会议室内菌落数与空气颗粒物关联性的试验研究

2020-07-14樊海彬田旭东

流体机械 2020年6期

贾磊，樊海彬，葛坦，吴磊，王雷，田旭东

（1.合肥通用机械研究院有限公司压缩机技术国家重点实验室合肥压缩机技术省级实验室，合肥 230031；2.安徽省疾病预防控制中心，合肥 230601）

0 引言

2019年底以来，新型冠状病毒（COVID-19）在全球肆虐，全球确诊感染人数已超过160万例。疫情防控工作关系着人们的生命健康安全，关系到经济社会大局稳定。对新型冠状病毒在公共场所传播的预防和控制，是一项复杂的系统工程。相对于空气流通良好的开放式空间，公共场所有限空间（如会议室、车间、移动空间等）空间较大且具有一定的密闭性，空气流动性较差，人员聚集，更有利于细菌和病毒的存活，存在更高的病毒交叉感染风险。因此，开发以灭除细菌病毒为主要目的、适用于公共场所有限空间的专用空气净化装备，对于新冠病毒肺炎疫情防控、保障安全复工复产和人员健康具有重大的意义。

现有研究表明［1］：空气中对人体健康不利的污染物主要包括固态污染物（空气颗粒物）、气态污染物（SO2、NOx等化学气体）和微生物（细菌、真菌、病毒等），而微生物大多需要附着在空气颗粒物上才能较长时间存活。李素娟等［2］指出，对公共场所空气微生物的监测，尤其对小于5 µm带菌颗粒的监测显得尤为重要。司鹏飞等［3］认为：病毒常寄生在比它们大数倍的尘粒表面，依附于粉尘颗粒而生存，较少以单体的形式存在，而是常和细菌、螺旋体、立克次体一起以菌团或孢子的形式存在，所以它们的大小应以载体的大小即等价直径来衡量。检测空气中的细菌、病毒均需要一定的时间（一般需要数小时至数10 h），虽然无法以细菌、病毒的数量或浓度进行实时监测，但可以实时监测公共场所有限空间细菌、病毒的载体“空气颗粒物”浓度的以等效实现空间内交叉感染的风险预警。

为达到上述要求，首先需要解决公共场所有限空间内细菌、病毒与空气颗粒物的关联特征问题。考虑到使用病毒进行实际空间试验的高风险性和公共场所有限空间的典型性，本文在调研分析空气颗粒物粒径分布特征的基础上，确定空气颗粒物粒径监测范围，并选取会议室为研究对象，开展会议室内菌落数与空气颗粒物的关联性试验研究，通过试验数据分析二者之间的相关性及具体量化关系，为研发用于公共场所有限空间的除菌毒空气处理机组奠定基础。

1 空气颗粒物粒径分布特征

Sellers等调查了自然存在的口蹄疫病毒粒子（简称FMD）粒径为25～30 nm，用多级撞击采样器采样结果表明，携带病毒气溶胶粒子65%-71%的直径大于6 µm，19%～24%是3～6 µm，仅有10%～11%是小于3 µm［4］。用FMD感染羊也得到类似的结果［5］。

黄子才等在测量了空气中的L-谷氨酸有害噬菌体（大小与病毒类同），结果表明，空气中L-谷氨酸发酵菌的噬菌体计数中值空气动力学直径80%分布在1.6～4.6 µm，近20%在1.4～1.5 µm之间，而在0.65～1.1 µm之间的噬菌体粒子仅占0.9%［6］。

Duguid测量了咳嗽喷出粒子和粒子核的粒径分布［7］，发现95%的粒子粒径小于100 µm，主要分布在4～8 µm范围内；97%的粒子核在0.5～12µm之间，主要分布在1～2 µm范围内。

Chao等用米氏干涉成像激光粒径测量仪（IMI）测试了从人体呼出的气溶胶粒径分布［8］，结果表明：咳嗽时平均粒径为13.5 µm，其中24 µm以下的粒子占79%（4 µm以下的占4%，4～8 µm的占50%，8～16 µm的占19%，16～24 µm的占6%）；说话时平均粒径为16 µm，其中24 µm以下的粒子占70%（4 µm 以下的占3%，4～8 µm 的占44%，8～16 µm 的占15%，16～24 µm 的占8%）。

于玺华认为［9］：（1）空气中与疾病有关的带菌粒子直径一般为4～20 µm；（2）来自人体的微生物大都附着在12～15 µm尘粒上，0.01～0.1µm 粒子基本不带菌；（3）病毒本身粒径大约在0.01～0.1 µm左右，但它在空气中附着在颗粒物上，跟细菌粒子相差无几。

Fabian等对感染流感的病人进行了研究，确定患者呼出空气中流感病毒和颗粒物的浓度，发现超过87%的含有病毒RNA的粒子粒径小于1 µm，并且其中探测到的82%的粒子粒径在0.3～0.5 µm 范围内［10］。

通过对文献资料中已有的研究分析，发现：（1）病毒自身粒径很小，无法实时监测，多附着在颗粒物上形成病毒粒子；（2）细菌和病毒（粒子）的粒径基本是µm级或10 µm级；（3）综合考虑细菌和病毒（粒子）的粒径分布特征及现有的粒子浓度传感器测试能力，可将空气颗粒物粒径监测最小当量直径确定为0.3 µm。

2 关联性分析试验方案

菌落数与空气颗粒物的关联性试验在某会议室进行（如图1所示），该会议室的面积为10.25 m×5.65 m，净高2.9 m，在北侧有2扇门，南侧除建筑框架支柱外全部为玻璃，室内布置有一张大会议桌及25个会议椅，顶部有2台多联式空调（热泵）机组的室内机用于空气调节。

图1 试验会议室示意

试验按照以下步骤进行：

（1）试验开始前，会议室密闭静置1 h，以尽量降低外界因素对结果的影响；

（2）试验开始后，按照《消毒技术规范》（2002版）［11］规定的方法进行试验，用六级筛孔空气撞击式采样器进行空气菌落数采样；

（3）在步骤（2）进行的同时，通过另一套检测设备对不同粒径的空气颗粒物浓度进行采样分析，每次采样1 min后间隔1 min进行下一次采样，取5次采样的平均值作为空气颗粒物浓度测试数据；

（4）将步骤（2）获得的采样皿放入37 ℃培养箱中培养 48 h，观察结果，对采样菌落数进行计数；

（5）选取不同的天数，每天进行1次试验（累计完成3次），每次试验均按照（1）～（4）的步骤操作；

（6）最终得到3组菌落数和3组空气颗粒物浓度数据，对上述数据进行统计分析，探索二者之间的关联性。

试验中使用的关键仪器设备包括六级筛孔空气撞击式采样器和空气颗粒物浓度采集器，2种仪器设备的基本信息见表1。

表1 关键仪器设备基本信息

其中，空气颗粒物浓度采集器AeroTrak 9306可采集6档空气颗粒物浓度（以µg/m3计）：分别为 0.3（0.3～0.5 µm）、0.5（0.5～1.0 µm）、1.0（1.0～3.0 µm）、3.0（3.0～5.0 µm）、5.0（5.0～10.0µm）和 10.0（10～25 µm）。

3 试验结果与分析

3次试验的空气颗粒物浓度与菌落数检测结果如图2所示。从图2可以看出，3次试验虽然是在不同的时间进行，但由于会议室空间相对密闭，其内部的空气颗粒物浓度与菌落数相对稳定，其中：0.5～1.0 µm和10～25 µm粒径的空气颗粒物浓度无变化，0.3～0.5 µm和3.0～5.0 µm 粒径的空气颗粒物浓度变化幅度在0.2 µg/m3左右，1.0～3.0 µm粒径的空气颗粒物浓度变化幅度约为0.4 µg/m3，5.0～10.0 µm粒径的空气颗粒物浓度变化幅度在1.6 µg/m3左右，菌落数的波动范围不超过7%。

图2 空气颗粒物浓度与菌落数变化情况

此外，从试验结果可以初步分析出会议室内菌落数与空气颗粒物浓度存在一定的相关性，这一结论与相关研究的结果类似：（1）方东等调查了南京市主要功能区大气微生物中常见种类的细菌和霉菌类，研究了细菌和霉菌类的生态分级和变化规律，比较了大气微生物与PM10的相关性［12］。结果表明，南京市大气化学监测指标PM10与大气微生物的数量变化呈一定的正相关关系；（2）司恒波以西安市长安大学雁塔校区为研究对象，对空气中的微生物气溶胶和大气细颗粒物进行了采样研究［13］，发现细菌、真菌微生物气溶胶与大气细颗粒物浓度之间存在一定的正相关性；（3）林胜元等开展了江门市儿童急性呼吸道病毒感染与空气PM2.5相关性分析［14］，结果显示，病毒总检出率与空气PM2.5浓度正相关（相关系数r=0.741），RSV病毒检出率与空气PM2.5浓度正相关（r=0.706），PIV3病毒检出率与空气PM2.5浓度正相关（r=0.635）。

从已有的研究可以看出，细菌等微生物数量与空气颗粒物浓度之间存在一定的正相关性，且多为线性关联关系，差别在于空气颗粒物选取对象和相关系数具体数值的不同。因此，需要对会议室内的多次试验结果进行深入分析，确定菌落数与空气颗粒物的具体关联特征。