防止污染物外泄的风屏的模拟与优化文献综述

 2022-10-28 10:10

文献综述(或调研报告):

随着科技的发展和人民生活水平的提高,人们足不出户就可以完后许多工作,有关研究表明现代人类有超过80%的时间都在室内度过[1]。因此,室内空气质量的重要性不言而喻。空气中存在的生物气溶胶(如活的或死的真菌、细菌、病毒等)是影响人体健康的重要因素,了解生物气溶胶的动态行为有助于更加深入的研究其暴露与健康之间的关系,这在设计有效的工程控制方法以降低浓度方面也是必不可少的。现在,国内外许多研究机构都对生物气溶胶进行了取样分析[2],对其本质认识有了显著提高,但有效的控制机制还没有发现。现在公认的几种控制方法有物理过滤、对生物气溶胶进行灭活处理(如臭氧杀菌、紫外杀菌等)以及通风稀释等。当室外空气不被污染时,加大换气次数的方法是有效的,但当室外空气质量不理想时,这种方法的使用就会有很大的局限性[3]。因此,这些方法都存在使用条件局限性、耗能较多或产生副产品等缺点。呼吸道传染病是由患者呼出的带有病原体的飞沫或飞沫核被健康人体吸入导致感染所引起的传染性疾病,其主要通过三种方式在人与人之间传播:接触传播(其中感染性分泌物通过接触传播)、液滴传播(其中大于5mu;m的含呼吸流体的颗粒通过空气传播并通过重力沉积在3英尺内的粘膜上)和空气传播(其中小于5mu;m的干燥颗粒(即液滴核)保持悬浮在空气中并且扩散很长距离并被吸入并沉积在呼吸道中)[4]。根据Atkinson和Wein[5]等人的研究,小液滴和液滴核产生的飞沫是呼吸道疾病传播最主要的途径,其可以在空气中进行长时间远距离的漂浮,其传播更难以控制。Beggs[6]的研究表明,尽管直接接触传播是大部分感染的传播路径,但是病原体的空媒传播引起的感染比我们想象中的要严重的多。Eames等人[7]进一步地认为空媒传播比起大部分的接触传播更加的难以控制。

L. Liu和Y. Li等人[8]通过病房实验发现人体模型呼出的液滴有两种基本的传输方式,即短程模式和远程模式,通常观察到的间隔超过2米的人群之间的疾病传播通常被用作空气传播的证据。液滴传播和短程机载航线的机制是不同的,他们的有效控制方法也不同。有关短距离空中接触的发现对干预有重大影响。在某些情况下,液滴预防措施不能有效发挥作用的原因之一可能是短距离空中航线被忽视。目前的液滴预防措施和稀释通风都不能防止短距离空中传播,所以需要开发有效的控制医院和整个社区短程空中疾病传播的方法。King和M.F等人[9]做了生物气溶胶沉积在单人病房和双床病房中的数值和实验研究,确定房间布局对生物气溶胶空间沉积的影响以及对医院环境下感染控制的影响。结果证明,分离患者的物理分区被证明可有效减少相邻患者区域的交叉污染。然后许多医院受到现有建筑物的限制,缺乏单人病房,如果能采用合理简便的方法将患者隔开,则可实现类似单人病房的作用。Ching等人[10]评估了医院窗帘预防医院病房空气传播疾病的有效性。一般认为,咳嗽或打喷嚏的传染病患者会排出感染性生物气溶胶,医院里患有空气传染病的病人可能有感染邻近患者的风险。医院窗帘作为防止疾病传播的物理屏障,可能是一种简单但可有效降低感染风险的方法。他们在两张床之间使用窗帘可以降低生物气溶胶分散过程中每个邻近患者的峰值浓度,同时得出在瞬态分散过程中,采用医院窗帘进行感染控制可将生物气溶胶的最高浓度降低多达65%。但我认为这样做做会存在一些缺点,比如窗帘上存在微生物可能会对医护人员造成威胁,窗帘需要经常更换,窗帘遮挡会影响视线等。

以上研究都认为通过物理飞沫和空气传播可以通过物理分区的方法阻断,降低被感染的风险。既然窗帘可以作为医院病床间的有效隔离屏障,那么隔离效果更好的风屏一定也可以作为阻隔污染物外泄的方法。目前,室内环境方面有关风屏的研究几乎没有,利用风屏将污染物在传播路径上阻隔的方法还没有得到深入的研究,但作为从传播路径上解决污染物扩散的方法,风屏理论上是可以实现良好的阻隔作用。同时,风屏具有不受气象条件限制,不产生有害副产品等优点。因此,风屏在防止污染物外泄方面有广阔的研究的前景。

[1] Kim YM, Harrad S, Harrison RM. Concentrations and Sources of VOCs in Urban Domestic and Public Microenvironments[J]. Environmental Science amp;Technology. 2001;35(6):997-1004

[2] Ghosh, B., H. Lal, and A. Srivastava, Review of bioaerosols in indoor environment with special reference to sampling, analysis and control mechanisms. Environment International, 2015. 85: p. 254-272.

[3] Nazaroff, W.W., Indoor bioaerosol dynamics. Indoor Air, 2016. 26(1): p. 61-78.

[4] Zhou, J., J. Wei, K.-T. Choy, et al., Defining the sizes of airborne particles that mediate influenza transmission in ferrets. PNAS, 2018. online.

[5] Atkinson MP, Wein LM. Quantifying the routes of transmission for pandemic influenza. Bull Math Biol. 2008;70:820–867.

[6] Beggs, C.B., The airborne transmission of infection in hospital buildings: fact or fiction? Indoor and Built Environment, 2003.12(1-2): p. 9-18

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