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助力防控病毒传播:一种动态空气消毒组件的构想(一)

已有 269 次阅读 2020-5-20 20:08 |系统分类:观点评述

(一)、背景知识与基本构想

2020年的新冠病毒“大流行(pandemic)”仍在全球范围内肆虐,并且有可能还将持续一段时间。我国当前的应对措施已逐步向稳定国内防控形势、逐步恢复经济秩序、严防国外输入病例的方向发展;而在国外一些疫情较为严重的地区,公众的预防措施却仍然很不到位:无论在室内外的公共场所,仍有许多人不佩戴口罩。尽管随着天气转暖和各国防控力度的升级,本轮疫情有望在北半球夏季到来时得到有效缓解,然而此次新冠病毒的感染者中,有相当一部分属于无症状/轻微症状患者,这些隐性感染者同样具有传播病毒的能力,若未及时进行筛查,有可能使病毒在人群中持续潜伏扩散(尤其是在气温逐渐降低的南半球),到2020年底北半球再入冬季时,可能又会导致新一轮的疫情高峰,这都给全球范围的疫情防控带来了更多的困难与不确定性。


在仍未找到针对性治疗药物的前提下,各国都将应对疫情的重点集中到了相关疫苗的研发上,然而这需要足够的时间。即使疫苗即刻研制成功,乐观估计至少也得大约一年之后才能实现量产上市。另外还需注意的是,新冠病毒同流感病毒一样属于RNA病毒,这类病毒在复制增殖时较容易发生遗传物质的重组,从而产生新的变异,这也给疫苗的研发工作带来了困难。病毒灵活的变异性让人们很难找到一条一劳永逸的对抗策略,为了严防2020年底至次年初可能出现的第二波疫情高峰,在这有限的半年时间里需要探索出多种应对方案,以便让公众可以在日常生活中实施常态化预防,并确保无论病毒如何变异,均能够实现无差别消灭。


此次新冠病毒侵袭人体的路径可简单概括为:通过接触、飞沫、气溶胶等方式侵入呼吸道,首先攻击肺,再转而破坏其它器官和免疫系统,造成人体内大范围受损。因此,预防感染的重点之一就是尽量阻止病毒侵袭呼吸道。通过对此次疫情的部分热点地区进行流行病学调查发现,有相当一部分感染案例发生在同处一室(生活、工作)的人员之间。除了洗手和佩戴口罩,对于有条件的室内场所,经常开窗通风可以降低室内空气中的病毒和污染物浓度;而对于条件有限的封闭空间,可以选用具有新风功能的空调系统,以及经过专业检测认可的净化设备实施空气消毒。根据工作原理不同,空气消毒可分为静态和动态两种方式,其中动态消毒是通过循环风将空气引入到仪器内部,在相对封闭的环境中采用各种手段消灭悬浮于空气中的有害微生物,而非只像一般的空气净化器那样,简单地将空气中的有害物质吸附并富集在高效过滤网(HEPA)上而已。


当前需要设计一款动态空气消毒组件,能够简单、有效、经济、快速地对室内空气进行循环消毒,使得室内空气中的有害微生物含量维持在不足以致病的低浓度以下,从而可以让人们在正常生活(比如不佩戴口罩)的同时进行常态化预防。该组件的结构应当尽量简洁,以确保其在制造和使用过程中的成本可控,并能够以相对低廉的价格进行推广普及;另外还可以通过加装等方式,对现有的管道通风设备实施改造升级,以便尽可能地助力疫情防控。


根据以上要求,构想了一种动态空气消毒组件,该组件大致可分为三部分(如图一):1、进气部分:空气被吸入,从较宽敞的入口流向狭窄的通道内;2、狭窄通道部分:在较小空间内,对进入的空气实施消毒,该通道不限于图中的直线路径,而是可以根据实际需要,设计成折线、弯曲、螺旋等不同线路;3、出气部分:消毒后的空气从狭窄通道扩散到较宽敞的出口排出,以此循环实现室内空气消毒。

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图一、一种动态空气消毒组件示意图

其中,1、进气部分,2、狭窄通道部分,3、出气部分,4、消毒部分。

 

当前普通空气净化器的工作原理大致如图二所示,只是简单地利用过滤网(如HEPA)拦截吸附空气中的杂质微粒。HEPA中文译为“高效空气过滤器”,要求对于直径在0.1~0.3微米的颗粒,其有效去除率能达到99.7%以上,但由于价格较高且不可清洗,使用一段时间后就需要更换新品。因此,一些厂商通过加装过滤效果略逊 ,但清洗后可重复使用的初效/中效滤网,提前将粒径较大的杂质过滤掉,以此来提高HEPA的工作寿命,降低空气净化器的实际使用成本。

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图二、普通空气净化器工作原理示意图

其中,1、进气部分,3、出气部分,5、过滤网。

 

然而采用HEPA过滤,只是将空气中可能存在的病原体随着杂质微粒一起吸附到过滤网上,并未起到真正的消灭作用,随着动态空气过滤的持续进行,还会导致活性病原体富集在过滤网上,为预防可能发生的二次污染,将不得不提高过滤网的清洗与更换频率。其实对于此次新冠疫情而言,预防的重点不在于使室内空气一尘不染 ,而是寻找那些简单有效、成本可控,且能够在较短时间内推广普及的消毒方法,来及时预防病毒的扩散传播。


新冠病毒同流感病毒一样喜寒畏暖,在寒冷干燥的环境下更具传播性,并且主要以飞沫、气溶胶等作为载体进行传播(这也是冬春季节流感传播的最主要方式);然而病毒本身对外界的抵抗力很弱,高温、日光/紫外照射、调节酸/碱/盐度,以及使用化学消毒剂等手段,均可有效地对其进行抑制和消灭。相对于酒精、臭氧、次氯酸、双氧水等化学试剂而言,紫外线和高温是两种快速有效且比较“干净环保” 的消毒方式。




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