空氣潔凈技術的應用探討

劉小東(大慶，工程學院，黑龍江八一農墾大學)

?摘?要

本文簡要歸納了當前國內外里氣潔凈技術的發(fā)展動向。論述了空氣潔凈技術在工業(yè)領域和生物凈化領城應用，指出了潔凈技術發(fā)展國內外存在的差距，提出了應用數(shù)理統(tǒng)計分析評價生物潔凈技術在無菌罐裝中應用效果的數(shù)理評價方法。

?關鍵詞：潔凈技術;生物凈化;潔凈度;方差分析

The Research of Application for Air Cleaning Technology

Liu xiaodong

(Engineering College ,HeilongjiangBayiAgricultureUniversity,Daqing,China)

Abstract

This paper hriefly recomm end developing trend of? Modem一Air- Clean一Tenology? of work. It is discussed that application of air cleaning techning technology in industrial filed and bio cleaning field；It is pointed out that the gap which is existing between China and some developed countries in air cleaning technology；It is raised that quantitative appraising method of applying mathematical statistical analytical means to appraise the applied effect of bio cleaning technology in aseptic potting in thispaper.

Keywords:?Cleaning technology；bio cleaning；Cleanliness；aseptic? potting；Variance.

1空氣潔凈技術發(fā)展概況

空氣潔凈技術是二次世界大戰(zhàn)后才開始形成和發(fā)展起來的環(huán)境工程技術。目前在精密加工、宇航工業(yè)、微電子工業(yè)等眾多工業(yè)領域得到廣泛應用，并以更加迅猛的發(fā)展趨勢擴展到醫(yī)療、制藥、食品、化妝品、無菌培植、遺傳工程等生物潔凈技術領域。

二戰(zhàn)前的精密加工業(yè)其精密只在微米級水平上，尚無控制塵埃污染的要求。隨著生產水平的提高，首先是軍事工業(yè)和微加工技術對空氣中塵埃粒徑的控制要求提到了亞微米級別。對塵埃與產品質量間的關系有了量的概念[1]。

于50年代初結合曼哈頓研究計劃，美國宇航工業(yè)率先研制成功第一臺高效能塵埃粒子過濾器開始，又建成世界第一個高級別平行流空氣潔凈室，保證了60年代微加工業(yè)順利地跨人了亞微米級外，使膠片的解相力一每毫米寬度能記錄下可分辯的單線條數(shù)發(fā)展到全息干版3000條線。而70年代開始出現(xiàn)的超大規(guī)模集成電路，其掩膜厚度已達到十分之幾到百分之幾微米，電器元件之間的金屬聯(lián)線之寬度一光刻基本圖形尺寸，最小達到0.01微米。一顆塵埃，即使小到0.01微米也能使大規(guī)模集成電路片形成針孔或電路切斷、短路等事故而報廢。微電子工業(yè)從一九七五年動態(tài)隨機存儲器DRAM 16K到一九九八年的256K，平均每三年容量增加五倍，今后對最小塵埃粒徑從目前的0.1微米控制技術還要低一至二個數(shù)量級。

與上述空氣潔凈技術在深度上不斷發(fā)展的同時，在生物凈化領域得到了更廣泛的應用，成為今后主要發(fā)展方向和擴展的應用領域。

2空氣潔凈技術在生物凈化領域應用

生物潔凈技術以一九六六年美國在德克薩斯州恩多林(Andolin)醫(yī)院建成垂直平行流無菌白血病房為代表，開始了首先在醫(yī)療業(yè)中的實際應用，目前在醫(yī)學領域的臟器移植、關節(jié)置換、腦胸外科大型無菌手術和醫(yī)療燒傷病、白血病等無茵病房中廣泛普及。它成功地防止了細菌感染，大大提高了治愈率。統(tǒng)計表明，無菌手術感染率近乎為零，而術后感染率由原來的8.9%下降到不足0.50J0，而70%以上二度燒傷的死亡率由93%下降到6 0/r以下如北京301醫(yī)院一九九五年至一九九七年在無菌手術室所做的16427例各種手術無一例感染[2]。

在制藥工業(yè)，由于對藥品特別是用于靜脈注射、肌內注射和眼藥等制劑的純度已由化學純進入到離子純，其藥劑中含有任何塵埃粒子或細菌等微生物粒子，都會引起患者的病態(tài)熱原反應。所以現(xiàn)代制藥工業(yè)要求對液體制劑、抗生素的填充、分裝、質量檢驗和化驗等工序、環(huán)節(jié)都要在生物潔凈室或超凈工作臺內無菌狀態(tài)下進行。至于在遺傳工程、無菌實驗、無菌飼養(yǎng)等領域應用，潔凈度級別要求就更高更嚴格了因為在這些領域里的病理實驗、組織培養(yǎng)(包括克隆技術)、癌細胞及疫苗的培養(yǎng)都必須是在無其它雜菌、致病菌條件F進行。如果不是在無菌條件下進行，有些很有科學研究價值需要在人體外往往經過一年以上時間培養(yǎng)出的活動的癌細胞植株，稍有不慎而污染即前功盡棄。

在食品、釀造、發(fā)酵等工藝生產過程中，對純種的培養(yǎng)、移植、擴種過程沒有生物潔凈技術提供保障發(fā)生污染，則產品質量得不到保證，成噸的營養(yǎng)液或成百上千的原料都會成廢料造成巨大損失。

在宇航工業(yè)，探索宇宙生命起源的飛行器若不在無菌的生物潔凈間總裝，就可能誤將地球的有機物當成帶回的宇宙物質，不僅會導致錯誤的結論，更可怕的是飛行器采回的其它星球的礦物、標本等不在生物無菌室進行處理，將會產生不堪設想的嚴重后果。

總之，空氣潔凈技術發(fā)展至今，經歷了半個世紀，從工業(yè)潔凈技術到生物潔凈技術，其應用領域不斷擴大，在國民經濟中起到越來越重要的作用[3]。

3空氣潔凈技術發(fā)展國內外差距

我國空氣潔凈技術發(fā)展自60年代開始以來，目前已具備了相當?shù)膶嵙Γ谀承├碚撗芯亢蛻梅矫孢_到了國際先進水平，但同世界上工業(yè)發(fā)達國家相比仍有不少差跟，主要表現(xiàn)在如下三個方面[4]。

首先從空氣潔凈技術的起步時間和相關技術規(guī)范制定時間上看，大約落后了二十年左右。

美國從一九五0年制造出第一臺高效能空氣過濾裝置到一九六一年建成100級平行流潔凈室，完成了空氣潔凈技術領域的關鍵技術設備和氣流組織的理論到實踐的完整過程。從60年代開始又率先完成了潔凈技術應用方面的相關標準和規(guī)范的制定一九六三年頒布廠美國聯(lián)邦標準F.S.209，一九六七年又頒布了第一個有關微生物凈化級別的國家航天與航空管理局標準(NASA標準)。我國于1984年制定的國家標準GBJ73一84《潔凈廠房設計規(guī)范》，提出了我國的潔凈度級別，第一級稱3級(相當于F.S.209的100級)，第二級稱30級，依此類推?？梢娢覈?系列”的空氣潔凈度級別名稱上仍沿用了F.S.209的稱呼，只是內容上改用國際單位制。

一項技術標準和規(guī)范的制定和實施，在某種意義上而言是代表一個行業(yè)或國家在它制定和實施該標準或規(guī)范那個時期的技術能力和發(fā)展水平的一個重要標志，從這點上講，我國的空氣潔凈技術在時間上落后了美國20年左右。

第二，從潔凈技術應用領域的普及程度上看，從五十年代開始工業(yè)發(fā)達國家工業(yè)潔凈技術應用于精密加工、微電子工業(yè)、高純半導材料等工業(yè)領域。在不到十年的時間已擴展到生物潔凈技術領域。

據(jù)日本污染控制函調委員會一九七0年對l22個單位所做的實際調查，航天、半導體、微電子工業(yè)普及率近100 0/n。制藥醫(yī)療行業(yè)在80%以上?；ぁ⑹称窞?0左右。我國從一九六二年開始研究集成電路，一九六五年研制成功高效空氣過濾器，一九六九年建成裝配式的潔凈室，一九七三年在北京建成第一個用于集成電路生產的100級平行流潔凈室。目前國內各不同行業(yè)空氣潔凈技術應用普及率遠低于國外工業(yè)發(fā)達國家水平，在食品、釀造、發(fā)酵等行業(yè)的無菌罐裝普及率不到10%，但在生物制藥行業(yè)近幾年有了長足的發(fā)展，并以一九九八年建成的亞洲最大規(guī)模的北京307醫(yī)院10間l00級血液無菌病房為代表，我國在空氣潔凈技術領域在21世紀會出現(xiàn)更大的飛躍[5]。

第三，從潔凈技術總體發(fā)展水平而言，國內外差距主要有如下三點:

l.最高級別潔凈室國外已有10級和上級，而國內只有100級，現(xiàn)在在研制10級。

2.塵埃的控制粒徑，國外已從0.5微米過渡到0.1微米，相應地研制成了超高效空氣過濾器，氣流組織從平行流向節(jié)能高效的矢流理論和數(shù)字模擬化方向發(fā)展。國內目前仍處于研究開發(fā)階段。

3.在檢測技術與儀器制造方面有明顯差距。美國ROYCO公司早在20年前就研制出Ift’/分=28.3升/分大流量光電粒子計數(shù)器，最近研制出的ROYCOLAS一X型激光粒子計數(shù)器，可測最小粒徑為0.09微米，分4檔l5個通道的大流量自動分檔檢測記錄;而由我國建筑科學院研制的J一73光電粒子計數(shù)器，其最大流量為5升/分，可測最小粒徑為0.3微米[6]。

4生物潔凈技術評價方法研究

筆者一九八二年完成了生物潔凈技術在食品無菌罐裝中應用，一九八六年完成了在化妝品無菌罐裝中應用，并對生物潔凈技術在這兩個領域應用所產生的效果.采用了數(shù)理統(tǒng)計分析方法對產品質量顯著影響給予了定量分析證明和質量控制區(qū)間估計等統(tǒng)計計算方法。

現(xiàn)以某種兒童營養(yǎng)果汁無菌罐裝為例，說明上述方法之應用。

在空氣凈化與非凈化條件下生產的同一種果汁中所含的雜菌數(shù)其檢驗結果如表一所示。從表一可見，在空氣凈化與非凈化條件下，即無菌與有菌環(huán)境條件下，生產的同一種兒童營養(yǎng)果汁在其它條件都不變，只因環(huán)境條件的顯著不同，在非凈化條件下生產和罐裝的產品因受來自周圍環(huán)境的污染產品中，雜菌數(shù)比之凈化條件下的產品平均值高出17.6倍[6]。

方差分析的實質是提出一種假設:有ab個隨機變量xij在不同條件下檢驗的樣品子樣)都來自于同一母體(參檢樣品的全部產品)，服從正態(tài)分布規(guī)律，檢驗這一假設在給定顯著置信度值a一「是否可信，并判別某一變異因素(本文指的是采取凈化與非凈化條件)作用前后的子樣(有限的檢驗結果)，在給定的a值下有無顯著差異。

假設各子樣的平均有如下關系H0：

作統(tǒng)計量：

將上式兩邊除以方差X2變量：

上面三式的自由度分別ab-1，b-1和b（a-1），將（3）和（4）式分別除以各自的自由度得平均離差平方和，然后兩式相除得如下的F變量：

F值與給定的顯著度a=0.01值下的F-a進行比較，若FFａ，則否定原來的Ｈ-０，并判別兩式有顯著差異。

以1的檢驗結果為例進行計算，結果F=2921.9。

現(xiàn)取顯著度a=0.01，當b-1=2-1=1，b（a-1）=2*（5-1）=8時，查表得Fa=11.26。

可見F》Fa是一個突出的大數(shù)，故否定原假設H0，斷定在生物凈化條件下和非凈化條件下所生產的同種產品具有顯著的質量差異。

5潔凈室節(jié)能方案的探討

潔凈室節(jié)能較一般空調系統(tǒng)更顯重要，因潔凈空調系統(tǒng)新風比例更高，在醫(yī)院傳染病房、生命科學實驗室及一些特殊廠房會產生有毒氣體(甚至放射性物質)常需采用全新風“直流系統(tǒng)”，這人人提高了制冷機的耗電，而由于“換氣次數(shù)”隨潔凈等級升高而加人和空氣溫濕度的高要求也增加了冷熱負荷的耗電量[7]。

采用空氣一空氣或空氣一水熱交換器，可利用室外空氣的能量(用熱泵)，以可節(jié)約能耗，現(xiàn)提出下列具體措施:

(1)新風集中處理是近年來常推薦的技術措施，這不但可降低新風帶來的污染源，保護了末端的高效過濾器、同時可以利用地下水、空氣冷熱源及排氣的溫差預熱或預冷。

(2)山于醫(yī)}坑的特殊性，手術間、病房、消毒間等系統(tǒng)功能要求不同，供冷供熱常有時空交錯，在設計時利用造排風的冷熱能相互交換即可以節(jié)約總能耗。

采用以上綜合技術措施，在工業(yè)及民用建筑的潔凈工程中，節(jié)大約人量能源，響應當前在全國推行“節(jié)能指標化”的總體要求。

參考文獻

[1]魏貽寬.空氣潔凈技術的現(xiàn)狀與發(fā)展動向[J].暖通空調.2005（4）3-12.

[2]許仲麟.空氣潔凈技術原理[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1983.

[3]許仲麟.空氣潔凈技術應用[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社.1988.

[4]姜成楠.潔凈技術在食品無菌裝罐中應用[J] .暖通空調.1982(3):14一17.

[5]姜成楠.生物潔凈技術在化妝品工業(yè)中應用[J].暖通空調.1985(4):9一1l.

[6]姜成楠，吳昊.空氣潔凈技術發(fā)展研究[J].沈陽：沈陽大學報.2001.（2）80-83.

[7]馬光正.現(xiàn)代空氣潔凈技術發(fā)展動向及再發(fā)展對策[J].建筑物理與設備.福建建著科技.2007.（3）78-79.