CN111494691A - 一种空气过滤和消毒工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气过滤和消毒工艺，包括将过滤后的所述待处理空气进入喷淋装置进行复合药剂缓冲溶液的喷淋消毒；所述待处理空气的进气方向与所述喷淋装置的喷淋方向相逆；APG、BCDMH、LSM按比例配置成复合药剂，将所述复合药剂溶解于碳酸钠/碳酸氢钠溶液中，制备成所述复合药剂缓冲溶液；喷淋消毒后的所述待处理空气进入紫外催化氧化装置，进一步消毒后排出洁净空气。本发明通过结合高效过滤和消毒工艺，避免了传统消毒工艺对菌胶团或者气溶胶的去除效率较低，彻底杀灭悬浮型/气溶胶中的微生物，切断二者之间的平衡，对于溶胶内部的微生物，特别是新型病毒也能够高效杀灭。
Description
技术领域
本发明涉及空气中颗粒物的过滤和微生物的消毒领域，尤其涉及一种空气过滤和消毒工艺。
背景技术
随着人民生活水平提高，消毒成为各行各业都需要面临的日常必备工作。针对悬浮型和附着型空气中的微生物皆有较高去除效率要求，同时，广大人民对呼吸空气质量的要求也日益提升。除颗粒过滤之外，彻底消毒特别是气溶胶表面附着的病毒杀灭成为空气消毒的主要目标[詹菁,刘倩,张雨竹等.新型冠状病毒2019-nCoV的一些初步认识[J].环境化学,2020, 39(2):283-291；吴晓文.某院新型住院病房上层空气杀菌系统对室内消毒前后空气中菌落数生长的影响及其对杀菌效果的评价[J].抗感染医学,2019,16(9):1544-1547；不锈钢表面生物膜优化控制技术研究[D].同济大学,2009；袁惠萍,何婉玲,梁月娥等.空气净化与紫外线在介入手术室空气消毒效果比较[J].中国医学物理学杂志.2019,36(8):981-984.]。
传统的空气消毒手段主要通过紫外光催化、臭氧氧化、等离子技术，其本质原理是通过能量场产生羟基自由基，对空气中的微生物进行杀灭作用。消毒效果的好坏取决于微生物的附着形态、微生物的性质、羟基自由基的数量和寿命等等[姚希,张冰丽,巩玉秀等.《医院空气净化管理规范WS/T368-2012》实施情况调查[J].中国感染控制杂志.2019, 18(11):1032-1037]。
表面活性剂是分子中同时具有亲水性基团和疏水性基团的物质。这类物质可以显著地改变两相界面的张力，从而促进水溶液中药剂分散。单独使用对微生物的杀灭效率较低。
酶是具有特殊结构与功能的蛋白质，具有高效、专一等特性。酶不仅可以有效地攻击细菌周围的黏膜层，使得微生物分散，不但不再形成生物膜，还可增强杀菌剂的去除能力[徐冉, 王海峰,李风亭.溶菌酶脂质体的制备及其对生物膜的剥离作用[J].同济大学学报(自然科学版).2011,39(1):90-94]。
溴氯海因是一种性能特异的消毒杀菌剂,溴氯海因在水中能够通过溶解不断释放出活性 Br-离子和活性Cl-离子，形成次溴酸和次氯酸，生成的次溴酸和次氯酸具有强氧化性，将微生物体内的生物酶氧化而达到杀菌的目的。主要反应方程式如下：
C5H6BrClN2O2+2H2O→C5H8N2O2+HOBr+HOCl
中国发明专利CN201911122909.9描述了一种臭氧紫外线杀菌消毒净化器，其主要功能依旧是通过臭氧/紫外的羟基自由基引发作用进行消毒灭菌，其对不同类型微生物杀灭效率以及对气溶胶中病毒去除缺乏有效分析。
中国发明专利CN201711230891.X描述了一种工业废气净化器，通过两级过滤(初级和精级过滤)、UV灯管、活性炭过滤来进行工业废气净化，其主要目标是去除工业废气中的气味，对消毒效率并未进行阐述。
中国发明专利CN20181064972.4公布了一种手术室即时杀菌的多功能手术刀座，采用的消毒机理包括银离子发生器、紫外/臭氧，其进入空气为相对洁净空气，对装置消毒效率的评价缺乏。
病毒作为古老的微生物种类之一，已经在地球上存在了几十亿年，其广泛存在于人类、哺乳动物、禽类中，属于与人类伴生过程。病毒最强大的是因为宿主种类、抗原成分、药剂种类、复制下一代速率、毒性和耐温性产生突变，特别形成对称的复制结构。150年前，人类就发现：传统的微生物滋长喜欢在表面增长。譬如，空气中的微生物，特别是病毒，也都是存在于气溶胶表面(人的飞沫往往也属于气溶胶)，而微生物附着于气溶胶表面会通过附着的微生物通过群体效应(“quorum-sense”)进行完整的基因表达，从而保证附着型的微生物都能够具有最适合生存的基因片段。这也解释了办公环境中，流感容易传播。虽然中央空调都通过送新风、紫外/臭氧等消毒方式，但是气溶胶中的微生物难以高效杀灭。
空气气溶胶中的细菌进行新的新陈代谢和生长繁殖，形成包含各种微生物的群落(Community)，群落中的微生物通过分泌各种胞外聚合物(EPS)形成具有机械强度的保护层，通过不断的新陈代谢、脱落和重新生长，最终形成具有稳定结构的生物膜结构，导致常规的消毒剂处理效率较差。气溶胶的粒径一般在0.1μm～10μm，许都病毒的粒径小于100nm，从而导致气溶胶成为空气中微生物的，针对变异概率高、复制能力强的病毒类微生物，其往往存在于“宿主”中，通过完整的基因表达。如何高效的突破菌胶团保护层，形成灭菌、渗透、溶解细胞壁、亲水/疏水性并存。通过滤筒过滤、喷淋过滤两种方式降低空气中的悬浮颗粒物浓度，同时利用对病毒渗透、氧化、溶解多重作用，降低颗粒物对紫外消毒效率影响的空气过滤和消毒工艺需要构建。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷与不足，提供一种空气过滤和消毒工艺，对金黄色葡萄球菌、军团菌、隐孢子虫、芽孢菌、噬菌体(细菌病毒)、SRSV(微小病毒)，都有较高的去除效率。本发明特别针对气溶胶型微生物，特别是通过宿主存在的各类病毒、气溶胶中的各类微生物具有显著的消毒效果。包括如下步骤：
S1、对待处理空气进行过滤处理；S2、过滤后的所述待处理空气进入喷淋装置进行复合药剂缓冲溶液的喷淋消毒；所述待处理空气的进气方向与所述喷淋装置的喷淋方向相逆； APG(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)、BCDMH(溴氯海因、1-溴-3-氯-5,5-二甲基海因，高效消毒剂)、LSM(溶菌酶，LYSOZYME)按比例配置成复合药剂，将所述复合药剂溶解于碳酸钠/碳酸氢钠溶液中，制备成所述复合药剂缓冲溶液；S3、喷淋消毒后的所述待处理空气进入紫外催化氧化装置，进一步消毒后排出洁净空气。
较佳地，还包括有脱水除雾处理，喷淋消毒后的所述待处理空气进入除雾装置进行脱除水雾，液相回流至所述喷淋装置，气相进入所述紫外催化氧化装置。
较佳地，所述复合药剂中APG(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)：BCDMH(溴氯海因、 1-溴-3-氯-5,5-二甲基海因，高效消毒剂)：LSM(溶菌酶，LYSOZYME)的质量比为(1：10：5)～ (1：10：2)，所述复合药剂在碳酸钠/碳酸氢钠溶液中的溶解质量浓度为0.5％～2.5％。
较佳地，碳酸钠溶液中的碳酸钠浓度控制在0.1～0.3mol/L，碳酸氢钠溶液中的碳酸氢钠的浓度控制在0.1～0.3mol/L；碳酸钠/碳酸氢钠溶液的pH值控制在9.33～9.68。
较佳地，APG(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)的平均分子量控制在300～330。
较佳地，采用滤筒过滤器对待处理空气进行过滤处理；所述滤筒过滤器的进气风速为 8～10m/s、过滤风速0.75～1.5m/min、滤筒材质为聚酯无纺布。
较佳地，所述滤筒采用压缩空气自动反吹冲洗滤筒，反吹空气的气量是待处理空气的气量的1/2500～1/1500，压缩空气的压力为0.4～0.6MPa。
较佳地，所述喷淋装置为悬浮填料喷淋装置，所述悬浮填料喷淋装置的空塔气速为 1.5～2.5m/s，悬浮填料的材质为PP，所设置的悬浮填料的比表面积大于200m2/m3；所述悬浮填料喷淋装置的工作温度控制在20～25℃。
较佳地，所述喷淋装置与复合药剂缓冲溶液的原料罐连接，当所述喷淋装置内的喷淋液量下降时，可自动补充复合药剂缓冲溶液。
较佳地，所述紫外催化氧化装置包括有185nm和254nm两种尺寸的紫外灯管，工作时，两种尺寸的所述紫外灯管同时使用；一立方米的待处理空气需要的所述紫外灯管的功率为 1～3W。
APG(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)具有分子量低、环境友好、对人体健康无影响等特性，在日化领域具有广泛的应用基础；BCDMH(溴氯海因、1-溴-3-氯-5,5-二甲基海因，高效消毒剂)属于一种性能特异的消毒杀菌剂，具有缓释杀菌的作用，在溶液中产生新生态的次溴酸和次氯酸，分子链段、杀菌效果强；LSM(溶菌酶，LYSOZYME)，使细胞壁不溶性黏多糖分解成可溶性糖肽，导致细胞壁破裂内溶物逸出而使细菌溶解；溶菌酶还可与带负电荷的病毒蛋白直接结合，与DNA、RNA、脱辅基蛋白形成复盐，使病毒失活。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1、本发明提供的空气过滤和消毒工艺，将APG(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)、 BCDMH(溴氯海因、1-溴-3-氯-5,5-二甲基海因，高效消毒剂)、LSM(溶菌酶，LYSOZYME)按比例配制并溶于碳酸钠/碳酸氢钠溶液中形成具有高效杀菌消毒的复合药剂缓冲溶液，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌皆有较好的去除效果；采用所述喷淋装置实现复合药剂缓冲溶液与待处理空气的充分接触，对悬浮型、附着型空气微生物，具有针对性的消毒作用；同时具有缓释、人体健康、细胞壁溶解、羟基自由基消毒的多重技术效果，可广泛应用于工业、农业、办公、居住等场所。
2、本发明提供的空气过滤和消毒工艺，通过采用前置过滤和化学药剂的两级处理后，对≥1μm的颗粒粒径去除率大于100％；对≥0.5μm颗粒粒径去除率大于99.96％，后续的紫外消毒效率会大幅度提升，最终形成高效的处理工艺。
3、本发明提供的空气过滤和消毒工艺，避免了现有技术的臭氧/等离子技术产生高浓度臭氧导致的人体健康影响的问题。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
如附图1，本发明提供了一种空气过滤和消毒工艺，目的在于寻求针对空气中悬浮型/附着型两类微生物皆有高效去除效率的过滤和消毒工艺，通过滤筒过滤、喷淋过滤两种方式降低空气中的悬浮颗粒物浓度，同时利用对病毒渗透、氧化、溶解多重机理，提升后续紫外消毒的效率，形成高效空气过滤和消毒工艺。具体包括如下步骤：对待处理空气进行过滤处理；过滤后的待处理空气进入喷淋装置进行复合药剂缓冲溶液的喷淋消毒，待处理空气的进气方向与喷淋装置的喷淋方向相逆，复合药剂缓冲溶液为APG(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)、BCDMH(溴氯海因、1-溴-3-氯-5,5-二甲基海因，高效消毒剂)、LSM(溶菌酶，LYSOZYME) 按比例配置并溶解于碳酸钠/碳酸氢钠溶液；喷淋消毒后的待处理空气进入除雾装置进行脱除水雾，液相回流至喷淋装置，气相进入紫外催化氧化装置，进一步消毒后排出洁净空气。本发明对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌皆有较好的去除效果；采用所述喷淋装置实现复合药剂缓冲溶液与待处理空气的充分接触，对悬浮型、附着型空气微生物，具有针对性的消毒作用，对气溶胶中的病毒(包括冠状病毒)具有较高的去除效果，对≥1μm的颗粒粒径去除率大于 100％；对≥0.5μm颗粒粒径去除率大于99.96％；同时具有缓释、人体健康、细胞壁溶解、羟基自由基消毒的多重技术效果，可广泛应用于工业、农业、办公、居住等场所。且本发明的工艺流程适应性强，可以选择过滤、消毒、“过滤+消毒”三种不同的处理模式，灵活使用。
进一步的，复合药剂中APG(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)：BCDMH(溴氯海因、 1-溴-3-氯-5,5-二甲基海因，高效消毒剂)：LYM的质量比为(1：10：5)～(1：10：2)，复合药剂在碳酸钠/碳酸氢钠溶液中的溶解质量浓度为0.5％～2.5％。若溶解于碳酸钠溶液，则碳酸钠溶液中的碳酸钠浓度控制在0.1～0.3mol/L，若溶解于碳酸氢钠溶液，则碳酸氢钠溶液中的碳酸氢钠的浓度控制在0.1～0.3mol/L；碳酸钠/碳酸氢钠溶液的pH值应控制在9.33～9.68，保持弱碱性。APG(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)的平均分子量控制在300～330。
进一步的，采用滤筒过滤器对待处理空气进行过滤处理；滤筒过滤器的进气风速为 8～10m/s、过滤风速0.75～1.5m/min、滤筒材质为聚酯无纺布。滤筒采用压缩空气自动反吹冲洗滤筒，反吹空气的气量是待处理空气的气量的1/2500～1/1500，压缩空气的压力为 0.4～0.6MPa，运行阻力为400Pa～720Pa。
进一步的，喷淋装置为悬浮填料喷淋装置，悬浮填料喷淋装置的空塔气速为1.5～2.5m/s，悬浮填料的材质为PP，所设置的悬浮填料的比表面积应大于200m2/m3；悬浮填料喷淋装置的工作温度控制在20～25℃。喷淋装置与复合药剂缓冲溶液的原料罐连接，当喷淋装置内的喷淋液量下降时，可自动补充复合药剂缓冲溶液，常见的，使用U型管控制液位。
进一步的，紫外催化氧化装置包括有185nm和254nm两种尺寸的紫外灯管，工作时，两种尺寸的紫外灯管同时使用，待处理空气在紫外催化氧化装置内的停留时间为1s,停留时间亦可根据待处理空气的性质进行调整；通常，一立方米的待处理空气需要的紫外灯管的功率为1～3W，来确保消毒质量。本发明通过采用前置过滤和化学药剂的两级处理后，紫外消毒效率会大幅度提升，最终形成高效的处理工艺。
本发明首先通过自清洁滤筒过滤装置，过滤去除空气中的颗粒物，其中对≥1μm的颗粒粒径去除率大于100％、对≥0.5μm颗粒粒径去除率大于99.96％。过滤后的空气进入悬浮填料喷淋装置。悬浮喷淋装置结合绿色表面活性剂APG(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)的渗透通道作用、氧化性杀菌剂BCDMH(溴氯海因、1-溴 -3-氯-5,5-二甲基海因，高效消毒剂)(溴氯海因、1-溴-3-氯-5,5-二甲基海因，高效杀菌剂) 的杀菌重要以及LSZ(溶菌酶，lysozyme)对细胞的生物溶解作用，对气溶胶/气体中的悬浮型、附着型微生物都有高效的消毒、溶解作用。净化后的气体进入除雾装置，液体回用至悬浮填料喷淋装置，除雾气体依靠紫外照射过程产生UV激发羟基自由基产生，依靠前端对气溶胶稳定体系的破坏，继续深度消毒。本发明通过结合高效过滤和消毒工艺，避免了传统消毒工艺对菌胶团或者气溶胶的去除效率较低，彻底杀灭悬浮型/气溶胶中的微生物，切断二者之间的平衡，对于溶胶内部的微生物，特别是新型病毒都能够高效杀灭，达到处理高效、绿色环保、经济可行的三重目的。
针对不同的应用场景、不同的工艺参数，本发明将结合实施例做详细说明。
实施例一：采用德国GRIMM公司便携式气溶胶粒径谱仪和美国TSI公司型号为7525室内空气品质仪对上海某写字楼“过滤+洗涤”后的颗粒粒径及实地测定，结果表明：大于1μm 的颗粒物去除率100％，对大于0.5μm的颗粒物去除率大于99.98％。
实施例二：对于沉降菌采用直径9cm的R2A标准培养基进行培养，进口分量为10m3/h，配制APG(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)：BCDMH(溴氯海因、1-溴-3-氯-5,5-二甲基海因，高效消毒剂)：LSM(溶菌酶，LYSOZYME)＝1：6：3，碳酸钠/碳酸氢钠pH值＝9.33，喷淋装置空塔气速为1.5m/s，喷淋液浓度1.0g/L，185nm/254nm紫外灯管1：1配置，每个m3空气的紫外光功率为3W。沉降菌的去除结果如下：
实施例三：上海某医院医疗废水大肠杆菌处理效果如下：单复合药剂过程中进水浓度为 1.6×108CFU/cm2，复合药剂加紫外杀菌的组合过程中进水浓度为1.8×106CFU/mL，配制 APG(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)：BCDMH(溴氯海因、1-溴-3-氯-5,5-二甲基海因，高效消毒剂)：LSM(溶菌酶，LYSOZYME)＝1：4：3，投加浓度1.2g/L。生物膜及溶液中微生物的剥离结果如下：
实施例四：对金黄色葡萄球菌(ATCC6538)的处理效率，采用R2A培养基，进行金黄色葡萄球菌的培养，培养浓度为1.5±0.3×106，配制APG(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)： BCDMH(溴氯海因、1-溴-3-氯-5,5-二甲基海因，高效消毒剂)：LSM(溶菌酶，LYSOZYME)＝1：4： 3。对金黄色葡萄球菌的处理结果如下(*表示投加浓度为500mg/L，#表示投加浓度为1000 mg/L)：
实施例五：上海某三文鱼企业利用本工艺进行室内空气消毒，处理效果满足生鲜食品食品卫生要求，大肠杆菌、金黄色葡萄球菌皆未检出。
实施例六：对绿脓杆菌(ATCC15442)的处理效率，采用R2A培养基，进行金黄色葡萄球菌的培养，培养浓度为1.8+0.6×106，配制APG(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)：BCDMH(溴氯海因、1-溴-3-氯-5,5-二甲基海因，高效消毒剂)：LSM(溶菌酶，LYSOZYME)＝1：5：5。绿脓杆菌的处理结果如下(*表示投加浓度为500mg/L，#表示投加浓度为1000mg/L)：
因本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离其本身的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施案例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围之内作出变化和修改。
Claims (10)
1.一种空气过滤和消毒工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对待处理空气进行过滤处理；
S2、过滤后的所述待处理空气进入喷淋装置进行复合药剂缓冲溶液的喷淋消毒；
所述待处理空气的进气方向与所述喷淋装置的喷淋方向相逆；
APG(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)、BCDMH(溴氯海因、1-溴-3-氯-5,5-二甲基海因，高效消毒剂)、LSM(溶菌酶，LYSOZYME)按比例配置成复合药剂，将所述复合药剂溶解于碳酸钠/碳酸氢钠溶液中，制备成所述复合药剂缓冲溶液；
S3、喷淋消毒后的所述待处理空气进入紫外催化氧化装置，进一步消毒后排出洁净空气。
2.根据权利要求1所述的一种空气过滤和消毒工艺，其特征在于，还包括有脱水除雾处理，喷淋消毒后的所述待处理空气进入除雾装置进行脱除水雾，液相回流至所述喷淋装置，气相进入所述紫外催化氧化装置。
3.根据权利要求1所述的一种空气过滤和消毒工艺，其特征在于，所述复合药剂中APG(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)：BCDMH(溴氯海因、1-溴-3-氯-5,5-二甲基海因，高效消毒剂)：LYM的质量比为(1：10：5)～(1：10：2)；所述复合药剂在碳酸钠/碳酸氢钠溶液中的溶解质量浓度为0.5％～2.5％。
4.根据权利要求1所述的一种空气过滤和消毒工艺，其特征在于，碳酸钠溶液中的碳酸钠浓度控制在0.1～0.3mol/L，碳酸氢钠溶液中的碳酸氢钠的浓度控制在0.1～0.3mol/L；
碳酸钠/碳酸氢钠溶液的pH值控制在9.33～9.68。
5.根据权利要求1或3所述的一种空气过滤和消毒工艺，其特征在于，APG(烷基聚葡萄糖苷、非离子表面活性剂)的平均分子量控制在300～330。
6.根据权利要求1所述的一种空气过滤和消毒工艺，其特征在于，采用滤筒过滤器对待处理空气进行过滤处理；所述滤筒过滤器的进气风速为8～10m/s、过滤风速0.75～1.5m/min、滤筒材质为聚酯无纺布。
7.根据权利要求1或6所述的一种空气过滤和消毒工艺，其特征在于，所述滤筒采用压缩空气自动反吹冲洗滤筒，反吹空气的气量是待处理空气的气量的1/2500～1/1500，压缩空气的压力为0.4～0.6MPa。
8.根据权利要求1所述的一种空气过滤和消毒工艺，其特征在于，所述喷淋装置为悬浮填料喷淋装置，所述悬浮填料喷淋装置的空塔气速为1.5～2.5m/s，悬浮填料的材质为PP，所设置的悬浮填料的比表面积大于200m2/m3；
所述悬浮填料喷淋装置的工作温度控制在20～25℃。
9.根据权利要求1或8所述的一种空气过滤和消毒工艺，其特征在于，所述喷淋装置与复合药剂缓冲溶液的原料罐连接，当所述喷淋装置内的喷淋液量下降时，可自动补充复合药剂缓冲溶液。
10.根据权利要求1所述的一种空气过滤和消毒工艺，其特征在于，所述紫外催化氧化装置包括有185nm和254nm两种尺寸的紫外灯管，工作时，两种尺寸的所述紫外灯管同时使用；
一立方米的待处理空气需要的所述紫外灯管的功率为1～3W。
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