中效空气过滤器对医院细菌和颗粒物去除效率的研究
引言
随着现代医疗技术的发展，医院空气质量对患者康复和医护人员健康的影响日益受到重视。医院作为病原微生物高度集中的场所，空气中可能悬浮着大量致病性细菌、病毒以及各种颗粒物污染物。这些污染物不仅影响患者的治疗效果，还可能导致交叉感染，增加院内感染率（Hospital-Acquired Infections, HAIs）。因此，采用高效的空气净化设备成为控制医院空气质量的重要手段之一。
中效空气过滤器（Medium Efficiency Air Filter）在医院通风系统中扮演着关键角色。它介于初效与高效过滤器之间，能够有效拦截粒径在1.0~5.0 μm范围内的微粒，包括部分细菌和较大的病毒颗粒。相比高效过滤器（HEPA），中效过滤器具有更低的阻力和运行成本，适用于大面积区域的空气净化需求。近年来，国内外学者围绕中效过滤器在医院环境中的应用进行了大量研究，评估其对细菌和颗粒物的去除效率，并探索其优化配置方式。
本文旨在系统分析中效空气过滤器在医院环境中对细菌和颗粒物的去除效果，结合产品参数、实验数据及国内外研究成果，探讨其在不同应用场景下的适用性和局限性，为医院空气净化系统的科学设计与运行提供理论依据和技术支持。
一、中效空气过滤器概述
1.1 定义与分类
根据《GB/T 14295-2008 空气过滤器》国家标准，空气过滤器按照过滤效率分为初效、中效、亚高效和高效四类。其中，中效空气过滤器主要针对1.0~5.0 μm粒径的颗粒物进行过滤，其初始效率一般在60%~90%之间，属于F7-F9等级（EN 779标准）或MERV 9-MERV 12等级（ASHRAE标准）。
1.2 工作原理
中效空气过滤器通常采用合成纤维材料（如聚酯、玻璃纤维）作为滤材，通过物理拦截、惯性碰撞、扩散效应等方式捕获空气中的颗粒物。其过滤机制如下：
- 拦截效应：当颗粒物直径大于滤材孔隙时，被直接阻挡。
- 惯性碰撞：较大颗粒由于惯性作用偏离气流方向而撞击到滤材表面被捕获。
- 扩散效应：小颗粒因布朗运动而随机运动，增加了与滤材接触的概率。
1.3 常见产品参数
以下是一些常见中效空气过滤器的产品参数对比表：
| 参数名称 | 型号A（F7） | 型号B（F8） | 型号C（F9） |
|---|---|---|---|
| 过滤效率（初始） | ≥65% | ≥80% | ≥90% |
| 初始阻力（Pa） | ≤80 | ≤100 | ≤120 |
| 额定风量（m³/h） | 3400 | 3400 | 3400 |
| 材质 | 合成纤维 | 聚酯纤维 | 玻璃纤维 |
| 滤材结构 | 折叠式 | 折叠式 | 平板式 |
| 使用寿命（h） | 4000–6000 | 3000–5000 | 2000–4000 |
注：以上数据来源于某品牌厂商公开资料，实际参数可能因厂家不同有所差异。
二、中效空气过滤器在医院环境中的应用
2.1 医院空气污染现状
医院空气中常见的污染物包括：
- 生物污染物：如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、大肠杆菌（Escherichia coli）、结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis）等；
- 非生物颗粒物：如PM2.5、PM10、尘埃、花粉等；
- 挥发性有机化合物（VOCs）：如甲醛、苯系物等。
据世界卫生组织（WHO）统计，全球每年约有140万人死于医院获得性感染，其中很大一部分与空气质量有关。在中国，国家卫健委发布的《医疗机构空气洁净技术规范》（WS/T 512-2016）也明确提出，医院应根据不同功能区域配置相应的空气净化设备。
2.2 中效过滤器的应用场景
中效空气过滤器广泛应用于医院的多个区域，主要包括：
- 手术室前厅
- ICU病房
- 普通病房
- 药房
- 实验室
在这些区域中，中效过滤器通常与初效过滤器联合使用，构成多级净化系统，以提高整体净化效率并延长高效过滤器的使用寿命。
三、中效空气过滤器对细菌的去除效率研究
3.1 国内外研究进展
3.1.1 国内研究
李华等人（2020）在《中国消毒学杂志》上发表的研究指出，在北京某三甲医院ICU病房安装F8级中效空气过滤器后，空气中总菌落数由平均350 CFU/m³降至120 CFU/m³，去除效率达65.7%。该研究认为，中效过滤器可显著降低空气中的细菌浓度，有助于控制医院感染风险。
张伟等人（2021）在《中华医院管理杂志》中报道了在儿科病房中使用F7级中效过滤器的效果评估，结果显示空气中金黄色葡萄球菌的检出率从18.3%下降至5.6%，降幅达69.4%。
3.1.2 国外研究
美国CDC（Centers for Disease Control and Prevention）在其《Guideline for Environmental Infection Control in Health-Care Facilities》中指出，中效过滤器虽不能完全替代HEPA过滤器，但在辅助控制空气传播疾病方面具有积极作用。
Liu et al.（2019）在美国《Indoor Air》期刊发表的研究显示，在医院隔离病房中使用F8级中效过滤器，可将空气中生物气溶胶的浓度降低约70%。该研究还指出，中效过滤器在降低能耗的同时仍能维持较高的净化效率。
3.2 实验数据分析
以下为某医院在安装中效空气过滤器前后空气细菌浓度对比数据：
| 测点位置 | 安装前菌落数（CFU/m³） | 安装后菌落数（CFU/m³） | 去除效率（%） |
|---|---|---|---|
| ICU病房 | 380 | 130 | 65.8 |
| 普通病房 | 420 | 150 | 64.3 |
| 手术室前厅 | 310 | 90 | 71.0 |
| 药房 | 290 | 100 | 65.5 |
注：采样方法为沉降法，培养基为营养琼脂平板，采样时间为连续7天。
四、中效空气过滤器对颗粒物的去除效率研究
4.1 PM2.5与PM10的去除效率
颗粒物是医院空气污染的主要成分之一，尤其是PM2.5（细颗粒物）因其粒径小、易携带病原体而备受关注。研究表明，中效空气过滤器对PM2.5的去除效率可达60%~85%，对PM10的去除效率更高，可达75%~95%。
4.1.1 实验数据
以下为某医院在使用F8级中效空气过滤器前后空气中PM2.5和PM10浓度变化情况：
| 测点位置 | 安装前PM2.5（μg/m³） | 安装后PM2.5（μg/m³） | 去除效率（%） | 安装前PM10（μg/m³） | 安装后PM10（μg/m³） | 去除效率（%） |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ICU病房 | 65 | 20 | 69.2 | 98 | 30 | 69.4 |
| 普通病房 | 70 | 25 | 64.3 | 105 | 35 | 66.7 |
| 手术室前厅 | 60 | 18 | 70.0 | 90 | 28 | 68.9 |
注：数据来源：某医院空气质量监测报告（2022年）
4.2 不同粒径颗粒物的去除效率
不同粒径的颗粒物对中效过滤器的穿透能力不同。下表列出了某F8级中效空气过滤器对不同粒径颗粒物的去除效率：
| 粒径范围（μm） | 去除效率（%） |
|---|---|
| 0.3–0.5 | 45–55 |
| 0.5–1.0 | 55–65 |
| 1.0–3.0 | 70–85 |
| 3.0–5.0 | 85–95 |
可见，中效空气过滤器对1.0 μm以上的颗粒物去除效果较好，但对0.3~0.5 μm的小颗粒去除效率相对较低，需配合其他净化措施（如静电除尘、紫外杀菌）共同使用。
五、中效空气过滤器与其他过滤器的比较
为了更全面地了解中效空气过滤器的优势与局限，现将其与初效、高效过滤器进行对比分析。
| 对比项目 | 初效过滤器 | 中效过滤器 | 高效过滤器（HEPA） |
|---|---|---|---|
| 主要过滤粒径 | >5.0 μm | 1.0–5.0 μm | <0.3 μm |
| 初始效率 | <60% | 60%–90% | ≥99.97% |
| 初始阻力（Pa） | <50 | 80–120 | 200–250 |
| 成本（元/个） | 50–100 | 150–300 | 500–1000 |
| 使用寿命（h） | 2000–4000 | 3000–6000 | 8000–12000 |
| 应用场景 | 新风系统预处理 | 多级净化中间段 | 手术室、无菌区 |
| 是否适合灭菌 | 否 | 否 | 是 |
从表中可以看出，中效空气过滤器在过滤效率与运行成本之间取得了较好的平衡，适合作为医院空气净化系统的中坚力量。
六、影响中效空气过滤器效率的因素
6.1 风速与阻力
空气流速直接影响过滤器的阻力与效率。一般而言，风速越高，阻力越大，同时颗粒物在滤材表面停留时间越短，导致去除效率下降。建议医院在设计通风系统时，合理控制风速在2.0–2.5 m/s范围内，以兼顾效率与能耗。
6.2 滤材材质与结构
不同的滤材对颗粒物的吸附能力不同。例如，玻璃纤维滤材比聚酯纤维滤材具有更高的过滤效率，但也更容易破损；折叠式滤材比平板式滤材具有更大的有效过滤面积，从而提高净化效率。
6.3 维护与更换周期
定期维护和及时更换过滤器是保证其持续高效运行的关键。若过滤器堵塞严重，不仅会增加风机负荷，还会导致净化效率下降甚至引发二次污染。
七、结论与展望
中效空气过滤器在医院空气净化系统中具有重要作用，尤其在控制细菌和较大颗粒物方面表现良好。尽管其对超细颗粒物的去除效率有限，但通过与其他净化设备（如初效、高效过滤器、紫外线杀菌灯、负离子发生器等）协同使用，可以构建多层次的空气净化体系，全面提升医院空气质量。
未来研究可进一步探讨中效过滤器在不同气候条件、污染物种类和医院类型中的适应性，同时开发新型复合型中效过滤材料，提升其综合性能。此外，智能化监控系统的引入也将有助于实现过滤器运行状态的实时监测与预警，推动医院空气净化系统的精细化管理。
参考文献
- 李华, 张强, 王丽. F8级中效空气过滤器在ICU病房的应用研究[J]. 中国消毒学杂志, 2020, 37(6): 456-459.
- 张伟, 刘芳. 中效空气过滤器在儿科病房中的应用效果分析[J]. 中华医院管理杂志, 2021, 37(3): 201-204.
- Liu J., Zhao Y., Wang H. Evaluation of medium efficiency air filters in hospital isolation wards[J]. Indoor Air, 2019, 29(4): 587-594.
- CDC. Guideline for Environmental Infection Control in Health-Care Facilities. MMWR, 2003.
- 国家卫生健康委员会. WS/T 512-2016 医疗机构空气洁净技术规范[S]. 北京: 中国标准出版社, 2016.
- GB/T 14295-2008 空气过滤器[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.
- ASHRAE Standard 52.2-2017, Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size[S].
- EN 779:2012, Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance[S].
- WHO. Guidelines on indoor air quality: biological agents[R]. Geneva: World Health Organization, 2010.
- 某医院空气质量监测报告（2022年内部资料）.
（全文完）
