上所述。然后将PDA培养皿(共72个)分为9个相同的组(指定为G1、G2、...G9)，各组由4个未接种的和4个接种的PDA培养皿组成。再将各组分为两个相等的亚组，各亚组由2个接种的和2个未接种的培养皿组成。
起始于不同时间，和/或以不同暴露时间将各组培养皿G1、G2、...G9放在两个室内，其中将各组的8个培养皿分为以下部分：在各室(1和2)内，将由接种的培养皿和未接种的培养皿(分别指定为I和N)构成的一对放在这两个可用的位置(L和H)的每一个上。经过指定的时间后，将属于特定组的8个培养皿转移且在25℃下孵育72小时，然后测试各培养皿，以测定其中产生的菌落的数量。
下表总结了上述设置，指出各组培养皿放入室中的时间、处理的时间，即该组暴露在装置操作下的时间，以及报道了各培养皿中可见菌落的数量。
Figure BPA00001250909700151
Figure BPA00001250909700161
LN：低位，未接种的培养皿
LI：低位，接种的培养皿
HN：高位，未接种的培养皿
HI：高位，接种的培养皿
上表报道的结果指出将葡萄孢属的分生孢子暴露在空气中，其使得在形成鼓泡液体的条件下与具有超过500mV(在700-900mV之间)氧化还原电位的盐水混合，导致基本完全杀死所述分生孢子。在未形成鼓泡液体的情况下观察到较差的结果(根据增加的菌落产生)。

Claims (18)

1.一种用于减少室内空气的生物污染和消毒封闭空间内的壁和表面的方法，该方法包括使空气气流向上流经处理区域，并与具有不低于500mV的氧化还原电位的盐水溶液的水流在基本水平排列的多孔表面上接触，借此在所述水平排列的多孔表面上形成活化层，盐水和空气在该活化层中混合，并释放出处理后的空气，该处理后的空气离开所述处理区域进入待消毒的空间。
2.根据权利要求1的方法，其中通过垂直放置的柱子提供处理区域，其中盐水溶液的水流向下流动。
3.根据权利要求1的方法，其中通过在电解池中电解的方式产生具有高于500mV氧化还原电位的盐水溶液。
4.根据权利要求1的方法，其还包括从所述处理后的空气分离离开处理区域的处理后的空气所携带的盐水溶液的液滴。
5.根据权利要求1的方法，其还包括偶尔在低于和高于500mV的范围之间改变盐水溶液的氧化还原电位，其中所述氧化还原电位通过电解的、机械的或化学的方式调节，其中电解调节包括电解盐水，机械调节包括改变处理区域内的流动特征，且化学调节包括使用氧化剂清除化合物处理盐水。
6.根据权利要求5的方法，其中氧化剂清除化合物包括含硫试剂，其选自亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、硫代硫酸盐、偏亚硫酸氢盐、连二亚硫酸盐化合物或其混合物。
7.根据权利要求1的方法，其还包括定期或持续测量盐水溶液的氧化还原电位，并基于氧化还原电位的测得值以电解的、机械的或化学的方式调节盐水的氧化还原电位。
8.根据权利要求1的方法，其还包括定期或持续测量封闭空间内的氯水平，并以电解的或化学的方式调节氯水平，其中封闭空间中氯水平的减少以化学的方式通过使空气流经处理区域并在其中与氧化剂清除化合物的溶液在水平排列的多孔表面上接触而进行。
9.根据权利要求1的方法，其中盐水溶液具有不低于10％(w/w)的盐浓度，所述盐水溶液包含一种或多种表示为式MX、M2X和MX2的水溶性盐，其中X选自氯、溴、碘、硫酸根和硝酸根阴离子，且M表示金属阳离子，其选自锂、钠、钾、钙、镁和锌，及其混合物。
10.装置，包括：
a)气体-液体接触柱子，其具有置于其中的水平排列的多孔表面，所述多孔表面将所述柱子分为第一部分，其提供了至少一个进气口，和第二部分，其提供了至少一个出气口；
b)用于保存液体的贮器，其通过供料管线在所述多孔表面以上及所述出气口以下的位置连接进入所述第二部分；
以及以下一个或多个：
c1)电解池，其包括放置在所述贮器中或所述供料管线中的电极；
c2)液滴分离器，其可以与所述柱子物理结合，或以单独单元提供；
c3)用于迫使空气气流向上流经所述柱子的设备；
c4)保存在贮器内的盐水溶液。
11.根据权利要求10的装置，其包括电极放入贮器或供料管线内的电解池，以及液滴分离器。
12.根据权利要求10的装置，其包括电极放入贮器或供料管线内的电解池，和连接至进气口的鼓风单元。
13.根据权利要求10的装置，其包括液滴分离器单元和连接至进气口的鼓风单元。
14.根据权利要求10的装置，该装置还包括测量电极和参比电极，这些电极设置在所述装置内，用于测量所述装置内操作的液体的氧化还原电位。
15.根据权利要求14的装置，其包括：
c1)电解池，其包括放在贮器内或供料管线内的电极；
c2)液滴分离器，其可与所述柱子物理结合，或以单独单元提供；
c3)鼓风单元。
16.根据权利要求15的装置，其还在贮器内包括盐浓度不低于10％(w/w)的盐水溶液，所述盐水溶液包含一种或多种表示为式MX、M2X和MX2的水溶性盐，其中X选自氯、溴、碘、硫酸根和硝酸根阴离子，且M表示金属阳离子，其选自锂、钠、钾、钙、镁和锌，及其混合物。
17.根据权利要求15的装置，其还包括水平确定设备、温度感应设备和加热元件，所有这些均安装在气体-液体接触柱子的第一部分，且电连接至控制单元，该控制单元适用于操作所述加热元件、电解池、鼓风单元，并对接收自测量电极、水平确定设备和/或温度感应设备的指示信号作出响应。
18.根据权利要求10的装置，其还包括氯传感器。
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