046 地铁环境微生物污染及空气品质改进措施_环境污染与微生物治理
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地铁环境微生物污染及其改善措施初探
铁三院集团有限公司 杨智华 黄桂兴 郑东文
天津大学环境学院 涂光备 邢金城
摘要 地铁作为一种安全、便捷、大容量的交通运输工具，对解决城市交通问题，缓解城市交通压力，改善人们的出行条件、减少汽车尾气污染，有着不可替代的作用。但同时由于地铁中人员密集,空间相对封闭及由列车高速运行所引起的活塞风等因素的存在,使得地铁系统中微生物等有害物可借助空气快速蔓延和传播，存在着重大的公共安全隐患。因此，我们要研究出合理有效的治理措施，提出合理可行的解决方案和净化消毒措施，改善地铁空气品质，提高地铁环境安全，努力营造安全、舒适、高效的乘车环境。
关键词
地铁 空气品质 空调系统 微生物污染 空气净化消毒
引言
我们赖以生存的空气环境中存在着大量致病、致腐的有害物，它们可通过多种途径传染给人体，危害人类健康。这些有害物包括微生物、固体和液体粒子、有害气体等。其中微生物具有生长、繁殖及延续生物学全过程的能力。只要条件适宜，就会通过细胞分裂繁殖生长，这是与空气中其他粒状污染物根本不同的一点。微生物有极强的繁殖能力，以细菌为例：在温度、湿度适宜的条件下，一般每1/4～1/2h可以分裂繁殖一次，一昼夜的繁殖数量惊人。微生物对环境的污染作用非常大，极大的影响空气品质。
现代地铁运行的各种设备和密集复杂的人流，高速行驶的地铁列车引起的活塞风，大量采用的新型建筑材料、装修材料、绝缘保温材料及粘接剂等，使得空气中出现了多种前所未有的挥发性化学污染物、微生物以及颗粒物。地铁一般位于城市中心城区，其通风系统与地面交通主干线相连，汽车尾气等造成的大气污染也会随新风进入地铁中。以上种种，说明地铁环境存在着重大的公共安全隐患，需要我们寻求可行的方法，采取可靠的措施，控制地铁空气环境，保障公众安全。本文将从地铁系统空气有害物产生及传播机理分析入手，针对其使用特点，结合现有的有害物处理技术手段，确定目前可行的技术措施。1．地铁系统的特点及微生物污染 1.1地铁空调通风系统的特点
地铁空调通风系统按运行方式基本上可分为三种制式：（1）开式系统——车站两端设置活塞风井，应用机械通风和列车运行“活塞效应”的方法使地铁内部与外界空气交换；（2）闭式系统——地铁车站内空气与大气不相连通，即地铁车站内所有与室外连通的活塞风井及风阀均处于关闭状态，仅通过通风和空调系统向车站内提供所需最小量的新鲜空气，利用列车的活塞效应将车站内的空气携带进入区间隧道，以保证隧道的温度处于正常状态；（3）屏蔽门系统——在车站站台边缘安装可滑动的屏蔽门，使站台和隧道分开，以隔断隧道的热量与车站的空调冷气之间的热交换。
地铁通风空调系统的构成一般主要包括隧道通风系统、排热系统、车站公共区通风空调系统、空调水系统、车站设备及管理用房通风空调系统等空调和通风系统。其中服务于公共区域的空调设备有车站公共区通风空调系统的组合空调机组、新风机组、冷水机组、冷却塔、水泵等空调制冷设备。
1.2地铁环境的微生物污染
由于地下车站和区间隧道是一个大型狭长与外界联系面较小的地下空间，其巨大的客流量、高速的列车和各种机电设备的运行，都会产生很大的热量，使得地铁内温度和湿度非常适宜一些微生物的生长繁殖，如细菌、病毒、霉菌、变形虫等在过滤器、冷却盘管、滴水盘、风道等空调设备和地下隧道的潮湿表面大量生长繁殖，产生大量毒素、气味等代谢物，并通过空调通风系统快速大面积传播。列车运行产生的活塞效应，则进一步加剧了微生物污染的蔓延和传播。
地铁环境中的微生物包括能够引起过敏和产生毒素的真菌、细菌和致病的病毒。有些真菌和细菌会产生VOC（挥发性有机化合物），这将都会导致不良的室内空气品质。利用空气传播的微生物和在物体表面生长的微生物，既使数量很少也有可能引发各种人类健康问题。通过空气传播的微生物在建筑物中会维持生长，这是因为地铁内部通常保持一定的温度和湿度，这将有助于微生物传播到新的宿主，微生物通过空调通风系统甚至会传播至远距离处的宿主。2.地铁内的微生物产生、传播原理及其危害性 2.1地铁内空气污染传播原理
地铁环境本身为带尘带菌的环境，空调系统本身就是一个主要污染源，空调系统运营期间，系统内部不可避免的存在着积水、积灰等问题，由于新风和回风带进中央空调里大量的细菌病毒，这些微生物被截留在过滤器和冷却盘管、滴水盘、风道、送风口等的潮湿表面上，水分和灰尘为细菌的滋生、繁殖提供了有利的条件，从而造成细菌、霉菌等微生物在空调系统内的湿表面等位置定植、生长和繁殖，后又随送风进入地下空间，并通过空调系统快速大面积传播和扩散，形成恶性循环，空调通风系统成了主要污染源和传播扩散污染物的工具。特别是在像流感、SARS等传染病暴发期间，病菌很容易通过通风空调系统大量繁殖和快速大面积传播。
资料表明，空气中的微生物污染物主要有：病原微生物（如：细菌、霉菌、尘螨等）、二氧化碳、一氧化碳、挥发性有机化合物（如：甲醛、苯、二甲苯等）、氡、石棉、可吸入粉尘、烟气等。一些污染物，如细菌、一氧化碳、氡、石棉等直接影响人员的健康，甲醛、粉尘、烟气等会导致人体极不舒适，甚至厌恶。有些污染物的浓度虽然没有超过权威机构制定的上限值，但人仍可以感受到这种低浓度污染。微生物污染侵入人体可以通过呼吸道、皮肤、消化道三种途径吸收，其危害性一般是低浓度的长期效应，以及多因素协同综合作用。2.2地铁环境微生物污染的危害性世界卫生组织在经过研究后得出结论：生物悬浮（微生物及其代谢产物、细胞裂片和毒素）是大多数室内空气品质不良的成因。EPA（美国环保署）研究表明，室内空气的污染程度要比室外空气严重2～5倍，在特殊情况下可达到100倍。因此，室内空气质量是人类健康的关键。EPA已将室内空气污染归为危害公共健康的5类环境因素之一，美国国家科学院估计美国每年因室内空气污染造成的医疗费用约为150亿至1000亿美元。
在人流密集、人员构成复杂、空间狭小、密闭性高的地铁系统内，空调通风系统的空气污染影响乘客、沿线居民，特别是地铁工作人员的身心健康，在流行病爆发期做为污染源之一将会产生严重的后果。
微生物污染源同时也增加了设备的维修、运行的问题和室内物品、建筑物的损害，往往造成巨大的隐性的经济损失。例如： 1995年东京地铁遭受的“沙林”毒气袭击事件；2003年SARS的肆虐；美国炭疽热恐怖事件；2005年底美国希尔顿酒店，因室内霉菌污染，导致客人呼吸不适等，赔偿了180万美元等等。
3.地铁通风空调系统的安全与卫生现状及有关要求
随着我国的经济建设不断发展，中心城市人口越来越密集，地铁建设和运营项目越来越多，地铁是人流密度较大的场所之一，近年来SARS、禽流感等病原体微生物对人类的侵害，如何应对地铁环境的空气安全隐患已迫在眉睫。我国目前的地铁建筑安全措施主要着眼于抵御地震灾害、气象灾害、火灾等，并未考虑防止有害气体的扩散和微生物传播等措施，这些薄弱环节对于军团菌、SARS这样的非主动性的生物、化学攻击尚且显得难以抵御，对于恐怖袭击则更难于应对。目前，地铁等公共建筑环境的卫生安全问题已引起国家有关部门的高度重视。
卫生部于2006年初发布《公共场所集中空调通风系统卫生管理办法》、《公共场所集中空调通风系统卫生规范》、《公共场所集中空调通风系统卫生学评价规范》、《公共场所集中空调通风系统清洗规范》等规范和标准，对地铁等公共场所集中空调通风系统提出明确的卫生规范和卫生标准要求；几个办法和规范的提出，为地铁等公共建筑环境的卫生安全提供了政策支持和监管的执法依据。
无论地铁空调通风系统是开式系统、闭式系统还是屏蔽门系统，通风空调方式都是通过表冷器或组合式空调箱向地铁公共区内送入冷风，难以避免各类微生物通过空调风系统、水系统污染地铁公共区的空气环境和空气质量，因此，在地铁内需要采取必要的消毒、净化措施，严格执行卫生规范和卫生标准，确保地铁通风空调系统的安全与卫生。4.几种消毒净化技术分析及存在问题
空调通风系统内消毒净化措施的主要目标是杀灭空调系统内的细菌、霉菌等微生物，消除微生物污染，保障地铁内的空气品质。当前，国内外通用的空气消毒方法主要有静电吸附、紫外线消毒、臭氧消毒、喷洒消毒剂、层流洁净通风、等离子洁净等。
静电吸附过滤净化消毒是采用“静电吸附过滤器”，在组合空调机组和风管内设置静电吸附过滤装置，利用高压直流电产生的静电将尘粒、细菌和霉菌吸附在过滤装置中，但静电吸附过滤器无杀灭细菌、霉菌的手段。紫外消毒净化是采用“复合过滤器＋紫外消毒灯”，在组合空调机组和风管内设置紫外消毒装置，使用紫外线杀菌消毒，设置复合过滤器除尘。对进入地铁空调通风系统的细菌、霉菌，紫外消毒净化系统有良好和稳定的杀灭效果。但使用紫外线直接照射和臭氧消毒等技术不适合在有人在条件下消毒。
喷洒消毒剂的消毒效果不能持续并容易造成二次污染。层流洁净技术除菌效果好，但其造价及运行成本昂贵，无法普及。等离子技术技术消杀效果不成熟，除菌效果有待验证。5.改善空气品质的解决方案
在引进、吸收成熟的空气净化技术的基础上，针对地铁公共区等集中空调的卫生污染问题，开发实用、有效的净化消毒技术和产品，在不影响原空调通风系统运行的情况下，增设动态模式的净化设备，有效控制集中空调的卫生污染问题（包括污染源，动态循环气流），降低细菌、挥发性有害物质浓度，提高空气质量，创造洁净空间。其中，现代紫外C动态杀菌技术、炭吸附技术和光触媒净化技术均是可行的改善空气品质的方案。
现代紫外C动态杀菌技术采用UVC紫外光管，控制集中空调内部积尘，潮湿微环境所造成的微生物污染；可以对循环气流持续消毒；长期保持空调换热盘管的清洁，提高热交换效率，可以降低空调通风设备的运行能耗。
炭吸附技术应用网格状活性炭吸附滤网，采用中国疾病预防控制中心（CDC）推荐的最新化学吸附技术，颗粒活性炭团含冷触媒介质，对室内化学挥发性物质（VOC）具有良好的催化转化作用。
采用净化消毒新技术，可以改善封闭室内空气品质（IAQ），减少因长期使用的集中空调内部积聚的霉菌，空气致病菌引起的慢性空调疾病。室内甲醛浓度(HCHO)≤ 0.1 mg/m3，空调送风细菌浓度 ≤500 cfu/m3。
光触媒消毒净化是采用“中效过滤器＋光触媒空气净化器”，内置紫外灯提供光源，利用其强氧化性杀菌消毒；在组合空调机组和风管内设置搭载二氧化钛（TiO2）催化剂的反应器，二氧化钛光触媒在特定波长的光作用下，产生的电子和空穴与水和氧反应，产生氢氧根自由基和超级阴氧离子，从而赋予光触媒表面很强的氧化能力，能将构成有机分子的化学键切断或分解。同时，设置中效过滤器除尘。
光触媒消毒净化设备可模块化组装，设置于组合空调机组、新风机组内及送风管上。总之，通过在地铁公共区通风空调系统的组合空调机组等设备设置消毒净化系统，可以防止微生物在设备表面繁殖生长，保证空调系统的清洁运行；可以瞬间消毒、杀灭空气中的微生物，使得进入室内的空气达到标准；同时可以消除微生物产生的气味、毒素等，提供健康洁净的空气；可以提高公共区的空气品质，改善地铁公共交通的候车、乘车环境，提高舒适度和卫生标准。
因此，今后我们应加强对地铁空气环境中微生物的研究，开发安全可靠的高效净化消毒设施，提高地铁环境安全，改善地铁空气品质，提高轨道交通的服务水平，取得良好的社会效益。同时，我们还应完善系统设计，以应对地铁中突发的空气环境污染事件。
杨智华 男 1971年7月 高工 天津市河北区岷江路10号
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