什么是空氣潔凈技術(shù)?空氣潔凈技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

一、空氣潔凈技術(shù)的概念

在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活中，往往需要對某一特定空間內(nèi)的空氣溫度、濕度、潔凈度和氣流速度提出技術(shù)要求，并采取一定的技術(shù)手段創(chuàng)造和維持這一空間的空氣環(huán)境，以滿足生產(chǎn)工藝過程和人體舒適要求。這就是通常所說的空氣調(diào)節(jié)。在應(yīng)用空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的建筑中，由于環(huán)境場合不同，對空氣的溫度、濕度、潔凈度、氣流速度的要求側(cè)重點則不同。一般來說，空氣調(diào)節(jié)任務(wù)的側(cè)重點是對空氣溫度、濕度以及空氣速度的調(diào)節(jié)，對空氣潔凈度沒有過高的特殊要求。而對于有些工業(yè)生產(chǎn)車間，如半導(dǎo)體、微電子工業(yè)、食品、制藥、衛(wèi)生等領(lǐng)域，不僅僅對其環(huán)境的空氣溫度、濕度、氣流速度有一定的技術(shù)要求，更重要的是對空氣潔凈度（即生產(chǎn)環(huán)境空氣中含塵濃度的高低）有嚴(yán)格和特殊的要求。為達到這一目的，所采取的技術(shù)措施稱為空氣潔凈技術(shù)（俗稱潔凈技術(shù)或凈化技術(shù)）。所以，空氣潔凈技術(shù)的任務(wù)，是在滿足室內(nèi)環(huán)境空氣溫度和濕度要求的前提下，將受控環(huán)境空氣介質(zhì)中的含塵懸浮微粒除掉，并且使其達到生產(chǎn)要求的環(huán)境條件，也就是我們常說的空氣凈化。對于采用了空氣潔凈技術(shù)使空氣中懸浮微粒濃度、含菌濃度受控而達到某種要求的房間（或限定的空間），稱為潔凈室。

二、空氣潔凈技術(shù)的由來

空氣潔凈技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)以及現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展逐步形成的一門科學(xué)。從18世紀(jì)開始人們對潔凈技術(shù)已經(jīng)有了初步的認識。隨著國際戰(zhàn)爭的爆發(fā)，不斷刺激著軍事工業(yè)的發(fā)展，于是對產(chǎn)品的微型化、高精度、高純度、高質(zhì)量、高可靠性等性能方面提出了更高的要求，這就需要有一個高潔凈度的生產(chǎn)環(huán)境。而且生產(chǎn)技術(shù)越發(fā)展對生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度要求越高。因此空氣潔凈技術(shù)以及所需的設(shè)備和過濾材料隨即產(chǎn)生并迅速發(fā)展。

20世紀(jì)20年代，美國首先在航空業(yè)的陀螺儀制造過程中提出了生產(chǎn)環(huán)境的凈化要求，為消除空氣中塵埃對航空儀表齒輪、軸承的污染，他們在制造車間和實驗室建立了“控制裝配區(qū)”，把軸承的裝配工序與其他的生產(chǎn)、操作區(qū)隔開，同時供給一定量的經(jīng)過過濾處理的空氣。飛速發(fā)展的軍事工業(yè)，無論是提高原材料的純度、零部件加工和裝配、提高元器件和整機的可靠性與使用壽命，都要求有一個高品質(zhì)的生產(chǎn)環(huán)境。據(jù)說，美國一家導(dǎo)彈公司曾發(fā)現(xiàn)，在普通的車間內(nèi)裝配慣性制導(dǎo)用陀螺儀時，平均每生產(chǎn)10個產(chǎn)品就要反工120次。當(dāng)在控制空氣中塵埃污染的環(huán)境中裝配后，返工率降低至2次。對在無塵和有塵（塵粒平均直徑為3μm，塵粒數(shù)為1000pc/m³）兩種環(huán)境中裝配轉(zhuǎn)速為1200r/min的陀螺儀軸承進行比較，其產(chǎn)品的使用壽命竟相差100倍。從這些生產(chǎn)實踐中，人們認識到空氣凈化在軍事工業(yè)中的重要性和迫切性，也構(gòu)成了當(dāng)時發(fā)展空氣潔凈技術(shù)的推動力。

20世紀(jì)50年代初，美國發(fā)明生產(chǎn)了高效空氣粒子過濾器，取得了在潔凈技術(shù)上的第一次飛躍性成就，使美國在軍事工業(yè)和人造衛(wèi)星制造領(lǐng)域建立了一批工業(yè)潔凈室，并相繼在航空、航海的導(dǎo)航裝置、加速器、陀螺儀、電子儀器等生產(chǎn)廠廣泛應(yīng)用。

在美國潔凈技術(shù)快速發(fā)展的同時，世界各發(fā)達國家也開始了潔凈技術(shù)的研究和應(yīng)用。

20世紀(jì)50年代，英國在陀螺儀生產(chǎn)等工廠中建立了潔凈室。

20世紀(jì)50年代，日本在半導(dǎo)體工業(yè)應(yīng)用潔凈技術(shù)。

20世紀(jì)60年代初，在美國工業(yè)潔凈室進入廣泛應(yīng)用時期，開始嘗試?yán)霉I(yè)潔凈室進行生物無菌實驗。通過研究和實驗，人們認識到空氣中的細菌和病毒是附著在塵埃上以群體存在的。人體、其它動物體以及土壤中產(chǎn)生的細菌、病毒，會附著在塵粒、皮屑、毛發(fā)、水滴上隨空氣傳播。由此可見，塵埃是傳播細菌和病毒的媒介?？諝庵械膲m埃越多，細菌和病毒的傳播機會越多。如果對空氣中的塵埃粒子進行了控制和處理，就是控制了細菌和病毒。在這個理論基礎(chǔ)上，20世紀(jì)70年代初，美國等技術(shù)先進的國家大規(guī)模地把工業(yè)潔凈室技術(shù)用于防止以空氣為媒介的微生物污染的領(lǐng)域，從而誕生了現(xiàn)代生物潔凈室，使制藥工業(yè)、化妝品工業(yè)、食品工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量大為提高。在醫(yī)療部門的手術(shù)室和特殊病房以及生物安全方面，潔凈室的推廣和應(yīng)用，使人們的疾病治療、手術(shù)和抗感染控制得到了保障。

由此可見，在目前空氣潔凈技術(shù)的應(yīng)用可分為兩個方面：

1.工業(yè)潔凈。以工業(yè)生產(chǎn)工藝為目的的空氣潔凈過程，其控制對象為空氣中的塵埃微粒，如灰塵等。對于這類房間，是以控制空氣中的塵埃微粒為主要目的的，通常稱為工業(yè)潔凈室。

2.生物潔凈。以保健、衛(wèi)生為目的的空氣潔凈過程，其控制對象為空氣中的細菌、病毒等微粒。對于這類房間，由于采取了無菌化處理，而且是以防止微生物污染為主要目的的，通常稱為生物潔凈室。

三、潔凈技術(shù)的發(fā)展

自18世紀(jì)人們對潔凈技術(shù)開始認識，到20世紀(jì)20年代美國在軍事工業(yè)上應(yīng)用，潔凈技術(shù)都是伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，并隨著潔凈技術(shù)的應(yīng)用，工業(yè)產(chǎn)品也得到了不斷的提高和進步。其工業(yè)產(chǎn)品更向著微型化、精密化、高質(zhì)量、高純度和高可靠性方向發(fā)展?，F(xiàn)代工業(yè)更是如此，航空、航天、電子工業(yè)以及醫(yī)藥、醫(yī)療、生物工程等諸多領(lǐng)域，無不在應(yīng)用潔凈技術(shù)。尤其是電子、微電子、集成電路產(chǎn)品，從最初在數(shù)間房間內(nèi)組合安裝，到現(xiàn)在的超大集成電路的微型化，對空氣中受控粒子粒徑的要求從0.3～0.5μm發(fā)展到0.05μm甚至更小，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)對潔凈技術(shù)的需求。

在制藥工業(yè)方面，藥品的質(zhì)量反映在療效、安全性和藥品穩(wěn)定性等要素上。影響這三個要素的重要環(huán)節(jié)是藥品的配方和生產(chǎn)方法。而生產(chǎn)方法又包含了生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)環(huán)境兩個方面。生產(chǎn)環(huán)境是環(huán)境控制的各項措施綜合作用的結(jié)果。如制藥車間的建筑設(shè)計、裝修，空調(diào)凈化系統(tǒng)的設(shè)計、運行、維護管理等。其環(huán)境控制的目的是為了防止藥品因污染或交叉污染等任何危及產(chǎn)品質(zhì)量的情況發(fā)生。

臨床經(jīng)驗證明，當(dāng)用于靜脈注射和滴眼藥等制劑，在生產(chǎn)過程中被塵埃微粒污染并進入人體血液，可能會出現(xiàn)以下癥狀：

1．某些較大粒徑的微粒隨藥液進入血管，可能會直接造成血管阻塞，引起肌體局部缺水而萎縮或水腫；

2.?如果紅細胞聚集在侵入的微粒等異物上，可能形成血栓，導(dǎo)致血管閉塞和靜脈炎等病癥；

3.?微粒侵入組織，在巨噬細胞的包圍和培植下還可能引起異物肉芽腫；

4.?微粒等異物的相互作用，可能引起過敏反應(yīng)、血小板減少等癥狀。

當(dāng)藥劑在生產(chǎn)過程中被微生物污染，不僅會導(dǎo)致藥效降低或藥品變質(zhì)，還會引起臨床預(yù)料不到的疾病。如由微生物所產(chǎn)生的多糖物引起患者的熱原反應(yīng)；細菌污染藥品可能引起敗血癥、內(nèi)毒素中毒等。

片劑、散劑等普通藥劑在生產(chǎn)過程中污染所引起的臨床感染病癥，在國外也已有實例報道。

醫(yī)院是病人就診、治療和康復(fù)的特殊場合，也是病毒、細菌的滋生和傳播源。醫(yī)院內(nèi)一旦發(fā)生感染和交叉感染，則關(guān)系到更多的就診者和醫(yī)護人員。發(fā)生在2003年春季的全球SARS（俗稱非典）感染，就說明了在醫(yī)院采取對空氣環(huán)境控制的重要性。

基于應(yīng)用空氣潔凈技術(shù)的重要性，潔凈技術(shù)的發(fā)展已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實驗活動不可缺少的重要標(biāo)志之一。

如果說20世紀(jì)60年代潔凈技術(shù)在美國、歐洲等發(fā)展國家的廣泛應(yīng)用，是潔凈技術(shù)的大發(fā)展時期，那么此后就是潔凈技術(shù)在全球各個領(lǐng)域快速和規(guī)范發(fā)展階段。

1961年美國制定了國際上最早的潔凈室標(biāo)準(zhǔn)（美國空軍技術(shù)條令203）。并把編制聯(lián)邦政府標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)交給了原子能委員會的出版機構(gòu)。同時基本完善了單向流潔凈技術(shù)，建造了100級潔凈室。

1963年底美國頒布了第一個軍用部分的聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FS-209。從此聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)“209”不僅是美國的著名潔凈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而且成為國際上普遍通用的潔凈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

1966年美國頒布了修訂后的FS-209A。

1973年美國頒布了聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FS—209B；

1976年美國對聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FS—209B進行了修訂；

1988年美國頒布了聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FS—209D；

1992年美國頒布了聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FS—209E。

在此期間，前民主德國、法國、前蘇聯(lián)、日本、英國、澳大利亞、俄羅斯等國家相繼頒布和制定了各國的潔凈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）。

表0-1??世界一些國家頒布的潔凈室標(biāo)準(zhǔn)

(續(xù)表)

表0-2??世界一些國家、地區(qū)、組織頒布的藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）

我國的潔凈室技術(shù)研究開始于20世紀(jì)60年代初，70年代潔凈室技術(shù)主要用于我國的電子工業(yè)，尤其是半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)用潔凈室，相繼建成了一批潔凈廠房，并研制成功5級（100級）、6級（1000級）單向流工業(yè)潔凈室和手術(shù)潔凈室。

在我國雖然潔凈技術(shù)研究起步較晚，但發(fā)展較快。不僅逐步完善了潔凈技術(shù)理論，而且潔凈廠房用設(shè)備和材料，如高效過濾器、潔凈工作臺、層流罩、空氣吹淋室、潔凈傳遞窗等相繼研制成功并投入生產(chǎn)。到20世紀(jì)70年代末，我國潔凈室設(shè)計、建造和潔凈技術(shù)的發(fā)展走向成熟階段。

1984年我國頒布了國家標(biāo)準(zhǔn)《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》（GBJ73—1984）；

1991年頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《潔凈室施工及驗收規(guī)范》（JGJ7190）；

1994年頒布了《實驗動物環(huán)境與設(shè)施》（GB/T14925—1994）；

1996年國家醫(yī)藥管理局頒布了《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》（GMP—97）；

2001年修訂了原《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》（GBJ73—1984），頒布了新的國家標(biāo)準(zhǔn)《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》（GB50073—2001）；

2002年頒布了國家標(biāo)準(zhǔn)《醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范》GB50333—2002；

高潔凈度潔凈室的建成和技術(shù)規(guī)范的相繼頒布，標(biāo)志著我國的潔凈技術(shù)發(fā)展進入了一個新階段。

四、潔凈技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

潔凈技術(shù)在世界各國的廣泛應(yīng)用已經(jīng)經(jīng)歷了半個多世紀(jì)的發(fā)展，從軍事工業(yè)開始到電子工業(yè)，并逐步發(fā)展到其他行業(yè)，其應(yīng)用范圍越來越廣泛，技術(shù)要求也越來越高，應(yīng)用領(lǐng)域已涉及軍事、電子、食品、醫(yī)藥、衛(wèi)生、生物實驗等方面。

1.電子（微電子）工業(yè)

電子工業(yè)已從過去的電子管發(fā)展到半導(dǎo)體分離器件、集成電路乃至超大規(guī)模集成電路，因此也大大地促進了空氣潔凈技術(shù)的發(fā)展，實踐證明，集成電路制造工藝中，集成度越高，圖形尺寸越細，對潔凈室控制的空氣塵埃微粒粒徑尺寸也越小，且空氣中含塵量要求越低。表0—3為大規(guī)模集成電路的工藝發(fā)展?fàn)顩r。表0-4為超大規(guī)模集成電路的發(fā)展及相應(yīng)控制微粒的粒徑。

集成電路芯片的成品合格率與芯片的缺陷密度有關(guān)。而缺陷密度與空氣中塵埃粒子個數(shù)有關(guān)。若假設(shè)芯片缺陷密度中有10%為空氣中塵埃粒子沉降到硅片上引起的，則可以推算出每平方米芯片上空氣塵埃粒子的最大允許值，如表0-5。因此，集成電路的高速發(fā)展，不僅對空氣中控制粒子的尺寸有更高的要求，而且對塵埃粒子的數(shù)量也有控制要求，即對生產(chǎn)環(huán)境的空氣潔凈度等級有控制要求。除此以外，集成電路生產(chǎn)環(huán)境對化學(xué)污染控制也有十分嚴(yán)格的要求，如表0-6所示。

表0-3??大規(guī)模集成電路的工藝發(fā)展?fàn)顩r

表0-4??超大規(guī)模集成電路的發(fā)展及相應(yīng)控制微粒的粒徑

表0-5??每平方米芯片上空氣塵埃粒子的最大允許值

表0-6??化學(xué)污染物控制指標(biāo)

2.食品工業(yè)

食品工業(yè)的工藝主要有發(fā)酵、釀造、加工、灌封、包裝等。在這些過程中，空氣的潔凈除菌是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵之一。如灌封、包裝過程中，如果包裝容器除菌不徹底而帶有細菌，那么食品的保質(zhì)期必然縮短，嚴(yán)重時會影響食用者的身體健康。

實踐證明，我們不僅要重視對食品內(nèi)容物和灌包裝容器的滅菌，而且不能輕視空氣的污染?？諝獾奈廴疽话銇碜詢蓚€方面，一是從室外進入室內(nèi)的空氣未經(jīng)凈化處理，帶有大量微生物。另一方面，在食品加工車間的地面、墻壁、頂棚上，因為沾有糖分、淀粉、蛋白質(zhì)等粒子，當(dāng)溫度、濕度適宜時，細菌就會在這些表面繁殖，并隨著空氣流吹散到房間的各個角落。因此食品生產(chǎn)工藝需要無菌操作。

食品生產(chǎn)的無菌操作不僅是對產(chǎn)品的防腐保質(zhì)期限的影響，更重要的是空氣潔凈技術(shù)在食品生產(chǎn)中，尤其是在釀造、發(fā)酵中對酵母菌的純種培育、分離、接種、擴種以及防止雜菌體的污染，提高產(chǎn)品質(zhì)量保持食品在色、香、味、營養(yǎng)等方面有著重要的作用。

3.醫(yī)療

如前所述，在醫(yī)院這個特殊環(huán)境中，對空氣環(huán)境進行控制是非常重要的。所謂的對空氣環(huán)境控制包括兩方面，其一是提高環(huán)境的舒適性。舒適的空調(diào)環(huán)境是治療與康復(fù)的一個重要因素，在某些情況下，甚至是主要的治療方法。大量的醫(yī)學(xué)臨床研究證明，病人在適宜的空調(diào)環(huán)境中，通常比在非控制環(huán)境中體質(zhì)的恢復(fù)更快。例如，相對干燥和適宜的空氣溫度，可防止手術(shù)或外傷病人因皮膚出汗而感染傷口。另一方面，通過對空氣環(huán)境的控制，可以防止病毒、細菌的傳播，特別是某些特殊病房尤為重要，如手術(shù)室、白血病治療室、燒傷病房、臟器移植病房等。

4.?生物實驗

在遺傳工程、病理檢驗、細胞組織培養(yǎng)、疫苗培養(yǎng)等研究方面，常常需要在無菌無塵的環(huán)境中進行操作，一方面要求試件不受其他微生物的污染以保證實驗的精度，另一方面要求所研究的材料如病毒、高危險度病原菌、放射性物質(zhì)不外溢，防止危害操作者的健康及污染環(huán)境。對于這類實驗用潔凈室，除一般潔凈室所必須的設(shè)置要求外，還要求具有兩級隔離。第一級通常是用生物安全工作柜使工作人員與病原體等危險試件隔離；第二級是將實驗區(qū)與其他環(huán)境區(qū)隔離。同時實驗室處于負壓狀態(tài)。

5.?實驗動物飼養(yǎng)

為了臨床試驗的需要，某些醫(yī)院或科研單位往往設(shè)置一定規(guī)模的實驗動物飼養(yǎng)房，飼養(yǎng)某些特定的實驗動物，用于對使用于人體的醫(yī)療設(shè)備、手術(shù)方案、藥品制劑等的試驗，以監(jiān)測其安全性。在實驗動物中，控制微生物是特別重要的，也是借以研究其對人類生命健康影響的手段。如果實驗動物感染了致病性微生物、病毒或寄生蟲，就可能導(dǎo)致試驗全部失敗。因此，對于影響實驗動物飼養(yǎng)房的環(huán)境因素，諸如空氣溫度、濕度、氣流速度、微生物和塵埃顆粒物等，須按照動物種類和設(shè)施環(huán)境要求予以控制。(參考潔凈室：http://www.gxshunjiang.com/)

空氣潔凈技術(shù)還廣泛應(yīng)用于宇航、儀器儀表、精密機械制造等生產(chǎn)行業(yè)。