隔离式生物洁净室的排风安全性

一、零泄漏排风要求
隔离式生物洁净室的排风中可能含有危险的致病微生物，不仅需要高效过滤器（甚至是两道）的阻隔，而且整个排风装置不能泄露。
由于排（回）风过滤器出风面在墙内，很难检漏、堵漏，一种原理上就不会漏的排风装置实为必要。
有人研发了动态气流密封负压高效排风装置即属上述的那种装置。该装置的高效过滤器在现场安装时必须在现场检测装置上先检漏，证明无漏后再安装。主要的漏泄处—边框密封面由于采用了动态气流密封技术而不会漏。
下图是该排风装置安装于室内的情况（动态气流也可来自独立动力源，但不安全）  
     

该装置中高效过滤器四周为正压腔，由软管与送风管相连。实验证明只要正压腔内有1Pa正压，室内侧的气溶胶就不会被经过漏缝抽向排风口。实际工作中可要求正压腔有10Pa正压，在装置上的表中显示出来。
该装置适用于无在线检漏要求的场合，如负压隔离病房。
二、在线扫描检漏排风要求
三级特别是四级生物安全实验室的排风装置有在线检漏的要求。
一般的在线检漏装置具有以下特点：
1、手动检漏。检漏时需通过塑料袋手套密封的导孔，将手伸入箱内，控制检测架和采样头的移动。
2、自动检漏。复杂的运动机构安在箱内，易被污染，不便检修。
3、扫描途径不重复。
4、线扫描而非点扫描。
5、装置庞大，有的只能安在技术夹层内。
6、可原位消毒。
7、可测过滤器前后压差。
完备的在线检漏装置应具有以下特点：
1、即可自动检漏也可手动捡漏。
2、不是定点检漏，不是线扫描检漏，而是点扫描检漏。
3、扫描途径重叠。
4、机械运动机构在装置外。
5、装置与实验室监控系统集成，实现在线集成控制。
6、可原位消毒、
7、可在装置上显示过滤器前后压差。
三、排风安全距离要求
虽然对排风有零泄漏和在线泄露的高要求，但是对某些特殊场合还必须对排风口至附近公共建筑有一定的安全距离的要求。因为也不排除偶然因素使过滤器产生漏孔。为了作排风安全距离的安全评估，首先必须知道安全的界限和危险的界限，并应尽量取最不利的条件。
到底排风中微生物浓度不超过多少才算安全？到底人所在环境微生物气溶胶浓度达到多少才算危险？这对不同的微生物当然不一样，但也可以找到一个参照标准。
以比美国标准严格一些的日本标准为准，适用BSL-3及其以下生物安全实验室的Ⅰ、Ⅱ级安全柜，如下：  

 

由上表可以看出：
（1）认为室内人工作附近安全的空气菌浓为5*1000/28.3*10=17.7个m³。这也可看成环境的安全浓度。
（2）柜内模拟事故菌浓为10⁸～10*10⁸/（柜容积0.5m³）=（2-20）*10⁸/m³。
（3）为了做安全性实验，喷菌量达到10⁸数量级，实际操作中的气溶胶发生量不会达到这么高。因为不是全喷方法而是操作中的溅射。不妨可认为，这就是通常可遇到的最大的菌液浓度，即10⁸～10*10⁸/2.5mL=（0.4～4）*10⁸个/mL。
（4）室内微生物气溶胶总量≥5*10⁶个被认为进入高度污染界限，用来实验柜内样本是否会受到污染。
其次，应知道各种操作的气溶胶发生量，这当然很困难。下表为根据美国研究所关于各种实验操作时微生物的飞散系数资料的部分摘要。

用公式表示为：β*微生物平均浓度（个/mL）=飞散的微生物气溶胶数（个）
从上表可以看出，最大的β是由吸管混合产生的，为1*10^-4.。若采用上问所述的（0.4～4）*10⁸个/mL为最大菌液浓度，则当处理不同容量菌液时，最多产生微生物气溶胶量如下：处理1mL：（0.4～4）*10⁴个；10mL：（0.4～4）*10⁵个；50mL：（2～20）*10⁵个；100mL：（0.4～4）*10⁶个。
设该不当操作是发生在排风口处，并且认为集中在1m³的空间内。设室内安一台安全柜，实验室排风量一般为1300m³/h，而操作不当时一般送风不会停，所以排风量也不会变化。漏泄物经过较长的排风管和较大的排风量的混合，至出口时，可认为已趋于均匀。设过滤器突然间出现漏孔而且漏孔达到10个之多，孔径1mm，则10个Φ1的漏孔在400Pa压差下，漏泄量约为0.36m³/h。则处理100ml时排风口浓度为：
 

如果排风口能像烟囱一样垂直上排稀释，则对周围环境的安全距离可以较小，但由于排风口和烟囱不同，应有风帽，这就影响了气流扩散，反而使气流可能向下弥散，因此下面按常用的水平侧排风口来计算分析，则更安全。见下图。
   

这种排风气体自孔口向周围气体喷出所形成的流动，属于气体淹没射流，简称气体射流。由于排风所在的室外环境，完quan符合无限空间射流的原则，所以可应用射流理论。
   

假定为最不利的无风状态，应用圆管射流（非圆管时采用当量直径），按上图的射流原理，根据浓差射流公式，轴心浓差用以下公式表达：

   

式中，ΔX_m为轴心浓度与环境浓度之差；ΔX₀为出口浓度与环境浓度之差，由于环境浓度可为0，所以ΔX_m/ΔX₀可代表S断面处浓度与出口断面处浓度的比值。
从上面计算可知，最大的排风口浓度为处理100mL菌液时的0.01*10⁵个/m³，要达到环境安全标准17.7个/m³，则应取ΔX=17.7个m³，ΔX₀=0.01*10⁵个/m³。
对于弯头喷口d₀，取风口紊流系数а=0.2。故有
   
 

其中，Q为排风量（m³/h）；为ν₀为排风速度（m/s），考虑出口噪声问题，不宜大于8m/s，所以d₀不宜大于0.28m。
若取Q=1300m³/h（相当于一间15m²实验室1台安全柜的情况）
ν₀=6m/s，得S=27.1m
当处理50mL时，S=13.6m
射流轴心速度可以采用到0.25m/s，再小扩散作用就很小了。由下式：
   
 

可见20m的结果均在可应用范围。
如果有顺风风速，只会加大扩散和安全成分，从安全计，不考虑顺风风速的影响，只按无风条件计算射程。在给出上述结果后指出，以上安全距离是最小值，没有考虑心理因素距离和安全系数。
在《生物安全实验室建筑技术规范》（GB 50346-2011）中，规定有生物安全柜的生物安全实验室的排风口和公共建筑之间的距离不小于20m。