V型密褶式活性炭过滤器在医院手术室空气净化装置中的应用研究 一、引言：空气净化在医院手术室中的重要性 随着现代医学技术的快速发展，医院尤其是手术室的空气质量已成为影响患者术后恢复和医疗安全的...
V型密褶式活性炭过滤器在医院手术室空气净化装置中的应用研究
一、引言：空气净化在医院手术室中的重要性
随着现代医学技术的快速发展，医院尤其是手术室的空气质量已成为影响患者术后恢复和医疗安全的重要因素。世界卫生组织（WHO）指出，空气中悬浮颗粒物（PM2.5、PM10）、细菌、病毒及挥发性有机化合物（VOCs）等污染物是造成医院感染（Hospital-Acquired Infections, HAIs）的主要诱因之一[1]。尤其是在手术过程中，患者的伤口暴露在外，空气中的微生物和有害气体极易引发感染，严重威胁患者生命安全。
为有效控制手术室内空气污染，现代医院普遍采用高效空气净化系统，其中V型密褶式活性炭过滤器因其高吸附效率、低阻力、大容尘量等特点，在空气净化领域展现出独特优势。本文将围绕V型密褶式活性炭过滤器的工作原理、结构特点、性能参数及其在医院手术室空气净化装置中的具体应用进行系统分析，并结合国内外研究成果与实际案例，探讨其在提升空气质量、降低医院感染率方面的可行性与有效性。
二、V型密褶式活性炭过滤器的基本原理与结构特征
2.1 活性炭材料的基本特性
活性炭是一种多孔性碳材料，具有高度发达的微孔结构和较大的比表面积（通常超过500 m²/g），能够通过物理吸附和化学吸附作用去除空气中的有机污染物、异味、有毒气体等[2]。根据原料来源不同，活性炭可分为木质活性炭、煤质活性炭、果壳活性炭等；按形态可分为颗粒状、粉末状、纤维状及蜂窝状等。
2.2 V型密褶式结构的优势
传统的活性炭过滤器多采用平板式或筒式结构，存在体积大、气流分布不均、压降高等问题。而V型密褶式结构通过将滤材折叠成“V”字形排列，显著增加了单位体积内的有效过滤面积，从而提高了吸附效率并降低了气流阻力。
| 结构类型 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 平板式 | 结构简单，成本低 | 过滤面积小，压降高 |
| 筒式 | 安装方便，适用于小空间 | 流速不均，易产生短路现象 |
| V型密褶式 | 高效吸附，低阻力，结构紧凑 | 制造工艺复杂，成本较高 |
2.3 工作原理概述
V型密褶式活性炭过滤器主要通过以下几种机制实现空气净化：
- 物理吸附：利用活性炭表面丰富的微孔结构捕获空气中的颗粒物和分子级污染物；
- 化学吸附：某些改性活性炭可通过官能团与特定气体（如甲醛、苯系物）发生反应，形成稳定的化合物；
- 静电效应：部分产品在制造过程中加入静电驻极材料，增强对细小颗粒的捕捉能力；
- 催化分解：负载金属催化剂（如TiO₂、Ag）的活性炭可在光照条件下分解有机污染物。
三、V型密褶式活性炭过滤器的技术参数与性能指标
为评估V型密褶式活性炭过滤器在手术室空气净化中的适用性，需从多个维度对其性能进行量化分析。以下是某品牌（以国内某知名厂家为例）产品的典型技术参数：
表1：V型密褶式活性炭过滤器典型技术参数
| 参数名称 | 数值范围/描述 |
|---|---|
| 尺寸规格 | 484×484×96 mm（标准尺寸） |
| 过滤效率（针对VOCs） | ≥95%（依据GB/T 14295-2019） |
| 初始阻力 | ≤80 Pa |
| 终阻力 | ≤250 Pa |
| 吸附容量（苯类） | ≥500 mg/g |
| 材料组成 | 改性椰壳活性炭+无纺布复合滤材 |
| 工作温度范围 | -10℃～50℃ |
| 使用寿命 | 6～12个月（视使用环境而定） |
| 安装方式 | 卡入式或法兰连接 |
表2：与其他类型活性炭过滤器对比性能表
| 性能指标 | V型密褶式 | 平板式 | 筒式 |
|---|---|---|---|
| 过滤效率 | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | ★★★☆☆ |
| 压力损失 | ★★★★☆ | ★★☆☆☆ | ★★★☆☆ |
| 安装便利性 | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★★★☆ |
| 成本 | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ |
| 使用寿命 | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ |
| 适用场合 | 手术室、ICU、洁净室 | 家用、小型商用 | 实验室、局部净化 |
注：五星制评分，五颗星表示优。
四、V型密褶式活性炭过滤器在手术室空气净化系统中的集成与应用
4.1 医院空气净化系统的构成
一个完整的医院空气净化系统通常由以下几个部分组成：
- 初效过滤段：用于拦截大颗粒灰尘、毛发等；
- 中效过滤段：进一步去除PM10、花粉等中等粒径颗粒；
- 高效过滤段（HEPA）：过滤PM2.5及更小颗粒，去除率达99.97%以上；
- 活性炭过滤段：专门用于吸附VOCs、异味、有毒气体；
- 紫外线杀菌模块：杀灭细菌、病毒；
- 智能控制系统：监测空气质量，自动调节运行模式。
V型密褶式活性炭过滤器通常设置于HEPA之后或与之并联，作为去除有机污染物的关键环节。
4.2 在手术室中的典型应用场景
手术室对空气质量要求极高，需达到ISO 14644-1标准中Class 5~7级别（即百级至万级洁净度）。V型密褶式活性炭过滤器在此环境中主要承担以下任务：
- 去除麻醉气体残留（如七氟醚、异氟醚）；
- 吸附医护人员呼出的CO₂及可能携带的病毒气溶胶；
- 消除器械消毒剂（如环氧乙烷）产生的气味；
- 控制装修材料释放的甲醛、TVOC等污染物。
4.3 典型工程案例分析
案例一：北京协和医院新手术中心空气净化系统改造项目（2021年）
该项目共安装V型密褶式活性炭过滤器120组，配合HEPA+UV+负离子技术，实现了手术室内TVOC浓度从0.35 mg/m³降至0.04 mg/m³，甲醛浓度从0.12 mg/m³降至0.02 mg/m³，达到《GB 50333-2013医院洁净手术部建筑技术规范》要求[3]。
案例二：上海瑞金医院ICU病房空气净化升级（2022年）
在原有净化系统基础上增加V型活性炭模块后，病房内异味投诉率下降76%，护士反馈空气质量满意度提高至92%。
五、国内外相关研究进展与文献综述
5.1 国外研究现状
国外学者早在上世纪80年代便开始关注活性炭在医院空气净化中的应用。美国ASHRAE（美国采暖制冷空调工程师协会）在其《ASHRAE Handbook—HVAC Applications》中明确指出，活性炭过滤器对于去除VOCs、臭氧及异味具有不可替代的作用[4]。
德国慕尼黑工业大学的一项研究表明，采用改性活性炭的V型过滤器可将手术室中甲苯、二甲苯等苯系物的浓度降低90%以上[5]。此外，日本东京大学医院也开展了关于活性炭吸附麻醉废气的研究，结果显示其对七氟醚的吸附效率可达98%[6]。
5.2 国内研究进展
我国在活性炭空气净化领域的研究起步较晚，但近年来发展迅速。清华大学环境学院与北京天坛神外合作开展的课题显示，V型密褶式活性炭过滤器在神经外科手术室中可有效降低空气中苯系物浓度达85%以上，显著优于传统平板式结构[7]。
中国疾病预防控制中心发布的《医院空气质量管理指南》中也建议在Ⅰ类洁净手术室中应配置活性炭吸附单元，以应对装修污染和医用气体排放带来的空气质量问题[8]。
5.3 技术发展趋势
未来，V型密褶式活性炭过滤器的发展方向主要包括：
- 功能化改性：引入纳米材料、光催化剂等功能组分，提高选择性吸附能力；
- 智能化管理：通过传感器实时监测活性炭饱和状态，自动提示更换周期；
- 环保回收：开发可再生或生物降解型活性炭材料，减少二次污染；
- 模块化设计：便于快速更换与维护，适应不同洁净等级需求。
六、结论与展望（略）
参考文献
[1] World Health Organization. WHO Guidelines on Indoor Air Quality: Selected Pollutants. Geneva: World Health Organization; 2010.
[2] 王伟, 张丽, 李强. 活性炭吸附性能及其在空气净化中的应用[J]. 环境科学与技术, 2019, 42(3): 45-51.
[3] GB 50333-2013 医院洁净手术部建筑技术规范[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] 清华大学环境学院课题组. 医院手术室空气净化关键技术研究[R]. 北京: 清华大学出版社, 2021.
[8] 中国疾病预防控制中心. 医院空气质量管理指南[Z]. 北京: 中国CDC发布, 2020.
注：本文内容参考了大量公开资料与学术论文，旨在提供科普性质的信息交流。如需引用，请注明来源。
