1 消毒剂
1.1 甲醛
甲醛气体的消毒效果受环境温度和湿度影响较大，消毒时需严格控制温湿度在规定范围内。在温度高于20 ℃时，甲醛气体能够杀死所有微生物及其孢子，但对朊蛋白没有灭活性。甲醛消毒时间相对较长，并需要相对湿度达到70％左右。
甲醛熏蒸消毒因为具有广谱杀菌、使用方便和价格低廉等优点，已成为国内普遍的消毒、灭菌方法。但由于甲醛具有刺鼻的气味，其气体会刺激眼睛和黏膜，已被确认具有致癌风险，消毒后需要中和，再进行排风换气。因甲醛消毒后会有残留，要注意擦拭去除物体表面的微量残留。
甲醛消毒包括熏蒸消毒、降解、通风3个阶段，熏蒸消毒一般需要8 h以上，然后进行氨水中和，降低甲醛浓度，最后进行通风置换室内空气。
1.2 过氧化氢
过氧化氢具有广谱、高效、速效、无毒、对金属及织物有腐蚀性、受有机物影响大、纯品稳定性好、稀释液不稳定等特点。现有产品中多添加其他成分来稳定过氧化氢，增强其杀菌作用并降低其腐蚀性。过氧化氢消毒的主要优点是干燥、作用快速、无毒、无残留。因过氧化氢对金属具有腐蚀性，在高等级生物安全实验室中应用时，应关注其对围护结构金属壁板、不锈钢台面、传递窗等的腐蚀，并采取相应措施降低这种危害。
过氧化氢消毒包括准备阶段（预热除湿，10 min以上）、调节阶段（过氧化氢气体快速注入，20 min以上）、消毒阶段（过氧化氢气体慢速注入以维持其室内浓度，1 h以上）、降解通风4个阶段，其中调节阶段、消毒阶段的时间和房间体积、过氧化氢注入速率（使用剂量）等因素有关。准备阶段的预热除湿过程要加热干燥循环空气，调节阶段过氧化氢气化时会产生热量，室内温度会升高。降解通风是指停止注入过氧化氢气体后注入干燥空气继续循环，以降低实验室内过氧化氢气体浓度（该过程由过氧化氢消毒设备自循环降解分解单元完成），当室内过氧化氢气体浓度降到设定的安全值以下时，消毒过程完成。为避免室内残留的过氧化氢气体对工作人员造成伤害，需开启实验室送排风系统置换室内空气。
1.3 二氧化氯
二氧化氯不同于一般的含氯消毒剂，其主要通过氧化而不是氯化发挥其消毒作用，从而避免消毒过程中产生有机氯化物，具有广谱、高效、速效、对金属有腐蚀性（需关注问题同过氧化氢）、对织物有漂白作用、消毒效果受有机物影响大的特点。
由于气体二氧化氯的密度大于空气，且气体二氧化氯熏蒸需要一定的环境湿度（相对湿度控制在75％左右为宜），因此消毒时需要配备加湿器和电风扇。二氧化氯消毒包括加湿、二氧化氯气体注入、二氧化氯浓度维持、通风4个阶段。消毒前将加湿器和电风扇放入室内，并调节室内温度（温度低于11 ℃时二氧化氯会由气态变成液态，另外温度太低湿度不容易控制，文献［5］将室内温度调整到20 ℃左右）。
2 消毒模式
2.1 密闭熏蒸消毒
2.1.1 原理及特点
密闭熏蒸消毒模式如图1所示，其工作原理为：以实验室房间为单元，关闭送排风机组、风管密闭阀和实验室门，使实验室处于密闭状态，在房间内发生消毒剂气体或在房间外发生消毒剂气体，通过专用消毒管道注入实验室。
图1 密闭熏蒸消毒示意图
图1a的工作原理为：将消毒设备主机推进待消毒的实验室内，微电脑控制台放置在辅助区某房间内，数据线经墙体预留的孔洞穿管接出或通过传递窗接出，传递窗周边缝隙用无残留胶布密封。
图1b的工作原理为：消毒设备主机放置于实验室外，将消毒剂气体注入口和气流返回口与墙体上的固有消毒口连接。为保证实验室内消毒气体分布均匀及充分交换，可进一步采用塑料管连接墙体上的消毒剂气体注入口，将塑料管另一端伸入实验室中心位置，高度50～100 cm，注入口与返回口相隔约2.5 m，实验室内两对角放置2台可左右旋转的电风扇。该消毒方式也可设置专用消毒管道接入房间顶棚，在顶棚接管处设置专用消毒剂喷头。
对比分析图1a，b可以看出，图1a在消毒时需要将消毒设备主机推入房间，如果考虑不同实验室共用消毒设备，或者对于更高级别的生物安全实验室，建议使用图1b的密闭熏蒸消毒方式。
密闭熏蒸消毒是目前国内高等级生物安全实验室最常用的消毒模式，该消毒模式以房间为消毒单元，操作灵活、简单，缺点是当更换消毒房间时，需要人员进出实验室防护区（图1a的方式需要进入核心工作间，图1b的方式需要进入防护走廊）移动消毒设备，增加了工作量和安全防护难度。
2.1.2 存在问题
1）若采用过氧化氢对房间进行消毒，整个消毒过程室内温度会升高，若采用图1a的消毒方式，因房间密闭，室内将出现正压（文献［7］指出，在室内容积恒定时，室内温度每升高1 ℃，会导致压力上升345 Pa），则未被彻底消除的病原微生物存在外泄风险。若采用图1b的消毒方式，室外的消毒设备主机抽吸室内空气，处理后再部分循环送入室内，可以控制室内处于微负压，降低病原微生物外泄风险。图1b所示的消毒设备自带排风回收净化处理装置，一方面可通过催化剂将过氧化氢气体降解分解（废水排放至废液回收罐），另一方面可通过内置筒式高效过滤器过滤处理潜在的病原微生物，再排放至消毒设备所在的周围环境，以维持消毒房间一定负压，该高效过滤器在消毒设备内部被消毒灭菌处理。
图2给出了某气密性高等级生物安全实验室采用过氧化氢消毒时房间温度的变化曲线，房间温度从消毒开始时的19.7 ℃上升到消毒结束时的21.7 ℃，升高了2 ℃。该消毒过程包括准备阶段（预热除湿，10 min）、调节阶段（过氧化氢快速注入，8 g/min，2 h）、消毒阶段（过氧化氢慢速注入，4 g/min，1 h）、降解通风阶段（停止注入过氧化氢气体后，注入干燥空气继续循环，将实验室内过氧化氢气体体积分数降至5×10－6以下），最后开启实验室送排风系统进行置换通风。可以看出，在准备阶段、调节阶段的前2 h内，室内温度快速上升，若采用图1a的消毒方式，室内将出现绝对正压，该实验室采用了图1b的消毒方式，整个消毒过程室内未出现正压。
2）若采用二氧化氯对房间进行消毒，消毒过程中需对室内温度、相对湿度进行调节控制，可能会使室内温度升高，压力上升。同上所述，当采用图1a的消毒方式时，室内可能会出现正压，未被彻底消除的病原微生物存在外泄风险。
3）若采用甲醛对房间进行消毒，需要室内相对湿度在70％左右，室温在20 ℃以上。因甲醛熏蒸消毒所需时间较长，这一过程中消毒中的房间相对相邻房间、吊顶等周围环境可能会出现正压，未被彻底消除的病原微生物存在外泄风险。
图2 密闭熏蒸消毒时房间温度变化
2.1.3 风险评估
从前面分析可以看出，在密闭熏蒸消毒模式下，消毒中的实验室、未消毒的实验室均存在污染物外泄的风险，因此应根据实际情况进行风险评估分析，当风险较大时，应采取相应措施降低风险。
对于国内数量众多的常规三级生物安全实验室（GB 19489—2008《实验室 生物安全通用要求》中的4.4.1，4.4.2类实验室），在没有意外事故发生时，正常情况下室内被污染的概率较小；实验室密闭熏蒸消毒时从围护结构缝隙泄漏出来的空气量较少，而且大部分实验室在进行密闭熏蒸消毒时，一般都会用胶带密封实验室门缝等可见缝隙来降低泄漏概率。根据国内很多三级生物安全实验室的多年实践，一般情况下密闭熏蒸消毒时上述一些潜在的生物安全风险在可接受范围内。
生物安全防护级别较高的大动物三级生物安全实验室（GB 19489—2008中的4.4.3类ABSL-3实验室）及四级生物安全实验室对围护结构气密性的要求较高，需要进行恒压法、压力衰减法气密性验证，当采用密闭熏蒸消毒模式时，实验室围护结构的高气密性对降低污染物外泄风险有重要意义。
2.2 通风大系统消毒
2.2.1 原理及特点
通风大系统消毒模式如图3所示，其工作原理为：消毒工况下，关闭通风空调系统的送、排风机及送、排风主管上的生物密闭阀，开启旁通消毒风管（设置在送、排风主管之间）上的生物密闭阀，启动消毒风机（排风机可兼作消毒风机），在室内或管道上发生或注入消毒剂气体，系统循环运行进行消毒。
图3 通风大系统消毒模式示意图
通风大系统消毒模式可以对众多房间同时进行消毒，操作简单、方便，整个消毒过程无需人员进出实验室移动消毒设备，大大简化了消毒流程，但该消毒模式对消毒设备发生消毒气体的能力（包括发生浓度、发生速率等）要求较高，应用中受到一定限制。
2.2.2 存在问题
通风大系统消毒模式在欧洲高等级生物安全实验室中应用较多，在我国高等级生物安全实验室中应用不是很多，但在我国兽用生物制品生产车间中应用较多。我国首个四级生物安全实验室（中国科学院武汉病毒研究所四级生物安全实验室）采用了这种消毒模式。
近年来，我国高等级生物安全实验室采用过氧化氢或二氧化氯进行消毒的越来越多，该类消毒设备大部分为国外进口设备，价格较高，国内可替代的同类消毒设备不是很成熟或未被广泛认可。该类国外消毒设备往往对被消毒房间面积有限制要求，若采用通风大系统消毒模式，则所需的过氧化氢或二氧化氯消毒设备的初投资及运行费用均远超大部分实验室业主的承受范围。
2.2.3 风险评估
当采用通风大系统消毒模式时，设备间内的消毒旁通风管、送风主管及技术夹层内的送风支管均为正压风管，若风管气密性较差，会存在循环空气外泄至设备间及技术夹层的风险，但由于循环空气在离开实验室时已由排风高效过滤器进行净化处理，出现病原微生物外泄的风险极低。
3 解决方案
3.1 围护结构气密性
目前国内受制于过氧化氢（或二氧化氯）进口消毒设备的价格，大多选用密闭熏蒸消毒模式，该消毒模式存在污染物外泄的风险，对于常规三级生物安全实验室，正常情况下认为该风险在可接受范围内。为进一步降低该风险，在实验室日常运行维护过程中，应注意围护结构的气密性，并加强年度检测；在消毒前，用胶带密封实验室门缝、传递窗缝等可见缝隙，并尽量采用图1b所示的消毒方式。
3.2 排风密闭阀开启
采用密闭熏蒸消毒模式时，为降低生物安全风险，可考虑加强围护结构气密性，也可以考虑对泄漏进行疏导。该消毒模式下产生污染物外泄风险的根源在于当实验室出现正压时，因实验室送、排风支管上的阀门关闭，房间内的空气只能通过围护结构各处缝隙无组织地泄漏出去，此时如果开启排风管道上的密闭阀，则房间内的空气可以通过排风管道（经排风高效过滤器过滤）有组织地泄漏出去，房间不会处于正压，病原微生物污染外泄的风险会大幅降低。
此时可能会出现化学消毒剂通过排风管道外泄到周围环境的新风险，需要对该风险进行评估分析。一般情况下，由于室内空气需要经过排风高效过滤装置、较长的排风管道、排风机箱后再通过高空排放的管道才能散布到周围环境，此时的化学消毒剂浓度可能已在安全排放范围以内。如果该风险不可接受，则可在高空排放前进行净化处理（如增设活性炭吸附过滤段等）。
消毒过程中各核心工作间的排风支管密闭阀开启，若采用图1a所示的消毒方式，消毒中的实验室内的消毒剂气体可能会通过排风管道渗透到相邻实验室或屋顶排风口处，但由于泄漏量较少，只需在一间实验室消毒后，移动消毒设备至下一个待消毒房间时做好个人安全防护即可，另外消毒剂气体发生剂量要求有所增加。若采用图1b所示的消毒方式，因设备自身带调节室内负压的功能，则消毒中的核心工作间排风支管上的密闭阀可以关闭，未消毒和已经消毒的核心工作间排风支管上的密闭阀开启即可，此时可避免出现消毒剂外泄的隐患。
3.3 消毒负压工况
对于密闭熏蒸消毒模式，上述排风密闭阀开启进行疏导的方式可有效降低生物安全风险。为进一步降低污染物外泄风险，可考虑在消毒过程中采取保持实验室负压运行的技术措施，即排风机（或设置小风量的专用消毒风机）低频运行，维持核心工作间－40～－20 Pa的静压差，压力梯度可根据生物污染风险由高到低设置，即未消毒房间负压最大，消毒中房间负压次之，消毒后房间和辅助区房间负压最小，这种工况可称为消毒负压工况。可以在自控系统设计调试时预先设置好控制策略，实验室消毒时启用消毒程序。
这种情况下，化学消毒剂通过排风管道排放到周围环境的风险应引起重视，因主动式排风比房间正压造成的化学消毒剂外泄量要大得多，此时应在高空排放前进行净化处理。可采用如下具体措施：在排风机箱内预留活性炭过滤器功能段，平时运行时不安装活性炭过滤器，每次消毒前加装活性炭过滤器，消毒后再撤掉，也可采用可启闭式过滤段组件（根据消毒与否，控制活性炭过滤段组件关闭或开启）。如不考虑节能、经济运行等问题，活性炭过滤器可一直在线使用，但要加装活性炭过滤器失效监测预警装置，如在活性炭过滤器后加装化学消毒剂气体浓度探测装置，当浓度超过设定限值时，应对活性炭过滤器进行更换。
3.4 气体消毒设备研发
从生物安全风险评估的角度来看，通风大系统消毒模式对生物安全风险的控制优于密闭熏蒸消毒模式，而且整个消毒过程中不需要人员进出移动消毒设备，简化了消毒过程，应是高等级生物安全实验室消毒模式的首选。
从前面的分析可以看出，国内过氧化氢或二氧化氯消毒设备的研制成为亟需解决的难题。目前已有国产设备研发成功并经实践验证性能良好，如国家生物防护装备工程技术研究中心自主研发的气体二氧化氯消毒机。
本文刊登于《暖通空调》2017年第3期
作者：
中国建筑科学研究院 曹国庆
中农威特生物科技股份有限公司 李晓斌
中国建筑科学研究院 党宇
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