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| 微波消毒 |
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中文名稱；微波消毒 原理；照射微波產生熱量 機理；熱效應、非熱效應、綜合效應 |
微波消毒，即通過照射微波產生熱量從而到達殺菌殺毒目的的消毒方式。微波在吸收介質中通過時被介質吸收而產生熱，水就是微波的強吸收介質之一，一般含水的物質對微波有明顯的吸收作用,升溫迅速,消毒效果好。[1]
目錄
消毒機理
微波是波長1-1000mm的電磁波,頻率在數百兆赫至 3000MHz之間.用於消毒的微波頻率一般為(2450±50)MHz與(915±25)MHz兩種。
微波在介質中通過時被介質吸收而產生熱,該類介質被稱為微波的吸收介質,如水就是微波的強吸收介質之一;而當微波能在介質中通過不易被介質吸收時，該類介質為微波的良導體，在這種介質中產生的熱效應很低.熱能的產生是通過物質分子以每秒幾十億次振動，摩擦而產生熱量，從而達到高熱消毒的作用，同時微波還具有電磁場效應,量子效應,超電導作用等影響微生物生長與代謝.一般含水的物質對微波有明顯的吸收作用,升溫迅速,消毒效果好.微波的消毒機理尚無定論,一般認為有以下幾種可能：
熱效應
微波照射熱效應的產生是由分子內部激烈運動所致.極性物質(如水)的分子兩端分別帶有正負電,形成偶極矩,此種分子稱為偶極子.當置於電場中時,偶極子即沿外加電場的方向排列,在高頻電場中,物質內偶極子的高速運動引起分子相互摩擦,從而使溫度迅速升高.因此微波加熱與其他加熱方式不同,不是使熱從外到內傳熱,微波加熱時產熱均勻,微波能達到的地方,吸收介質均能吸收微波並很快將微波轉化為熱能,使微生物死亡.
非熱效應
微波的振盪改變了細胞膠體的電動勢,改變細胞膜的通透性,因而影響細胞及組織器官的某些功能;微波照射後,由於細胞核內物質吸收微波能量的係數不同,致使細腦核內物質受熱不均勻,影響細胞的遺傳與生殖;諧振吸收,微波中的頻率較接近於有機分子的固有振盪頻率,當細胞受到微波照射時,細胞中的蛋白質特別是以氨基酸,肽等成分可選擇性地吸收微波的能量,改變了分子結構或個別部分的結構,破壞生物酶的活性,因而影響細胞的生化反應,影響微生物的生長代謝.
綜合效應
經過分析研究結果發現,單純熱效應或非熱效應都不能解釋微波的消毒特性,微波快速廣譜的消毒作用是複雜的綜合因素作用的結果.認為只存在熱效應或非熱效應觀點的差異主要是各自實驗方法都存在一定的不足.正確認識微波消毒機理,應從如下幾方面解釋:
①微波快速穿透作用和直接使分子內部摩擦產熱顯示出良好的熱效應作用.消毒廢物採用防熱擴散密封包裝有助於包內熱量積累充分發揮熱效應.
②微波的場效應,生物體處於微波場中時,細胞受到衝擊和震盪,破壞細胞外層結構,使細胞通透性增加,破壞了細胞內外物質平衡.電鏡下可見到細胞腫脹,進而出現細胞質崩解融合致細胞死亡.
③量子效應,微波場中量子效應波主要是激發水分子產生 H2O2和其他自由基,形成細胞毒作用.這種作用可使細胞內各種蛋白,酶,核酸等受到破壞.另外,光子可以增加分子動能,促進熱反應.
④微波以外的因素,在充分保證微波能量和作用時間的條件下,消毒廢物的包裝,合適的含水量,負載量以及廢物的性質等都是改變微波消毒效果的重要因素.
綜上所述,微波消毒是以熱效應為主,非熱效應為輔,通過多種效應共同作用的結果。
基本特點
(1)節能:微波加熱具有獨道之處.其他加熱方式都是先加熱物體表面,然後熱量由表面傳到內部;而用微波則可對物體內部直接加熱,加熱均勻,無能量損失,能量高,對廢物處理時,穿透性強,瞬時即可穿透到物體內部.
(2)對不同性質的材料作用不同:對有損耗介質材料可直接進行消毒,對無損耗介質可藉助有損耗介質進行消毒,還可以利用微波可穿透而又無損耗的材料作為消毒包裝材料.
(3)作用溫度低,熱損失較慢:微波與普通加熱若產生等量的熱效應,其作用到物體上的溫度要明顯低於普通加熱.普通加熱銷毒所需溫度在120℃以上作用 20min;而微波消毒升溫只在70-105℃,作用1.5-5min.
(4)作用快速:電磁波能量轉換過程速度極快,可在 10-9s之內完成.在消毒速度上比其他消毒因子快速.
(5)對生物體作用無選擇性:微波對所有生物體的作用相同而無選擇性,其消毒菌譜廣,可殺滅各種微生物和病原體等.
(6)微波消毒後廢物,無毒性,無殘留物,損壞輕.微波消毒所需工作環境與占地面積小,對周圍環境不致形成高溫,清潔衛生.
(7)環境污染小:不產生酸性氣體及二惡英等污染物.
消毒效果
微波消毒菌譜廣,可殺滅各種微生物,早在 40年代即有人用於酒的消毒,在國外早有研究發現,微波照射 1min可殺滅玻璃安瓿中各種細菌繁殖體,包括真菌,但對巨大桿菌芽孢照射 2min,其殺滅率可達 99.90%.據 Kohrer研究證明,對污染有細菌,真菌,脊髓灰質炎病毒,皰疹病毒Ⅰ型的假牙,牙托,牙鑽,用 600W微波照射 5min,可將污染微生物全部殺滅.照射 8min可殺滅芽孢.照射 3min可將 HBsAg抗原性全部破壞.
國內研究證明,採用某型號快速消毒器,經過 5-15min照射可將金屬表面上及其他物體表面上細菌芽孢全部殺滅.同時發現,類炭疽桿菌芽孢,炭疽桿菌芽孢,蠟狀桿菌芽孢,嗜熱脂肪桿菌芽孢和枯草桿菌黑色變種芽孢等對微波的抗力較強.微波照射 5min之內可完全滅活乙型肝炎病毒,艾滋病病毒和其他病毒.
另有報道,採用頻率為 2450±50MHz,輸出功率為 700W的微波爐,對污染不同微生物的試驗濾紙進行微波照射,1min使細菌繁殖體(大腸桿菌,金黃色葡萄球菌)殺滅率達 99.87%以上,鼠傷寒沙門氏菌,痢疾桿菌殺滅率可達 99.99%以上,照射 2.5min可全部殺滅.微波照射 20min可使枯草桿菌黑色變種芽孢,嗜熱脂肪桿菌芽孢殺滅,對HBsAg照射 3min可全部破壞其抗原性.
適用範圍
各種不同廢物對微波的吸收能力有所不同,對微波吸收的多少可影響消毒效果,因此一般根據廢物的性質,分為三類:
吸收介質
微波在廢物中傳播時會明顯地被吸收而產生熱的介質,稱為吸收介質.介電常數和介質損耗大者,吸收效能好,如水,肉類和含水量高的廢物,均是強吸收介質.
良導體類
不吸收微波.如鋼,黃銅,銀,鐵,不鏽鋼等金屬能引起反射而不吸收微波。良導體類材料,用微波照射不易達到消毒.但如果將其用布包裝後放在含水或水蒸氣環境中,借水分子吸收微波,使溫度升高,可達消毒要求.
絕緣體類
很少吸收介質,稱為微波的良介質.例如:石英,陶瓷,玻璃,聚氟乙烯等塑料製品,微波大部分能透過,小部分反射.
應用情況
國際上應用的較多的醫療廢物處理方法中,微波處理技術是繼焚燒之後經證實並取得廣泛應用的醫療廢物處理技術之一,近幾年在美國,歐洲,加拿大等發達國家已經得到應用.由於非焚燒技術所體現出的建設成本和處理成本低,處理達標難度小,公眾可接受程度高,無國際公約要求,在美國和歐洲得到了應用和發展的機會,在美國,歐洲,加拿大等國家應用微波消毒等非焚燒處理醫療廢物量呈上升趨勢,為了更好地推進非焚燒技術的應用,美國制定了對各類非焚燒處理技術的污染控制標準,並對檢測程序,審批程序等進行了規範.
基於中國在醫療廢物非焚燒處理技術方面還未出台相應的標準的情況下,建議採用歐洲,美國和加拿大的標準,即各種非焚燒處理技術其消毒指標都必須滿足三級標準要求,即對細菌繁殖體,真菌,親脂性/親水性病毒,寄生蟲和分支桿菌的殺滅對數值達到6以上.對嗜熱脂肪桿菌芽孢(B. stearothermophilus-ATCC 7953)或枯草桿菌黑色變種芽孢(B. subtilis -ATCC 9372)的殺滅對數值達到4以上.
影響因素
影響微波消毒效果的因素有:醫療廢物的性質,含水率,溫度,醫療廢物量,協同劑.
①醫療廢物性質
各種不同醫療廢物對微波的吸收能力有所不同,傳染性廢物,病理性廢物對微波的吸收效果好.損傷性廢物不吸收微波,而反射微波.如果將損傷性廢物用布包裝後放在含水或水蒸氣環境中,借水分子吸收微波,使溫度升高,也可達消毒要求。損傷性廢物與病理性廢物和傳染性廢物混合破碎後加濕,和濕毛巾包裹金屬具有同樣效果,可見微波也可以批量處理損傷性醫療廢物.由於微波的熱效應會使藥物性廢物和化學性廢物產生不同的化學變化,釋放複雜的有毒有害物質.因此微波消毒不適於處理這兩類廢物.
②含水率
水是最好的吸收微波材料,吸收微波是微波消毒的必要條件,所以待處理的醫療廢物的含水率對消毒效果影響明顯.含水率影響具有三層意義:
不含水分的材料難以用微波消毒,這已被大量試驗研究證明.細菌芽孢經過脫水處理後微波照射很難將其殺滅.處於乾燥狀態的大腸桿菌比液體中的細菌芽孢對微波抗力還強.
含水率可因微波輸出功率大小和照射時間長短而具有最佳不同範圍.
含濕量過高使消毒效果下降.一般情況下,在其他條件不變時,含濕量過大後即負載量過大,使能量分布密度降低,從而使微波消毒效果降低.
因此,醫療廢物中含水量的大小與微波消毒處理效果具有密切的關係.
③溫度
醫療廢物的溫度對消毒作用有影響,溫度低,達到消毒溫度所需熱量多,因而消耗微波能量高,照射時間長.
④醫療廢物量
醫療廢物量與消毒效果的關係主要取決於微波對廢物的穿透深度.穿透深度的含義是:電場強度或者功率減少到表面處的 36.8%的距離.需要對醫療廢物進行消毒時,其醫療廢物的厚度一般不應大於微波對醫療廢物的穿透深度.在厚度適當的條件下,消毒處理的廢物越多,需要照射時間長,才能達到消毒要求.
⑤協同劑
微波作為一種物理因子,它可與多種化合物起到協同消毒作用,一般根據微波消毒要求,藉助於協同劑則明顯提高消毒效果.20世紀 90年代以來,國內有關微波與化合物協同消毒效果研究報道較多,某些化合物本身或微波在低溫下,並不顯示出明顯殺滅細菌芽孢的能力,有的消毒劑有抑菌作用,單用微波處理銷毒效果差,但兩者在協同條件下,顯示較好的殺滅細菌繁殖體和細菌芽孢,病毒,真菌等能力.
在採用微波消毒處理過程中需要破碎,因而,病菌通過浮質來進行散發形成廢氣.因此,為了控制空氣污染,破碎過程應該在封閉的系統中操作,或者是消毒系統處於負壓狀態,並使排出的氣體通過高效顆粒空氣淨化器和其它的過濾器過濾後排放.為了防止環境污染,過濾器濾膜應定期更換,並按照醫療廢物進行處理.另外,微波消毒會有惡臭產生,處理設施主車間應能夠提供充足的通風來減少空氣中的氣味.由於該部分氣體只是氣味難聞,實際上已經過消毒處理,對人體無害,應設置脫臭裝置處理後排放.
廢水污染
在醫療廢物微波處理過程中,廢水有兩個來源.一個來源是加濕後的廢物經微波消毒後產生的廢液;另一個來源是處理廠清洗,消毒產生的廢水.前者大部分變成氣態,隨廢氣一起經處理後排放.少量殘液體與後者混合,可按醫療機構產生廢水進行處理,並按照國家《醫院廢水排放標準》(GB18466-2001)有關規定執行.
殘渣污染
醫療廢物微波消毒處理後的殘渣,一般處理後的pH值將小於12,屬於非危險廢物,可以按照生活垃圾到生活垃圾填埋場進行填埋處理,也可焚燒利用熱能.
噪聲污染
主要的噪聲來自破碎設備,泵,風機等,應採取基礎減震和加裝消聲器等消聲措施,現場操作人員應確保足夠的衛生防護要求,廠界噪聲應符合《工業企業廠界噪聲標準》(GB 12348-90).
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