隔離式生物潔凈室的排風安全性

一、零泄漏排風要求
隔離式生物潔凈室的排風中可能含有危險的致病微生物，不僅需要高效過濾器（甚至是兩道）的阻隔，而且整個排風裝置不能泄露。
由于排（回）風過濾器出風面在墻內，很難檢漏、堵漏，一種原理上就不會漏的排風裝置實為必要。
有人研發了動態氣流密封負壓高效排風裝置即屬上述的那種裝置。該裝置的高效過濾器在現場安裝時必須在現場檢測裝置上先檢漏，證明無漏后再安裝。主要的漏泄處—邊框密封面由于采用了動態氣流密封技術而不會漏。
下圖是該排風裝置安裝于室內的情況（動態氣流也可來自獨立動力源，但不安全）  
     

該裝置中高效過濾器四周為正壓腔，由軟管與送風管相連。實驗證明只要正壓腔內有1Pa正壓，室內側的氣溶膠就不會被經過漏縫抽向排風口。實際工作中可要求正壓腔有10Pa正壓，在裝置上的表中顯示出來。
該裝置適用于無在線檢漏要求的場合，如負壓隔離病房。
二、在線掃描檢漏排風要求
三級特別是四級生物安全實驗室的排風裝置有在線檢漏的要求。
一般的在線檢漏裝置具有以下特點：
1、手動檢漏。檢漏時需通過塑料袋手套密封的導孔，將手伸入箱內，控制檢測架和采樣頭的移動。
2、自動檢漏。復雜的運動機構安在箱內，易被污染，不便檢修。
3、掃描途徑不重復。
4、線掃描而非點掃描。
5、裝置龐大，有的只能安在技術夾層內。
6、可原位消毒。
7、可測過濾器前后壓差。
完備的在線檢漏裝置應具有以下特點：
1、即可自動檢漏也可手動撿漏。
2、不是定點檢漏，不是線掃描檢漏，而是點掃描檢漏。
3、掃描途徑重疊。
4、機械運動機構在裝置外。
5、裝置與實驗室監控系統集成，實現在線集成控制。
6、可原位消毒、
7、可在裝置上顯示過濾器前后壓差。
三、排風安全距離要求
雖然對排風有零泄漏和在線泄露的高要求，但是對某些特殊場合還必須對排風口至附近公共建筑有一定的安全距離的要求。因為也不排除偶然因素使過濾器產生漏孔。為了作排風安全距離的安全評估，首先必須知道安全的界限和危險的界限，并應盡量取最不利的條件。
到底排風中微生物濃度不超過多少才算安全？到底人所在環境微生物氣溶膠濃度達到多少才算危險？這對不同的微生物當然不一樣，但也可以找到一個參照標準。
以比美國標準嚴格一些的日本標準為準，適用BSL-3及其以下生物安全實驗室的Ⅰ、Ⅱ級安全柜，如下：  

 

由上表可以看出：
（1）認為室內人工作附近安全的空氣菌濃為5*1000/28.3*10=17.7個m³。這也可看成環境的安全濃度。
（2）柜內模擬事故菌濃為10⁸～10*10⁸/（柜容積0.5m³）=（2-20）*10⁸/m³。
（3）為了做安全性實驗，噴菌量達到10⁸數量級，實際操作中的氣溶膠發生量不會達到這么高。因為不是全噴方法而是操作中的濺射。不妨可認為，這就是通常可遇到的最大的菌液濃度，即10⁸～10*10⁸/2.5mL=（0.4～4）*10⁸個/mL。
（4）室內微生物氣溶膠總量≥5*10⁶個被認為進入高度污染界限，用來實驗柜內樣本是否會受到污染。
其次，應知道各種操作的氣溶膠發生量，這當然很困難。下表為根據美國研究所關于各種實驗操作時微生物的飛散系數資料的部分摘要。

用公式表示為：β*微生物平均濃度（個/mL）=飛散的微生物氣溶膠數（個）
從上表可以看出，最大的β是由吸管混合產生的，為1*10^-4.。若采用上問所述的（0.4～4）*10⁸個/mL為最大菌液濃度，則當處理不同容量菌液時，最多產生微生物氣溶膠量如下：處理1mL：（0.4～4）*10⁴個；10mL：（0.4～4）*10⁵個；50mL：（2～20）*10⁵個；100mL：（0.4～4）*10⁶個。
設該不當操作是發生在排風口處，并且認為集中在1m³的空間內。設室內安一臺安全柜，實驗室排風量一般為1300m³/h，而操作不當時一般送風不會停，所以排風量也不會變化。漏泄物經過較長的排風管和較大的排風量的混合，至出口時，可認為已趨于均勻。設過濾器突然間出現漏孔而且漏孔達到10個之多，孔徑1mm，則10個Φ1的漏孔在400Pa壓差下，漏泄量約為0.36m³/h。則處理100ml時排風口濃度為：
 

如果排風口能像煙囪一樣垂直上排稀釋，則對周圍環境的安全距離可以較小，但由于排風口和煙囪不同，應有風帽，這就影響了氣流擴散，反而使氣流可能向下彌散，因此下面按常用的水平側排風口來計算分析，則更安全。見下圖。
   

這種排風氣體自孔口向周圍氣體噴出所形成的流動，屬于氣體淹沒射流，簡稱氣體射流。由于排風所在的室外環境，完quan符合無限空間射流的原則，所以可應用射流理論。
   

假定為最不利的無風狀態，應用圓管射流（非圓管時采用當量直徑），按上圖的射流原理，根據濃差射流公式，軸心濃差用以下公式表達：

   

式中，ΔX_m為軸心濃度與環境濃度之差；ΔX₀為出口濃度與環境濃度之差，由于環境濃度可為0，所以ΔX_m/ΔX₀可代表S斷面處濃度與出口斷面處濃度的比值。
從上面計算可知，最大的排風口濃度為處理100mL菌液時的0.01*10⁵個/m³，要達到環境安全標準17.7個/m³，則應取ΔX=17.7個m³，ΔX₀=0.01*10⁵個/m³。
對于彎頭噴口d₀，取風口紊流系數а=0.2。故有
   
 

其中，Q為排風量（m³/h）；為ν₀為排風速度（m/s），考慮出口噪聲問題，不宜大于8m/s，所以d₀不宜大于0.28m。
若取Q=1300m³/h（相當于一間15m²實驗室1臺安全柜的情況）
ν₀=6m/s，得S=27.1m
當處理50mL時，S=13.6m
射流軸心速度可以采用到0.25m/s，再小擴散作用就很小了。由下式：
   
 

可見20m的結果均在可應用范圍。
如果有順風風速，只會加大擴散和安全成分，從安全計，不考慮順風風速的影響，只按無風條件計算射程。在給出上述結果后指出，以上安全距離是最小值，沒有考慮心理因素距離和安全系數。
在《生物安全實驗室建筑技術規范》（GB 50346-2011）中，規定有生物安全柜的生物安全實驗室的排風口和公共建筑之間的距離不小于20m。