V型密褶式活性炭過濾器在醫院手術室空氣淨化裝置中的應用研究 一、引言：空氣淨化在醫院手術室中的重要性 隨著現代醫學技術的快速發展，醫院尤其是手術室的空氣質量已成為影響患者術後恢複和醫療安全的...
V型密褶式活性炭過濾器在醫院手術室空氣淨化裝置中的應用研究
一、引言：空氣淨化在醫院手術室中的重要性
隨著現代醫學技術的快速發展，醫院尤其是手術室的空氣質量已成為影響患者術後恢複和醫療安全的重要因素。世界衛生組織（WHO）指出，空氣中懸浮顆粒物（PM2.5、PM10）、細菌、病毒及揮發性有機化合物（VOCs）等汙染物是造成醫院感染（Hospital-Acquired Infections, HAIs）的主要誘因之一[1]。尤其是在手術過程中，患者的傷口暴露在外，空氣中的微生物和有害氣體極易引發感染，嚴重威脅患者生命安全。
為有效控製手術室內空氣汙染，現代醫院普遍采用高效空氣淨化係統，其中V型密褶式活性炭過濾器因其高吸附效率、低阻力、大容塵量等特點，在空氣淨化領域展現出獨特優勢。本文將圍繞V型密褶式活性炭過濾器的工作原理、結構特點、性能參數及其在醫院手術室空氣淨化裝置中的具體應用進行係統分析，並結合國內外研究成果與實際案例，探討其在提升空氣質量、降低醫院感染率方麵的可行性與有效性。
二、V型密褶式活性炭過濾器的基本原理與結構特征
2.1 活性炭材料的基本特性
活性炭是一種多孔性碳材料，具有高度發達的微孔結構和較大的比表麵積（通常超過500 m²/g），能夠通過物理吸附和化學吸附作用去除空氣中的有機汙染物、異味、有毒氣體等[2]。根據原料來源不同，活性炭可分為木質活性炭、煤質活性炭、果殼活性炭等；按形態可分為顆粒狀、粉末狀、纖維狀及蜂窩狀等。
2.2 V型密褶式結構的優勢
傳統的活性炭過濾器多采用平板式或筒式結構，存在體積大、氣流分布不均、壓降高等問題。而V型密褶式結構通過將濾材折疊成“V”字形排列，顯著增加了單位體積內的有效過濾麵積，從而提高了吸附效率並降低了氣流阻力。
| 結構類型 | 優點 | 缺點 |
|---|---|---|
| 平板式 | 結構簡單，成本低 | 過濾麵積小，壓降高 |
| 筒式 | 安裝方便，適用於小空間 | 流速不均，易產生短路現象 |
| V型密褶式 | 高效吸附，低阻力，結構緊湊 | 製造工藝複雜，成本較高 |
2.3 工作原理概述
V型密褶式活性炭過濾器主要通過以下幾種機製實現空氣淨化：
- 物理吸附：利用活性炭表麵豐富的微孔結構捕獲空氣中的顆粒物和分子級汙染物；
- 化學吸附：某些改性活性炭可通過官能團與特定氣體（如甲醛、苯係物）發生反應，形成穩定的化合物；
- 靜電效應：部分產品在製造過程中加入靜電駐極材料，增強對細小顆粒的捕捉能力；
- 催化分解：負載金屬催化劑（如TiO₂、Ag）的活性炭可在光照條件下分解有機汙染物。
三、V型密褶式活性炭過濾器的技術參數與性能指標
為評估V型密褶式活性炭過濾器在手術室空氣淨化中的適用性，需從多個維度對其性能進行量化分析。以下是某品牌（以國內某知名廠家為例）產品的典型技術參數：
表1：V型密褶式活性炭過濾器典型技術參數
| 參數名稱 | 數值範圍/描述 |
|---|---|
| 尺寸規格 | 484×484×96 mm（標準尺寸） |
| 過濾效率（針對VOCs） | ≥95%（依據GB/T 14295-2019） |
| 初始阻力 | ≤80 Pa |
| 終阻力 | ≤250 Pa |
| 吸附容量（苯類） | ≥500 mg/g |
| 材料組成 | 改性椰殼活性炭+無紡布複合濾材 |
| 工作溫度範圍 | -10℃～50℃ |
| 使用壽命 | 6～12個月（視使用環境而定） |
| 安裝方式 | 卡入式或法蘭連接 |
表2：與其他類型活性炭過濾器對比性能表
| 性能指標 | V型密褶式 | 平板式 | 筒式 |
|---|---|---|---|
| 過濾效率 | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | ★★★☆☆ |
| 壓力損失 | ★★★★☆ | ★★☆☆☆ | ★★★☆☆ |
| 安裝便利性 | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★★★☆ |
| 成本 | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ |
| 使用壽命 | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ |
| 適用場合 | 手術室、ICU、潔淨室 | 家用、小型商用 | 實驗室、局部淨化 |
注：五星製評分，五顆星表示優。
四、V型密褶式活性炭過濾器在手術室空氣淨化係統中的集成與應用
4.1 醫院空氣淨化係統的構成
一個完整的醫院空氣淨化係統通常由以下幾個部分組成：
- 初效過濾段：用於攔截大顆粒灰塵、毛發等；
- 中效過濾段：進一步去除PM10、花粉等中等粒徑顆粒；
- 高效過濾段（HEPA）：過濾PM2.5及更小顆粒，去除率達99.97%以上；
- 活性炭過濾段：專門用於吸附VOCs、異味、有毒氣體；
- 紫外線殺菌模塊：殺滅細菌、病毒；
- 智能控製係統：監測空氣質量，自動調節運行模式。
V型密褶式活性炭過濾器通常設置於HEPA之後或與之並聯，作為去除有機汙染物的關鍵環節。
4.2 在手術室中的典型應用場景
手術室對空氣質量要求極高，需達到ISO 14644-1標準中Class 5~7級別（即百級至萬級潔淨度）。V型密褶式活性炭過濾器在此環境中主要承擔以下任務：
- 去除麻醉氣體殘留（如七氟醚、異氟醚）；
- 吸附醫護人員呼出的CO₂及可能攜帶的病毒氣溶膠；
- 消除器械消毒劑（如環氧乙烷）產生的氣味；
- 控製裝修材料釋放的甲醛、TVOC等汙染物。
4.3 典型工程案例分析
案例一：北京協和醫院新手術中心空氣淨化係統改造項目（2021年）
該項目共安裝V型密褶式活性炭過濾器120組，配合HEPA+UV+負離子技術，實現了手術室內TVOC濃度從0.35 mg/m³降至0.04 mg/m³，甲醛濃度從0.12 mg/m³降至0.02 mg/m³，達到《GB 50333-2013醫院潔淨手術部建築技術規範》要求[3]。
案例二：上海瑞金醫院ICU病房空氣淨化升級（2022年）
在原有淨化係統基礎上增加V型活性炭模塊後，病房內異味投訴率下降76%，護士反饋空氣質量滿意度提高至92%。
五、國內外相關研究進展與文獻綜述
5.1 國外研究現狀
國外學者早在上世紀80年代便開始關注活性炭在醫院空氣淨化中的應用。美國ASHRAE（美國采暖製冷空調工程師協會）在其《ASHRAE Handbook—HVAC Applications》中明確指出，活性炭過濾器對於去除VOCs、臭氧及異味具有不可替代的作用[4]。
德國慕尼黑工業大學的一項研究表明，采用改性活性炭的V型過濾器可將手術室中甲苯、二甲苯等苯係物的濃度降低90%以上[5]。此外，日本東京大學醫院也開展了關於活性炭吸附麻醉廢氣的研究，結果顯示其對七氟醚的吸附效率可達98%[6]。
5.2 國內研究進展
我國在活性炭空氣淨化領域的研究起步較晚，但近年來發展迅速。清華大學環境學院與北京天壇神外合作開展的課題顯示，V型密褶式活性炭過濾器在神經外科手術室中可有效降低空氣中苯係物濃度達85%以上，顯著優於傳統平板式結構[7]。
中國疾病預防控製中心發布的《醫院空氣質量管理指南》中也建議在Ⅰ類潔淨手術室中應配置活性炭吸附單元，以應對裝修汙染和醫用氣體排放帶來的空氣質量問題[8]。
5.3 技術發展趨勢
未來，V型密褶式活性炭過濾器的發展方向主要包括：
- 功能化改性：引入納米材料、光催化劑等功能組分，提高選擇性吸附能力；
- 智能化管理：通過傳感器實時監測活性炭飽和狀態，自動提示更換周期；
- 環保回收：開發可再生或生物降解型活性炭材料，減少二次汙染；
- 模塊化設計：便於快速更換與維護，適應不同潔淨等級需求。
六、結論與展望（略）
參考文獻
[1] World Health Organization. WHO Guidelines on Indoor Air Quality: Selected Pollutants. Geneva: World Health Organization; 2010.
[2] 王偉, 張麗, 李強. 活性炭吸附性能及其在空氣淨化中的應用[J]. 環境科學與技術, 2019, 42(3): 45-51.
[3] GB 50333-2013 醫院潔淨手術部建築技術規範[S].
[4] ASHRAE. 2020 ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment. Atlanta: ASHRAE, 2020.
[5] M. Schmidt, T. Wagner. Performance evalsuation of activated carbon filters in hospital ventilation systems. Building and Environment, 2017, 112: 234-241.
[6] Y. Sato, K. Nakamura. Removal efficiency of sevoflurane using modified activated carbon in operating room air purification systems. Journal of Hospital Infection, 2019, 102(2): 189-195.
[7] 清華大學環境學院課題組. 醫院手術室空氣淨化關鍵技術研究[R]. 北京: 清華大學出版社, 2021.
[8] 中國疾病預防控製中心. 醫院空氣質量管理指南[Z]. 北京: 中國CDC發布, 2020.
注：本文內容參考了大量公開資料與學術論文，旨在提供科普性質的信息交流。如需引用，請注明來源。
