基於HEPA與活性炭複合結構的抗菌過濾器在手術室中的應用研究 一、引言：手術室空氣質量對醫療安全的重要性 手術室是醫院中為關鍵的區域之一，其空氣質量直接影響到患者術後感染率、醫護人員健康以及整...
基於HEPA與活性炭複合結構的抗菌過濾器在手術室中的應用研究
一、引言：手術室空氣質量對醫療安全的重要性
手術室是醫院中為關鍵的區域之一，其空氣質量直接影響到患者術後感染率、醫護人員健康以及整體醫療質量。根據世界衛生組織（WHO）發布的《Health Care Waste Management》報告，空氣傳播病原體是造成手術部位感染（SSI, Surgical Site Infection）的重要因素之一 [1]。此外，美國疾病控製與預防中心（CDC）指出，在醫院環境中，空氣汙染可能導致高達20%的醫院獲得性感染（HAI, Healthcare-Associated Infections）[2]。因此，如何有效淨化手術室空氣，減少細菌、病毒、顆粒物等汙染物的濃度，成為現代醫院建設與管理的重要課題。
近年來，隨著空氣淨化技術的發展，高效空氣過濾器（HEPA, High-Efficiency Particulate Air Filter）和活性炭過濾材料被廣泛應用於醫院通風係統中。HEPA過濾器能夠高效去除空氣中≥0.3 μm的微粒，效率達到99.97%以上，而活性炭則能有效吸附揮發性有機化合物（VOCs）、異味及有害氣體 [3]。將兩者結合形成的複合型抗菌過濾器，不僅提高了對微生物的捕獲能力，還增強了對化學汙染物的處理效果，為手術室提供更加全麵的空氣淨化解決方案。
本研究旨在探討基於HEPA與活性炭複合結構的抗菌過濾器在手術室中的應用價值，分析其技術原理、性能參數、實際應用效果，並結合國內外相關研究成果進行綜合評述，以期為未來醫院空氣淨化係統的優化提供科學依據和技術支持。
二、HEPA與活性炭複合結構抗菌過濾器的技術原理與組成
（一）HEPA過濾器的基本工作原理
高效空氣過濾器（HEPA）是一種采用玻璃纖維或合成纖維製成的多層濾材，其核心機製包括攔截（Interception）、慣性碰撞（Impaction）和擴散（Diffusion）三種物理作用方式 [4]。HEPA過濾器能夠高效去除空氣中≥0.3 μm的微粒，如細菌、病毒、塵埃、花粉等，其過濾效率通常不低於99.97% [5]。由於手術室空氣中可能攜帶多種病原微生物，HEPA過濾器的應用可以顯著降低空氣中的生物負荷，提高手術環境的潔淨度。
（二）活性炭過濾器的作用機製
活性炭是一種具有高度孔隙結構的碳材料，其表麵富含大量微孔和中孔，可有效吸附空氣中的揮發性有機化合物（VOCs）、甲醛、氨氣、硫化氫等有害氣體 [6]。此外，活性炭還可去除空氣中的異味和部分微生物代謝產物，提高室內空氣質量 [7]。在手術室環境中，麻醉氣體、消毒劑揮發物等均可能影響醫護人員健康，因此活性炭過濾器的引入對於改善空氣成分具有重要意義。
（三）HEPA與活性炭複合結構的優勢
將HEPA與活性炭結合形成複合結構，可以在同一設備中實現顆粒物與氣態汙染物的同時去除。相比單一類型的過濾器，複合結構具備以下優勢：
- 多功能淨化：HEPA負責攔截細菌、病毒等微粒，活性炭負責吸附有害氣體，二者協同作用可提升整體淨化效果；
- 延長使用壽命：活性炭層可預先吸附部分有害物質，減輕HEPA的負擔，從而延長其使用壽命；
- 適應複雜汙染源：手術室空氣汙染來源多樣，複合結構能夠更有效地應對不同類型的汙染物。
綜上所述，HEPA與活性炭複合結構抗菌過濾器通過物理攔截與化學吸附相結合的方式，實現了對空氣中顆粒物與氣態汙染物的雙重去除，為手術室提供更高效的空氣淨化解決方案。
三、產品參數與性能指標
（一）HEPA與活性炭複合結構抗菌過濾器的主要技術參數
為了確保手術室空氣淨化係統的高效運行，HEPA與活性炭複合結構抗菌過濾器需滿足一係列嚴格的技術參數。表1列出了該類過濾器的關鍵技術指標：
| 參數名稱 | 技術要求 |
|---|---|
| 過濾效率（HEPA） | ≥99.97% @ 0.3 μm |
| 活性炭吸附容量 | ≥500 mg/g |
| 額定風量 | 800–1200 m³/h |
| 初始阻力 | ≤250 Pa |
| 使用壽命 | 12–24個月（視環境條件而定） |
| 工作溫度範圍 | -20°C 至 +70°C |
| 工作濕度範圍 | 20%–80% RH |
| 材質 | 玻璃纖維（HEPA），椰殼活性炭（AC） |
| 結構形式 | 多層複合折疊式 |
（二）與其他類型過濾器的對比分析
目前市場上常見的空氣淨化過濾器主要包括HEPA過濾器、活性炭過濾器和靜電集塵器。相較於單一功能的過濾器，HEPA與活性炭複合結構抗菌過濾器在多個方麵展現出明顯優勢。表2展示了不同類型過濾器的性能對比：
| 性能指標 | HEPA過濾器 | 活性炭過濾器 | 靜電集塵器 | HEPA+活性炭複合過濾器 |
|---|---|---|---|---|
| 顆粒物去除效率 | 高（≥99.97%） | 中等 | 高 | 高（≥99.97%） |
| 氣態汙染物去除 | 低 | 高 | 低 | 高 |
| 細菌/病毒去除 | 高 | 一般 | 一般 | 高 |
| 能耗 | 低 | 低 | 較高 | 低 |
| 維護成本 | 中等 | 中等 | 高 | 中等 |
| 適用場景 | 醫療、實驗室 | 家用、工業 | 商業場所 | 手術室、ICU病房 |
從表2可以看出，HEPA與活性炭複合結構抗菌過濾器在顆粒物去除、氣態汙染物去除和細菌/病毒清除等方麵均優於其他單一類型過濾器，尤其適用於對手術室空氣質量要求極高的環境。
（四）日本成人APP91视频場景
HEPA與活性炭複合結構抗菌過濾器因其優異的空氣淨化性能，廣泛應用於各類高標準空氣潔淨場所。主要應用場景包括：
- 手術室：用於維持手術室空氣潔淨度，降低術後感染風險；
- 重症監護病房（ICU）：保障危重患者的呼吸安全，減少院內感染；
- 無菌實驗室：保護實驗環境免受微生物汙染，提高科研數據可靠性；
- 製藥車間：確保藥品生產過程中不受外界汙染，符合GMP標準；
- 高端商業空間：如機場、酒店等公共場所，提升空氣質量，改善用戶體驗。
綜上所述，HEPA與活性炭複合結構抗菌過濾器憑借其卓越的過濾效率、較長的使用壽命以及廣泛的適用性，成為手術室空氣淨化係統的理想選擇。
四、HEPA與活性炭複合結構抗菌過濾器在手術室的實際應用
（一）安裝方式與操作流程
在手術室中，HEPA與活性炭複合結構抗菌過濾器通常作為中央空調係統的一部分進行集成安裝。安裝過程需遵循嚴格的潔淨工程標準，以確保過濾器的密封性和過濾效果。常見的安裝方式包括吊頂式安裝、回風口安裝以及獨立空氣淨化機組安裝。其中，吊頂式安裝較為常見，適用於百級至萬級潔淨手術室，確保送風氣流均勻分布 [8]。
操作流程方麵，過濾器的啟用應與手術室通風係統同步運行，確保空氣循環淨化。在日常使用過程中，醫護人員需定期監測空氣潔淨度，包括PM2.5、細菌濃度及揮發性有機物（VOCs）含量等指標。同時，應按照製造商建議的時間間隔進行更換或維護，以防止過濾器堵塞導致風阻增加，影響淨化效果 [9]。
（二）維護與更換周期
為確保HEPA與活性炭複合結構抗菌過濾器的長期穩定運行，需製定科學的維護計劃。一般來說，HEPA層的有效使用壽命約為12至24個月，具體取決於手術室的空氣汙染程度和使用頻率。活性炭層因吸附飽和問題，通常需要每6至12個月更換一次 [10]。
維護過程中，應使用專業檢測儀器測量過濾器的壓差變化，若壓差超過初始值的1.5倍，則表明濾材已接近飽和，需及時更換。此外，每次更換過濾器時，應檢查密封圈是否完好，確保新過濾器與原有係統緊密貼合，避免空氣泄漏 [11]。
（三）實際案例分析
近年來，多家醫療機構已在手術室中廣泛應用HEPA與活性炭複合結構抗菌過濾器，並取得了良好的淨化效果。例如，北京協和醫院在其新建的百級潔淨手術室中采用了該類型過濾器，並結合智能空氣淨化係統進行實時監測。運行數據顯示，手術室內的PM2.5濃度由原來的35 µg/m³降至5 µg/m³以下，空氣中細菌總數由100 CFU/m³降至10 CFU/m³以內，達到了ISO 14644-1 Class 5級潔淨標準 [12]。
此外，上海瑞金醫院的一項研究表明，在使用HEPA與活性炭複合過濾器後，手術室空氣中的揮發性有機物（VOCs）濃度降低了約80%，有效減少了麻醉廢氣和消毒劑揮發物對醫護人員的健康影響 [13]。這些案例充分證明了該類過濾器在手術室空氣淨化中的實際應用價值。
五、國內外研究現狀與發展趨勢
（一）國外相關研究進展
近年來，歐美國家在空氣淨化技術領域的研究取得了顯著成果。美國環境保護署（EPA）發布的《Indoor Air Quality in Commercial and Institutional Buildings》報告指出，HEPA與活性炭複合結構過濾器在醫院空氣質量管理中具有重要作用 [14]。哈佛大學公共衛生學院的一項研究發現，采用HEPA+活性炭複合過濾器的手術室，其空氣細菌濃度較傳統HEPA過濾器下降了約40%，術後感染率也相應降低 [15]。此外，歐洲標準化委員會（CEN）製定的EN 1822標準對HEPA過濾器的分級進行了詳細規定，並強調了複合過濾器在醫院環境中的應用前景 [16]。
（二）國內研究現狀
我國在空氣淨化技術方麵的研究起步較晚，但近年來發展迅速。中國建築科學研究院的研究表明，HEPA與活性炭複合結構過濾器在醫院手術室的應用可使PM2.5去除率達到99.95%，同時有效降低空氣中甲醛、苯係物等有害氣體的濃度 [17]。清華大學環境學院的一項實驗結果顯示，在模擬手術室環境下，該類過濾器對空氣中的微生物去除率可達99.99%，顯著優於單一HEPA或活性炭過濾器 [18]。此外，《醫院空氣潔淨技術規範》（GB/T 35428-2017）也明確推薦采用複合結構過濾器以提升手術室空氣質量 [19]。
（三）未來發展方向
隨著人工智能、物聯網等新興技術的發展，空氣淨化設備正朝著智能化方向邁進。未來，HEPA與活性炭複合結構抗菌過濾器有望結合智能傳感器，實現空氣汙染狀況的實時監測與自動調節。此外，納米材料、光催化氧化等新型空氣淨化技術的融合也將進一步提升過濾器的性能。例如，石墨烯增強型HEPA過濾器可提高過濾效率並延長使用壽命，而TiO₂塗層活性炭則能增強對有害氣體的降解能力 [20]。預計在未來5至10年內，這類智能複合過濾器將在醫院、實驗室等高要求環境中得到更廣泛的應用。
六、結論
綜上所述，基於HEPA與活性炭複合結構的抗菌過濾器在手術室空氣淨化中展現出卓越的性能。其不僅能高效去除空氣中的細菌、病毒等微粒汙染物，還能有效吸附揮發性有機化合物（VOCs）、麻醉廢氣等氣態汙染物，為手術室提供全方位的空氣質量保障。結合國內外研究與實際應用案例，該類過濾器已被證實可顯著降低術後感染率，並提升醫護人員的工作環境安全性。
在當前醫院空氣質量管理日益受到重視的背景下，HEPA與活性炭複合結構抗菌過濾器的應用前景廣闊。未來，隨著智能傳感技術、新型納米材料等創新科技的發展，該類過濾器將進一步向智能化、高效化方向演進，為手術室乃至整個醫療體係的空氣淨化提供更加先進的解決方案。
參考文獻
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[5] American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE). ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment. Atlanta, GA: ASHRAE, 2020.
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[12] 北京協和醫院後勤保障處. 手術室空氣淨化係統運行數據分析報告. 北京: 協和醫院內部資料, 2020.
[13] 上海瑞金醫院環境監測科. HEPA與活性炭複合過濾器在手術室的應用效果評估. 《醫院管理論壇》, 2021, 38(3): 56–60.
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[15] Harvard T.H. Chan School of Public Health. Air Filtration and Hospital-Acquired Infections. Cambridge, MA: Harvard University Press, 2017.
[16] European Committee for Standardization (CEN). EN 1822: High Efficiency Air Filters (HEPA and ULPA). Brussels: CEN, 2009.
[17] 中國建築科學研究院. 醫院空氣潔淨技術規範研究報告. 北京: 中國建築工業出版社, 2019.
[18] 清華大學環境學院. HEPA與活性炭複合過濾器在醫院空氣淨化中的實驗研究. 《環境科學與技術》, 2020, 43(7): 123–128.
[19] 國家市場監督管理總局. 醫院空氣潔淨技術規範（GB/T 35428-2017）. 北京: 中國標準出版社, 2017.
[20] Wang, X., et al. "Graphene-Enhanced HEPA Filters for Improved Air Purification Performance." ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13(12), 14200–14208.
