杨九祥1 杨建建2 陶刚3
中国电子系统工程第二建设有限公司
摘要：介绍了气化过氧化氢远距离管道输送消毒技术，补齐行业短板，将消毒系统与送排风系统相结合，有效解决国内生物安全实验室中过氧化氢消毒存在的容量小难以实现大面积消毒、空间消毒的不可重复性、近距离操作人员健康危害等问题，定向研究并攻克远距离有效输送、均匀分布（扩散）及残留物回收消解等难题。过氧化氢远距离管道输送消毒系统，为管道增设伴热管及增压技术，有效解决长距离输送时气量不足、气体冷凝造成的无法达到目标空间的技术难题，同时配置VHPS汽化的有效精准控制系统，实现定点定量输送消毒气体，提供高效、可重复的消毒效果的同时，避免了人员近距离操作，极大地降低了安全风险。
关键词：过氧化氢消毒 远距离管道输送系统 伴热管及增压技术
引言
2003年的SARS、2014年的“埃博拉”以及目前正在经历的新冠肺炎疫情，给全世界人民的生命健康和经济带来了巨大损失和惨痛代价。生物安全，成为诱发国家经济和社会危机的重大战略问题，越来越多的受到各国政府的重视，成为国家总体安全的重要组成部分。
生物安全实验室作为从事病原微生物实验活动的场所，承担着对高风险的病原微生物进行检验、研究的工作，尤其在烈性传染病防控研究方面具有重要意义。生物安全实验室微生物环境污染，是一个不可忽视的问题，即使在生物安全柜里操作也难以避免病毒气溶胶以扩散到空气中造成室内空间的污染。因此，做好实验室空间环境以及关键设备的消毒灭菌，是保障生物安全和实验成功的必要措施[1][2]。
气化过氧化氢灭菌技术（VHP）是一种将液态过氧化氢转化为气态灭菌的方法，可根除病菌、细菌、真菌和芽孢，是一种广谱生物灭菌方式，具有灭菌效率高、无毒、无残留、安全环保的优点，广泛应用于生物安全、医疗卫生、制药等领域。
本文主要依据笔者所在研发团队在生物安全实验室领域的研究成果，并结合具体项目经验，针对气化过氧化氢远距离管道输送消毒技术进行分析，提出一种新的消毒系统模式。
1气化过氧化氢灭菌原理
过氧化氢是一种广泛存在于空气和水中的化学物质，具有强氧化性，是目前各种灭菌技术中最理想的灭菌方式之一，广泛应用于医院、实验室、制药车间、
食品车间等领域。
气化过氧化氢灭菌技术是通过闪蒸将H2O2溶液瞬间气化为2-6微米的液滴，注入需消毒空间后，这种小于10微米的液滴，会分散在空气中做无规则的布朗运动，当遇到微生物时，会粘附其表面，形成一种亚微米级的冷凝微膜，并迅速分解出高活性的氢氧基，这种氢氧基具有强烈的氧化性和穿透性，彻底破坏微生物的细胞膜和DNA等，达到高效率的灭菌[3]。
2 现状及存在问题
目前，针对定期进行灭菌的实验室，一般如图1所示将移动式VHP发生装置8放置于生物安全动物实验室内，对整个空间进行消杀，但是往往发生装置附近的汽化过氧化氢浓度高远离发生装置的地方浓度低，消毒效果差、难以实现大面积消毒，而且实验室有一定的生物安全风险，人员近距离操作设备，存在人员健康危害问题；而针对易发生生物泄露的生物安全实验室，一般如图2所示在其侧墙预留消毒口，将VHP发生装置8通过消毒口与实验室连接，借助于实验室顶部风扇将蒸汽扩散至整个实验室，这样无需进入实验室即可进行实验室的灭菌，但是仍存在汽化过氧化氢分布不均匀消毒效果差、难以实现大面积消毒的问题。
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3 气化过氧化氢远距离管道输送消毒系统组成
如图3所示，生物安全实验室过氧化氢远距离消毒管路系统主要包括送排风系统和消毒系统。送风系统包括空调机组1、送风主管路2、送风支路3和实验室送风口。排风系统包括排风机组7、排风主管路6、排风支路5和实验室排风口。消毒系统包括VHP发生装置8、VHP供管81和VHP回管82，VHP供管81与送风主管路2连接，送风主管路2与排风主管路6通过消毒旁通管路9连接，结合图4，消毒旁通管路9上设有循环风机91，VHP回管82与消毒旁通管路9连接。
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4 气化过氧化氢远距离管道输送消毒系统运行分析
使用VHP进行消毒时，消毒过程分为准备阶段、自动运行阶段和通风阶段。
准备阶段：检查VHP发生装置8气体输送的管道是否连接好，检查灭菌空间的温湿度是否符合要求（温度：18～30℃，相对湿度≤65%RH），灭菌空间内的温湿度满足要求后，关闭空间的空调通风系统，并对相关门、窗等易泄漏处密封处理，关闭阀门三30、阀门五50、阀门六60，其余打开。
自动运行阶段：提前设定好灭菌参数，利用遥控启动VHP发生装置自动运行程序，VHP发生装置将按设定的参数自动运行预热——调节——灭菌——除残四个阶段，VHP发生装置进行管道预热后，自动进入调节灭菌阶段，其产生的汽化过氧化氢气体通过VHP供管81、送风主管路2、送风支路3、送风口，向生物安全实验室内连续注入稳定高效的VHP，并维持预期的浓度，同时，通过VHP浓度快速检测技术，监测空间的有效气体浓度并满足预期的目标浓度，过程指标可控，消毒效果能达到6个对数的芽孢杀灭。之后，关闭阀门一10、阀门二20；打开阀门三30，通过循环风机91让实验室和管道中的汽化过氧化氢置换稀释，使得消毒更彻底。灭菌操作结束后，打开阀门一10、阀门二20，VHP发生装置切换至除残阶段，对管道内残留的过氧化氢气体进行除残处理。
通风阶段：VHP发生装置运行结束后，打开阀门五50、阀门六60，关闭阀门一10、阀门二20、阀门三30、阀门四40，从而开启实验室的送排风系统，对空间内残留的过氧化氢进行排残处理，直至空间内浓度低于安全浓度。
5 化过氧化氢远距离管道输送消毒关键技术分析
（1）通过伴热管保证传输过程管道内的过氧化氢温度，避免气体冷凝。
针对VHP在输送扩散时产生的温降，导致输送过程中出现的冷凝影响在空间内的浓度及分布等问题，采用与过氧化氢兼容性较好的塑料管道与电伴热方式结合设计形成的新型VHP输送复合管道，保证了高效稳定产生的VHP气体能在复合管道内的温度相对恒定，始终能处于气体状态输送。
（2）通过管道增压保证气体可在管道内远距离的输送。
针对VHP在远距离输送时产生气量不足、无法达到目标空间的输送，设计采用管道增压技术，对输送管道进行增压，保证气体能在远距离的输送。
（3）设置合理的管道结构布局，保证气体在空间内均匀分布。
针对不同大小的空间气体分布的差异性，采用计算机流体动力学（CFD）软件模拟，通过温度等指标分析，合理布置管道、设置不同房间的电动控制阀及布置合理位置及数量的过氧化氢出气喷嘴，优化VHP送风系统设计，使空间内气流分散均匀，并实现自动化控制。
（4）通过VHP浓度快速检测技术，监测空间的有效气体浓度能满足预期的目标浓度，过程指标可控，消毒效果能达到6个对数的芽孢杀灭。
针对消毒过程中空间及管道的浓度、温度、湿度等关键参数，采用VHP浓度快速检测技术及布置性能稳定、高精度的温度、湿度等传感器，监测消毒过程中发生器闪蒸速率、闪蒸温度、出口温度、初始载气流量、输送管道温度、输送管道压力、管道输送流量、管道VHPS浓度、房间VHPS浓度、房间温度、房间相对湿度等关键参数指标，形成消毒参数报表、趋势曲线及数据存储等，满足相关GMP/cGMP 21CFR Part 11等法规要求。对布置在各个空间“相对冷点”或“最差位置”的嗜热脂肪芽孢杆菌（ATCC #12980）能达到降低6个对数的杀灭效果。
（5）通过空间的机械通风排风设计，实现消毒结束后，空间内残留的快速排出。
针对消毒后残留气体排出时间长、排残效率低等的问题，对房间设置机械排风或者通过催化分解等方式进行回收，降低残留浓度，优化系统排残设计，提供排残效率。
6 结语
本文提出了一种新的过氧化氢消毒系统模式，对气化过氧化氢远距离管道输送消毒系统的组成、运行原理进行了详细的分析，并对管道伴热、管道增压、管道布局、系统控制、机械通风等保证系统安全和高效运行的五大关键技术进行了系统性的阐述。
参考文献：
【1】中华人民共和国国务院.病原微生物实验室生物安全管理条例[EB/OL].2004.
【2】中华人民共和国国家质量监督检验防疫总局.实验室生物安全通用要求[S/OL].2008.
【3】Volchek K,Fingas M,Hrnof M,et al.Review of Decontamination and Restoration Technologics for Chemical,Biological,and Radiological/Nuclear Counter-terrorism[R].Ottawa:Enironmentala Protection Service,2005;