一、零泄漏排風(fēng)要求
隔離式生物潔凈室的排風(fēng)中可能含有危險(xiǎn)的致病微生物,不僅需要高效過濾器(甚至是兩道)的阻隔,而且整個(gè)排風(fēng)裝置不能泄露。
由于排(回)風(fēng)過濾器出風(fēng)面在墻內(nèi),很難檢漏、堵漏,一種原理上就不會(huì)漏的排風(fēng)裝置實(shí)為必要。
有人研發(fā)了動(dòng)態(tài)氣流密封負(fù)壓高效排風(fēng)裝置即屬上述的那種裝置。該裝置的高效過濾器在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)必須在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)裝置上先檢漏,證明無漏后再安裝。主要的漏泄處—邊框密封面由于采用了動(dòng)態(tài)氣流密封技術(shù)而不會(huì)漏。
下圖是該排風(fēng)裝置安裝于室內(nèi)的情況(動(dòng)態(tài)氣流也可來自獨(dú)立動(dòng)力源,但不安全)
該裝置中高效過濾器四周為正壓腔,由軟管與送風(fēng)管相連。實(shí)驗(yàn)證明只要正壓腔內(nèi)有1Pa正壓,室內(nèi)側(cè)的氣溶膠就不會(huì)被經(jīng)過漏縫抽向排風(fēng)口。實(shí)際工作中可要求正壓腔有10Pa正壓,在裝置上的表中顯示出來。
該裝置適用于無在線檢漏要求的場(chǎng)合,如負(fù)壓隔離病房。
二、在線掃描檢漏排風(fēng)要求
三級(jí)特別是四級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室的排風(fēng)裝置有在線檢漏的要求。
一般的在線檢漏裝置具有以下特點(diǎn):
1、手動(dòng)檢漏。檢漏時(shí)需通過塑料袋手套密封的導(dǎo)孔,將手伸入箱內(nèi),控制檢測(cè)架和采樣頭的移動(dòng)。
2、自動(dòng)檢漏。復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安在箱內(nèi),易被污染,不便檢修。
3、掃描途徑不重復(fù)。
4、線掃描而非點(diǎn)掃描。
5、裝置龐大,有的只能安在技術(shù)夾層內(nèi)。
6、可原位消毒。
7、可測(cè)過濾器前后壓差。
完備的在線檢漏裝置應(yīng)具有以下特點(diǎn):
1、即可自動(dòng)檢漏也可手動(dòng)撿漏。
2、不是定點(diǎn)檢漏,不是線掃描檢漏,而是點(diǎn)掃描檢漏。
3、掃描途徑重疊。
4、機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在裝置外。
5、裝置與實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控系統(tǒng)集成,實(shí)現(xiàn)在線集成控制。
6、可原位消毒、
7、可在裝置上顯示過濾器前后壓差。
三、排風(fēng)安全距離要求
雖然對(duì)排風(fēng)有零泄漏和在線泄露的高要求,但是對(duì)某些特殊場(chǎng)合還必須對(duì)排風(fēng)口至附近公共建筑有一定的安全距離的要求。因?yàn)橐膊慌懦既灰蛩厥惯^濾器產(chǎn)生漏孔。為了作排風(fēng)安全距離的安全評(píng)估,首先必須知道安全的界限和危險(xiǎn)的界限,并應(yīng)盡量取最不利的條件。
到底排風(fēng)中微生物濃度不超過多少才算安全?到底人所在環(huán)境微生物氣溶膠濃度達(dá)到多少才算危險(xiǎn)?這對(duì)不同的微生物當(dāng)然不一樣,但也可以找到一個(gè)參照標(biāo)準(zhǔn)。
以比美國標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格一些的日本標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn),適用BSL-3及其以下生物安全實(shí)驗(yàn)室的Ⅰ、Ⅱ級(jí)安全柜,如下:
由上表可以看出:
(1)認(rèn)為室內(nèi)人工作附近安全的空氣菌濃為5*1000/28.3*10=17.7個(gè)m3。這也可看成環(huán)境的安全濃度。
(2)柜內(nèi)模擬事故菌濃為108~10*108/(柜容積0.5m3)=(2-20)*108/m3。
(3)為了做安全性實(shí)驗(yàn),噴菌量達(dá)到108數(shù)量級(jí),實(shí)際操作中的氣溶膠發(fā)生量不會(huì)達(dá)到這么高。因?yàn)椴皇侨珖姺椒ǘ遣僮髦械臑R射。不妨可認(rèn)為,這就是通常可遇到的最大的菌液濃度,即108~10*108/2.5mL=(0.4~4)*108個(gè)/mL。
(4)室內(nèi)微生物氣溶膠總量≥5*106個(gè)被認(rèn)為進(jìn)入高度污染界限,用來實(shí)驗(yàn)柜內(nèi)樣本是否會(huì)受到污染。
其次,應(yīng)知道各種操作的氣溶膠發(fā)生量,這當(dāng)然很困難。下表為根據(jù)美國研究所關(guān)于各種實(shí)驗(yàn)操作時(shí)微生物的飛散系數(shù)資料的部分摘要。
用公式表示為:β*微生物平均濃度(個(gè)/mL)=飛散的微生物氣溶膠數(shù)(個(gè))
從上表可以看出,最大的β是由吸管混合產(chǎn)生的,為1*10-4.。若采用上問所述的(0.4~4)*108個(gè)/mL為最大菌液濃度,則當(dāng)處理不同容量菌液時(shí),最多產(chǎn)生微生物氣溶膠量如下:處理1mL:(0.4~4)*104個(gè);10mL:(0.4~4)*105個(gè);50mL:(2~20)*105個(gè);100mL:(0.4~4)*106個(gè)。
設(shè)該不當(dāng)操作是發(fā)生在排風(fēng)口處,并且認(rèn)為集中在1m3的空間內(nèi)。設(shè)室內(nèi)安一臺(tái)安全柜,實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)量一般為1300m3/h,而操作不當(dāng)時(shí)一般送風(fēng)不會(huì)停,所以排風(fēng)量也不會(huì)變化。漏泄物經(jīng)過較長(zhǎng)的排風(fēng)管和較大的排風(fēng)量的混合,至出口時(shí),可認(rèn)為已趨于均勻。設(shè)過濾器突然間出現(xiàn)漏孔而且漏孔達(dá)到10個(gè)之多,孔徑1mm,則10個(gè)Φ1的漏孔在400Pa壓差下,漏泄量約為0.36m3/h。則處理100ml時(shí)排風(fēng)口濃度為:
如果排風(fēng)口能像煙囪一樣垂直上排稀釋,則對(duì)周圍環(huán)境的安全距離可以較小,但由于排風(fēng)口和煙囪不同,應(yīng)有風(fēng)帽,這就影響了氣流擴(kuò)散,反而使氣流可能向下彌散,因此下面按常用的水平側(cè)排風(fēng)口來計(jì)算分析,則更安全。見下圖。
這種排風(fēng)氣體自孔口向周圍氣體噴出所形成的流動(dòng),屬于氣體淹沒射流,簡(jiǎn)稱氣體射流。由于排風(fēng)所在的室外環(huán)境,完quan符合無限空間射流的原則,所以可應(yīng)用射流理論。
假定為最不利的無風(fēng)狀態(tài),應(yīng)用圓管射流(非圓管時(shí)采用當(dāng)量直徑),按上圖的射流原理,根據(jù)濃差射流公式,軸心濃差用以下公式表達(dá):
式中,ΔXm為軸心濃度與環(huán)境濃度之差;ΔX0為出口濃度與環(huán)境濃度之差,由于環(huán)境濃度可為0,所以ΔXm/ΔX0可代表S斷面處濃度與出口斷面處濃度的比值。
從上面計(jì)算可知,最大的排風(fēng)口濃度為處理100mL菌液時(shí)的0.01*105個(gè)/m3,要達(dá)到環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)17.7個(gè)/m3,則應(yīng)取ΔX=17.7個(gè)m3,ΔX0=0.01*105個(gè)/m3。
對(duì)于彎頭噴口d0,取風(fēng)口紊流系數(shù)а=0.2。故有
其中,Q為排風(fēng)量(m3/h);為ν0為排風(fēng)速度(m/s),考慮出口噪聲問題,不宜大于8m/s,所以d0不宜大于0.28m。
若取Q=1300m3/h(相當(dāng)于一間15m2實(shí)驗(yàn)室1臺(tái)安全柜的情況)
ν0=6m/s,得S=27.1m
當(dāng)處理50mL時(shí),S=13.6m
射流軸心速度可以采用到0.25m/s,再小擴(kuò)散作用就很小了。由下式:
可見20m的結(jié)果均在可應(yīng)用范圍。
如果有順風(fēng)風(fēng)速,只會(huì)加大擴(kuò)散和安全成分,從安全計(jì),不考慮順風(fēng)風(fēng)速的影響,只按無風(fēng)條件計(jì)算射程。在給出上述結(jié)果后指出,以上安全距離是最小值,沒有考慮心理因素距離和安全系數(shù)。
在《生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范》(GB 50346-2011)中,規(guī)定有生物安全柜的生物安全實(shí)驗(yàn)室的排風(fēng)口和公共建筑之間的距離不小于20m。