室内空气生物污染危害评价和控制技术的研究 |
一、社会公共卫生与生物安全发展的重大需要
1．室内生物因子吸入危害评价和预防
空气生物因子污染是空气污染的一个重要组成部份，它对人类健康的影响是很大的，如各种呼吸道传染病、哮喘、建筑物综合征(Sick Building Syndrome, SBS)等（见表1）。室内空气中生物因子主要有真菌、病毒、细菌、花粉、生物体有机成分等，主要来源有患有呼吸道疾病的病人、动物（啮齿动物、鸟、家畜等）、农业生产和环境等，在这些生物因子中有的是人类呼吸道传染病的病原体，有的是过敏原。在这些生物因子中，病毒有200多种，细菌有25种，放线菌有10种，真菌有33种。在现代社会生活中，每个人平均每天有80％的时间是在室内度过的，因此，室内空气质量直接关系到与人类的健康。
表
1. 室内空气生物污染因子与呼吸道系统疾病的关系
注：严重程度分类：1平常，2有影响，3需休息，4丧失劳力，5严重或死亡。
频 率：1少见，2可 见，3常 见，4普遍。
导致疾病的生物因子：1稀少，2较 低，3常 见，4高，？无定论。
根据统计资料，近来病毒性肺炎发病率和细菌性呼吸道感染率逐增加，特别是呼吸道合胞病毒和腺病毒发病率更高。人群密集的地方，如学校和部队，特别容易发生肺炎枝原体(mycoplasma pneumoniae)感染，这种肺炎占各种原因肺炎的10%，占非细菌性发生的1/3。美国纽约等地报告枝原体肺炎占医院外获得性非流行性肺炎的12%～20%。患有肺炎枝原体感染的人通过(tōng guò)咳嗽、打嚏和其他一些口鼻活动，使得鼻、口分泌物中的枝原体气溶胶化，健康人吸入后发病。
有些呼吸道传染病的发生与环境因素有非常大的关系，如SARS－CoV，从已经发生的医院医护人员感染的情况和家庭内部感染的情况分析，在密闭室内SARS－CoV感染病患，通过呼吸、咳嗽和打喷嚏等产生的感染飞沫引起人与人之间传播感染的几率要高于室外环境。现在家庭宠物的饲养越来越多，由这些宠物引起的室内空气生物污染也在不断地增加，诱发的呼吸道疾病也在日益增加。另外，由于室内空气处于相对流动较慢、更新周期较长，空气中含有的其他化学物质等，也可以促进感染的增加。
随着生物高技术产业（如生物制药、发酵、医疗卫生用品生产等）、种植业和再加工业的迅速发展，生物制药、发酵、医疗卫生用品生产等高技术企业需要一个无空气污染的生产环境，使产品不受微生物的污染。还有一些种植业和再加工企业的室内空气污染是相当严重的，如室内食用菌栽培，空气检测(检查并测试)中含有大量的孢子，人长期在这种密闭、高浓度孢子的环境工作，能够导致蘑菇肺的发生。
2．国家生物安全
9月，在美国发生的炭疽粉末恐怖事件，震惊了全世界，人类陷入了一种极度恐怖的状态，生物恐怖成为人们谈论的热门话题。生物恐怖（Bioterrorism）是一种故意或威胁性使用能够导致人、动物和植物死亡或疾病的生物因子（包括病毒、细菌、真菌和生物毒素等）胁迫或强迫政府、平民或相关部门来达到其政治或社会目的的行为。进行生物恐怖(huó dòng)的人或某个组织，其目的不在于要杀死多少人或多少感染发病，而是要造成社会的恐慌和不安，威胁政府，达到他们在意识形态、宗教、政治或小团体的某种目的。自1900以来发生了33起生物恐怖袭击事件。美国炭疽芽孢邮件恐怖事件标志着生物恐怖袭击成为现实，和，发生英国和美国的“蓖麻”恐怖袭击，再次向世人发出警示，生物恐怖袭击的威胁没有远去，其趋势逐渐增加。
恐怖袭击动机、方式和方法差异很大，但共同的特征是导致人员伤害、造成人群和社会的极度恐慌，以达到恐怖分子的目的。美国的炭疽信件事件最终导致22人发病，5人死亡，清学调查证实有100多人被感染，整个邮政系统几经暂停、处置，几乎瘫痪，造成的间接损失难以计算。仅仅4封带菌信件就造成如此大范围的影响和危害，其主要原因是信件在邮递邮局内分拣、拆信过程中污染了其他信件和室内空气，进而导致炭疽通过邮政系统在较长时间内大范围扩散。估计此类袭击所造成的污染范围比较复杂，目前尚无公认的方法和明确的结论，因此只能根据邮件的来源和去向进行分析判断，原则上讲，每一个处理过污染信件的转邮点、包装箱、运输工具都应视为污染区，对所有接触过这些信件的人员，包括邮政工作人员、接收者和其他人员，都应进行必要的医学处理，包括检疫、防止性治疗和隔离等。
恐怖分子还可以通过建筑物的通风管道、室内释放(release)病原微生物和毒素气溶胶，导致整个建筑物内的污染，这种释放方式非常隐秘，不易被分析(Analyse)，但所造成的后果是非常严重的。因此，防范恐怖分子对大型建筑物和公共室内场所进行生物恐怖袭击是非常必须的。
随着我国改革开放的深入，国家交往、经济贸易的不断发展和旅游的日益频繁（frequency)，我国受到生物恐怖袭击的可能性(Possibility)在增大。2008奥运会以及其他重要场所的室内空气污染的预防和控制是非常现实的问题。因此，如何预防和紧急处理已经发生的室内是恐怖袭击，是我国当前面临的一个重大课题。
二、国内外研究（research)现状
1．室内生物因子吸入危害评价和预防
室内空气生物因子污染研究，是从二十世纪五十代开始的，至今已有50多的历史了。国外对生物气溶胶的研究分为好气溶胶（good aerosols）和坏气溶胶（bed aerosols），好气溶胶主要是研究对人类身体健康和治疗疾病有益的生物气溶胶，如生物气溶胶的吸入治疗等；坏气溶胶主要是研究与人类呼吸道感染疾病有关的一大类生物气溶胶，如呼吸道传染病、呼吸道过敏、哮喘等。自然情况下，人类呼吸道传染病绝大部分是在室内传播感染的，致病菌在室内空气传播感染是重要的研究内容。人类呼吸道感染是人类最常见的疾病，其症状可从隐性感染直到威胁生命。迄今已知，仅引起呼吸道病毒感染的病毒就有200种之多，这些感染的发生绝大部分是在室内通过空气传播的，一四季均可发生，冬春季更为多见。
（1）国外研究现状
在二十世纪五十代，由于空气传播感染，美国婴幼儿病房屡遭肠道感染。1958 ，Bate对某新生儿病房为期11个月的传染病调查中发现有7次鼠伤寒沙门氏菌（噬菌体2型）胃肠炎暴发流行，而污染源是来自吸尘器收集袋中受该菌污染的尘埃，最后一例发生后的10个月，在尘埃中还分离出鼠伤寒沙门氏菌（Bate，1958）。
嗜肺军团菌（Legionella pneumophila）是一种能够通过气溶胶传播，并造成吸入感染的病原微生物(Micro-Organism)。19657～8月和19687月，在美国华盛顿特区圣伊丽莎白医学和密执安州的奥克兰县卫生研究所Pontiac分所，发生了两起不明原因的急性热性传染病。研究人员认为可能是空气传播和感染的。从1968～1977间，Kaufmann等人在Pontiac分所大楼内放置了豚鼠、小鼠、家兔和罗猴等实验动物，这些动物在2～3日内都出现发热反应，这表明在Pontiac分所大楼内存在一种经空气传播的病原微生物。通过流行病学调查，最终把病原体来源的主要可疑对象定为该楼空调系统蒸发冷凝器中的水。美国疾病控制中心（CDC）从1968～1971，用该楼空调系统蒸发冷凝器中的水进行了气溶胶动物实验，证明了水中确实含有能够引起不明原因的急性热性传染病的因子。在其他研究人员成功分离出嗜肺军团菌后，CDC的研究人员从Pontiac分所大楼的空气和空调系统蒸发冷凝器中的水分离出同一血清型的嗜肺军团菌。从而最终证实了大楼空调系统的冷凝水中存有嗜肺军团菌，形成嗜肺军团菌气溶胶扩散到空气，形成感染，当大楼的人员吸入了污染的空气后导致感染（Kaufmann，1981）。
美国密执安州某医院儿科诊室的麻疹暴发流行，是一起典型的空气感染。泰州环境检测中心是通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排放量的检测，跟踪环境质量的变化，确定环境质量水平，为环境管理、污染治理等工作提供基础和保证。简单地说，了解环境水平，进行环境监测，是开展一切环境工作的前提。过去认为麻疹是由飞沫液滴引起的面对面直接接触传染的疾病，而这次受感染的4名幼儿中有3人，都没有和麻疹病儿直接接触。患儿咳嗽，每分钟可以排出144个感染单位的病毒颗粒。病毒粒子在有空调的暖气流中存活良好，很可能由此引起了空气感染（Remington，1985）。
几十来，国外广泛地研究了室内空气生物气溶胶污染的种类，它包括病毒、细菌和放线菌、真菌、微生物体成份、植物体碎片、原虫和昆虫碎片和排泄物、细胞产物和蛋白质等十几种生物气溶胶。此外，国外还系统地研究了影响空气微生物存活和衰亡的环境因素，对室内空气生物污染因子影响因素的研究目前主要集中在CO2浓度、人活动、通风等方面。受室内生物污染危害(wēi hài)的职业与人群多打十几个，如农业、畜牧业、农产品加工业、发酵产业、食品加工业、生物工程和生物制品业、微生物和生物医学实验室、医疗服务业、科研文化单位、兽医和动物园、旅游业等等。室内空气生物污染因子对这些职业人群的健康影响是多方面的，主要包括：呼吸道粘膜刺激、支气管炎和慢性呼吸障碍、过敏性鼻炎和哮喘、过敏性肺炎、吸入热和有机尘中毒综合征、呼吸道传染病感染、霉菌毒素中毒、疾病建筑综合征等等（见表1）。
（2）国内研究（research)现状
国内室内生物气溶胶的研究始于二十世纪八十代，研究的生物气溶胶主要是细菌和真菌，病毒也有，还研究了影响室内生物气溶胶的一些因素，人的活动和室内通风状况等。主要的研究如下：
国内学者在研究某家影院空气细菌浓度以后认为,影院空气细菌浓度与观众活动量和频率、场内清扫有关,观众厅空气细菌浓度与尘埃粒数成一致关系,对多种多样电影院观众厅空气细菌浓度的变动规律的研究发现，电影院观众厅在放映过程中，空气细菌浓度呈倒抛物线变动,曲线配合的拟合度R2=0.8858(P<0.001)；二次函数式为Y(菌落数)=39.07-1.1344X+0.0093X2。
对教室空气采样分析发现，细菌浓度比较高，早读前后差异比较明显，说明人体活动对空气细菌浓度贡献很大；b-溶血性链球菌浓度也比较高，特别在早读以后明显偏高；唾液链球菌和b-溶血性链球菌的浓度与细菌总数呈正相关，CO2的浓度也在早读后明显增加。泰州空气检测是指对空气的组成成分的检测。狭义的空气检测，主要是从应用的角度，重点研究的是室内空气检测。它是指室内指装饰材料、家具等含有的对人体有害的物质，释放到家居、办公环境中造成的装修污染，来检测空气质量。研究（research)者认为唾液链球菌作为室内空气污染指标优于细菌总数测定，在有吸烟的场合更有代表性。对大学126间学生宿舍空气微生物调查研究，结果表明室内卫生的不同感官状况、不同楼层、不同时间、不同性别的宿舍空气微生物浓度有显著区别。卫生感官上、中、下的超标率有显著差异；一般男生宿舍卫生状况比女生的差，空气微生物污染也比较严重；一楼室内空气污染比4楼严重；宿舍有学生活动时比没有人活动时污染严重。可见，人的活动状况与室内空气污染严重程度有密切关系。
写字楼室内空气微生物也是近国内有关室内环境研究的热门话题。各种信息表明，空气微生物污染是造成这一综合症的主要原因之一。对城市中心8层写字楼调查发现，室内小粒子（0.5-1.03mm）比例比较大，大粒子（³3mm）比例比较小。而小粒度微生物粒子极少，总数和室内真菌均比室外少。可吸入细菌粒子（³3.3mm）室内的是室外的4倍。从粒度分布看，一般气溶胶粒度越小，粒子数越多，而空气微生物粒子相反分布，粒度越大粒子数越多。
19922～3月间，市郊区某宾馆餐厅工作人员中发生了一次军团菌病的小爆发，9例病人中有6人在餐厅工作。后经调查证实，餐厅内有一观赏用的养鱼池，池内装有加氧(Oxygen)的喷水装置，当喷水时，水中的病菌就形成气溶胶，进入空气，并随空气传播、扩散，导致一次小规模的军团菌病的爆发。
居民居室室内空气微生物污染也是比较严重的，对我国不同地区（安徽、贵阳和兰州）的民居室内空气微生物采样研究，结果表明：细菌污染依此为旧房子>新房子>室外；霉菌污染为平房、一楼和二楼高于三楼和四楼；冬季室内污染>夏季室内污染。空气中主要的致病病原体为金黄色葡萄球菌、柠檬色葡萄球菌、白色葡萄球菌，肺炎球菌，甲、乙型链球菌，微球菌，芽胞杆菌，枯草杆菌、大肠秆菌、变形杆菌、假单胞杆菌、脑膜炎球菌、干燥奈瑟氏菌、卡它奈瑟氏菌、毛霉、根霉、青霉、曲霉、酵母菌和放线菌。
医院室内空气微生物污染一直是医院感染和控制的重点。从1990到1999，对国内医院室内空气微生物污染进行了调查研究，结果发现医院室内空气生物气溶胶污染是比较严重的，合格率较低。如山东济南市4所医院5个病房调查进行了，结果不合格率为70.89%。而对城乡4所医院的手术室、临产室和门诊室的空气生物污染调查结果显示，均超过允许标准浓度，链球菌浓度最高可达1400cfu/m3。市5所卫生院、6所医院的病房和门诊部的空气细菌浓度调查结果显示，卫生院合格率33.3%，医院合格率74.7%。西安市某医院不同部门的空气细菌污染情况调查结果是手术室合格率为17％，产房合格率为10％，婴儿室合格率为33％。可见，医院室内空气生物气溶胶污染状况较为严重。
乙型肝炎病毒能否通过(tōng guò)空气传播感染一直是个谜。1984，首次在国内对医院门诊和病房、HBsAg阳性家庭、儿科病房的空气进行了采样检测，结果在这些空气中都不同程度地检测到HBsAg，检测阳性率与乙肝病人的频繁活动有关，如肝炎病房、肝炎门诊、HBsAg阳性家庭等，也与卫生状况、通风等有关，如儿科病房和电影院等。另外，从1份尘土样本检测出HBsAg，表明了HBsAg对外界环境的感染，当尘土被扬起时，就形成了乙肝病毒气溶胶，通过空气传播和感染是可能的。把17份阳性样本混合后，在电镜下观察到了22mm的HBsAg颗粒和42mm的Dane颗粒，这进一步说明HBsAg可以存在与空气中。
90代中期，对公共场所空气乙肝表面抗原污染情况进行了初步研究（表2），结果在人口密集的地方的空气中可以检测出HBsAg，其中医院门诊部的阳性率最高，在候车室和密闭不通风的卡拉OK厅的空气中检出率也较高，但在空旷的郊外却没有检测出HBsAg，这些数据进一步说明了空气中存在HBsAg的污染。由于我国普通人群中HBsAg携带率达到10～15％，HBsAg阳性的个体通过咳嗽、喷嚏和说话等方式，向空气中排出乙肝病毒粒子，因而在人群密度较高的地方空气中检出HBsAg是完全可能。
表
2. 公共场所空气样本中HBsAg检出情况
采样点 样本数 阳性样本数 阳性率（％）
医院门诊 10 3 30
卡拉OK厅 8 2 25
候车室 8 2 25
郊区野外 5 0 0
近来，在我国，无论是楼堂馆所，还是居民家庭已经普遍使用空调，以获得适合的生活和工作环境。但由于使用不当或清洁维护部及时，可能会发生空气微生物污染。空调的污染源有空调系统(system)过滤器、加湿器（Humidifier）、表冷器、消声器、蒸汽加热器、以及风道、风口。而有些呼吸道传染病（如军团菌病等）、引起医院感染的一些细菌、霉菌（mold）等微生物能够在空调系统过滤器、加湿器、表冷器、蒸汽加热器等部位生长繁殖，现场气溶胶，随着空气流动在室内扩散。曾有人报告空调器的使用增加了室内空气细菌污染。空调器增加室内空气细菌污染除上述因素外，还有二个可能的原因：一是把外界空气细菌送入，二是重新扬起室内灰尘。
（3）室内空气生物污染的特点
可变性： 室内环境与大气相比是个小环境，人员活动情况和卫生条件差异很大，研究显示空气微生物种类和浓度变异很大。从浓度讲，每立方米中几十个到几万个不等。有些病原体一立方米或几立方米中才能找到1个，从种类上讲细菌、真菌、病毒、支原体、衣原体和其他生物气溶胶都可能出现，在野外至今只找到过少数病原体。空气微生物浓度变动与人员活动和特殊操作(如打扫卫生)等有关。
季节性： 在一中，由于季节的变化，引起的温度、湿度等环境因素(factor)的变化，使空气中的微生物种类、浓度也发生较大变化，这种变化包括病原生物种类和浓度的变化。室内微环境受室外大环境变化的影响非常大，因而在不同的季节，室内空气中生物因子污染的种类和浓度也是不同的。
可控性：因为室内环境小，空气中微生物浓度都比较容易控制。应用空气消毒、过滤通风等技术能够杀死空气中微生物和控制室内空气微生物的浓度。
2．国家生物安全
近来，生物恐怖活动频繁，所造成的危害在病毒增加。特别是美国发生的炭疽白粉事件，如何防范建筑物室内的生物恐怖袭击的发生引起了许多专家学者思考和研究（research)。美国的研究人员，在2002提出了“免疫建筑技术”的概念，其基本含意是：综合应运通风系统、建筑物保护层、监测和控制系统、区域隔离系统和空气处理系统达到对建筑物最大防护目的的一项综合技术措施。经过2的研究和发展，目前这项技术已经基本配套，并在一个40层商用大楼进行模拟试验，效果明显，有很好的应用前景。
我国，在建筑物室内空气防范生物恐怖袭击的技术研究（research)还未见报告。“免疫建筑技术”是一个新的应用研究领域，在预防“建筑物综合症（SBS）”、生物恐怖对建筑物的袭击方面具有非常大的应用价值和前景。
3．室内空气生物污染危害评价和预防中的关键技术问题
在室内空气生物气溶胶污染研究重点应放应用基础上，主要有以下及各方面：
（1）室内空气生物污染与疾病的关系（Bed Aerosols）
目前，我国城市人群在室内的时间比在室外的时间要长的多，而且许多工作环境多是密闭的中央空调通风结构，室内空气质量非常差，许多在其中工作的人员都有过易疲劳、无名热、头晕、恶心等症状，这种建筑物综合症（SBS）在我国近来越来越多。
空气中生物因子种类多，各种微生物和生物活性物质等多达几百种，且在不同的环境、季节时又有较大的差异。泰州环境检测中心是通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排放量的检测，跟踪环境质量的变化，确定环境质量水平，为环境管理、污染治理等工作提供基础和保证。简单地说，了解环境水平，进行环境监测，是开展一切环境工作的前提。研究空气中这些生物因子在诱导建筑物综合症（SBS）中的作用（是何种微生物、感染剂量、诱发疾病的特征等）是非常重要的。
（2）室内空气生物污染的评价标准
不同地区，不同季节，室内空气污染差异非常大，如何正确评价室内空气生物，对建筑物室内空气种类的卫生监督、研究建筑物综合症（SBS）、控制建筑物室内空气生物确认技术的发展都是必不可少的。国内目前缺乏评价技术标准，从一些公开发表的研究论文来看，所用方法都存在很大的问题，重要是可靠性、科学性、统一性等方面存在严重的问题。因此，在室内空气生物污染研究和评价方面，必须首先建立统一规范的标准技术和程序。
（3）室内空气生物污染的控制（control)技术及标准；
目前，用于室内空气生物污染控制的技术方法很多，如高效空气粒子过滤技术、紫外光杀菌技术、臭氧杀菌技术、纳米粒子消毒技术、等离子体杀菌技术、电离辐射杀菌技术等。从理论和实验室研究结果，证明这些空气生物污染控制技术都能够有效控制室内空气的生物污染。但是，各自都有不可回避的缺点。
a. 紫外光杀菌技术、超氧杀菌技术和电离辐射杀菌技术在工作期间，人不能在现场，消毒后需一端时间，人才能进入房间。
b. 高效空气粒子过滤技术是一种对环境和人都没有负作用的室内空气生物污染控制技术，对于小型室内空气污染控制，是一种可选的技术；但对于一个大型室内空间的空气生物污染控制，就不是最好的方法，它需要打功率的风机作为动力，另外，高效空气粒子过滤器需要经常更换。
c. 纳米粒子消毒技术是近新发展起来的一种新型空气微生物杀菌技术，可以分为光触媒型和非光触媒型两种纳米消毒技术，它们的共性是需要微生物粒子与纳米粒子相结合，才能起到杀灭作用。目前，纳米粒子杀菌技术的应用有两种方式：一种是与过滤技术结合在一起，将纳米粒子整合在过滤材料表面，通过过滤使生物粒子与纳米粒子接触；另一种是将纳米粒子分散到空气中，进行空气杀菌消毒。从实际应用和杀菌效果的测试，这两种方法的效果都不是很理想。
d. 等离子体杀菌技术的发展已经有30多的历史了，将等离子杀菌技术应用于空气生物污染控制是近10的事。实验室研究结果是非常好的，但是在应用中也存在着与（a）和(c)一样的问题(Emerson)。
从国外近几发展的“免疫建筑技术”，是上述几种技术方法的一种综合应用，取长补短。但无论是那一种技术方法，首先应解决一个关键问题，即室内空气生物污染控制（control)的标准是什么？评价控制技术的标准方法和标准如何？
综上所述，在室内空气生物污染预防和控制方面，目前应着重解决以下几个关键技术和标准问题：
①室内空气生物污染与建筑物综合症之间的关系？
②室内空气生物污染标准和监测技术标准是什么？
③室内空气生物污染控制（control)的标准是什么？
④评价控制技术的标准方法和标准如何？
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