标题：微波消毒
微波消毒机理
微波是波长1-1000mm的电磁波,频率在数百兆赫至 3000MHz之间.用于消毒的微波频率一般为(2450±50)MHz与(915±25)MHz两种.微波在介质中通过时被介质吸收而产生热,该类介质被称为微波的吸收介质,如水就是微波的强吸收介质之一;而当微波能在介质中通过不易被介质吸收时,该类介质为微波的良导体,在这种介质中产生的热效应很低.热能的产生是通过物质分子以每秒几十亿次振动,摩擦而产生热量,从而达到高热消毒的作用;同时微波还具有电磁场效应,量子效应,超电导作用等影响微生物生长与代谢.一般含水的物质对微波有明显的吸收作用,升温迅速,消毒效果好.微波的消毒机理目前尚无定论,一般认为有以下几种可能：热效应微波照射热效应的产生是由分子内部激烈运动所致.极性物质(如水)的分子两端分别带有正负电,形成偶极矩,此种分子称为偶极子.当置于电场中时,偶极子即沿外加电场的方向排列,在高频电场中,物质内偶极子的高速运动引起分子相互摩擦,从而使温度迅速升高.因此微波加热与其他加热方式不同,不是使热从外到内传热,微波加热时产热均匀,微波能达到的地方,吸收介质均能吸收微波并很快将微波转化为热能,使微生物死亡.非热效应微波的振荡改变了细胞胶体的电动势,改变细胞膜的通透性,因而影响细胞及组织器官的某些功能;微波照射后,由于细胞核内物质吸收微波能量的系数不同,致使细脑核内物质受热不均匀,影响细胞的遗传与生殖;谐振吸收,微波中的频率较接近于有机分子的固有振荡频率,当细胞受到微波照射时,细胞中的蛋白质特别是以氨基酸,肽等成分可选择性地吸收微波的能量,改变了分子结构或个别部分的结构,破坏生物酶的活性,因而影响细胞的生化反应,影响微生物的生长代谢.综合效应经过分析研究结果发现,单纯热效应或非热效应都不能解释微波的消毒特性,微波快速广谱的消毒作用是复杂的综合因素作用的结果.认为只存在热效应或非热效应观点的差异主要是各自实验方法都存在一定的不足.正确认识微波消毒机理,应从如下几方面解释:
①微波快速穿透作用和直接使分子内部摩擦产热显示出良好的热效应作用.消毒废物采用防热扩散密封包装有助于包内热量积累充分发挥热效应.
②微波的场效应,生物体处于微波场中时,细胞受到冲击和震荡,破坏细胞外层结构,使细胞通透性增加,破坏了细胞内外物质平衡.电镜下可见到细胞肿胀,进而出现细胞质崩解融合致细胞死亡.
③量子效应,微波场中量子效应波主要是激发水分子产生 H2O2和其他自由基,形成细胞毒作用.这种作用可使细胞内各种蛋白,酶,核酸等受到破坏.另外,光子可以增加分子动能,促进热反应.
④微波以外的因素,在充分保证微波能量和作用时间的条件下,消毒废物的包装,合适的含水量,负载量以及废物的性质等都是改变微波消毒效果的重要因素.
综上所述,微波消毒是以热效应为主,非热效应为辅,通过多种效应共同作用的结果。
微波消毒的特点
(1)节能:微波加热具有独道之处.其他加热方式都是先加热物体表面,然后热量由表面传到内部;而用微波则可对物体内部直接加热,加热均匀,无能量损失,能量高,对废物处理时,穿透性强,瞬时即可穿透到物体内部.
(2)对不同性质的材料作用不同:对有损耗介质材料可直接进行消毒,对无损耗介质可借助有损耗介质进行消毒,还可以利用微波可穿透而又无损耗的材料作为消毒包装材料.
(3)作用温度低,热损失较慢:微波与普通加热若产生等量的热效应,其作用到物体上的温度要明显低于普通加热.普通加热销毒所需温度在120℃以上作用 20min;而微波消毒升温只在70-105℃,作用1.5-5min.
(4)作用快速:电磁波能量转换过程速度极快,可在 10-9s之内完成.在消毒速度上比其他消毒因子快速.
(5)对生物体作用无选择性:微波对所有生物体的作用相同而无选择性,其消毒菌谱广,可杀灭各种微生物和病原体等.
(6)微波消毒后废物,无毒性,无残留物,损坏轻.微波消毒所需工作环境与占地面积小,对周围环境不致形成高温,清洁卫生.
(7)环境污染小:不产生酸性气体及二恶英等污染物.
微波消毒效果
微波消毒菌谱广,可杀灭各种微生物,早在 40年代即有人用于酒的消毒,在国外早有研究发现,微波照射 1min可杀灭玻璃安瓿中各种细菌繁殖体,包括真菌,但对巨大杆菌芽孢照射 2min,其杀灭率可达 99.90%.据 Kohrer研究证明,对污染有细菌,真菌,脊髓灰质炎病毒,疱疹病毒Ⅰ型的假牙,牙托,牙钻,用 600W微波照射 5min,可将污染微生物全部杀灭.照射 8min可杀灭芽孢.照射 3min可将 HBsAg抗原性全部破坏.
国内研究证明,采用某型号快速消毒器,经过 5-15min照射可将金属表面上及其他物体表面上细菌芽孢全部杀灭.同时发现,类炭疽杆菌芽孢,炭疽杆菌芽孢,蜡状杆菌芽孢,嗜热脂肪杆菌芽孢和枯草杆菌黑色变种芽孢等对微波的抗力较强.微波照射 5min之内可完全灭活乙型肝炎病毒,艾滋病病毒和其他病毒.
另有报道,采用频率为 2450±50MHz,输出功率为 700W的微波炉,对污染不同微生物的试验滤纸进行微波照射,1min使细菌繁殖体(大肠杆菌,金黄色葡萄球菌)杀灭率达 99.87%以上,鼠伤寒沙门氏菌,痢疾杆菌杀灭率可达 99.99%以上,照射 2.5min可全部杀灭.微波照射 20min可使枯草杆菌黑色变种芽孢,嗜热脂肪杆菌芽孢杀灭,对HBsAg照射 3min可全部破坏其抗原性.
微波消毒的适用范围
各种不同废物对微波的吸收能力有所不同,对微波吸收的多少可影响消毒效果,因此一般根据废物的性质,分为三类:吸收介质微波在废物中传播时会明显地被吸收而产生热的介质,称为吸收介质.介电常数和介质损耗大者,吸收效能好,如水,肉类和含水量高的废物,均是强吸收介质.良导体类不吸收微波.如钢,黄铜,银,铁,不锈钢等金属能引起反射而不吸收微波.绝缘体类很少吸收介质,称为微波的良介质.例如:石英,陶瓷,玻璃,聚氟乙烯等塑料制品,微波大部分能透过,小部分反射.
良导体类材料,用微波照射不易达到消毒.但如果将其用布包装后放在含水或水蒸气环境中,借水分子吸收微波,使温度升高,可达消毒要求.损伤性废物与病理性废物和传染性废物混合破碎后加湿,和湿毛巾包裹金属具有同样效果,可见微波也可以批量处理损伤性医疗废物.
由于微波的热效应会使药物性废物和化学性废物产生不同的化学变化,释放复杂的有毒有害物质.因此微波消毒不适于处理这两类废物.
医疗废物微波消毒处理技术国外应用情况
在目前国际上应用的较多的医疗废物处理方法中,微波处理技术是继焚烧之后经证实并取得广泛应用的医疗废物处理技术之一,近几年在美国,欧洲,加拿大等发达国家已经得到应用.由于非焚烧技术所体现出的建设成本和处理成本低,处理达标难度小,公众可接受程度高,无国际公约要求,在美国和欧洲得到了应用和发展的机会,目前在美国,欧洲,加拿大等国家应用微波消毒等非焚烧处理医疗废物量呈上升趋势,为了更好地推进非焚烧技术的应用,美国制定了对各类非焚烧处理技术的污染控制标准,并对检测程序,审批程序等进行了规范.
基于中国目前在医疗废物非焚烧处理技术方面还未出台相应的标准的情况下,建议采用欧洲,美国和加拿大的标准,即各种非焚烧处理技术其消毒指标都必须满足三级标准要求,即对细菌繁殖体,真菌,亲脂性/亲水性病毒,寄生虫和分支杆菌的杀灭对数值达到6以上.对嗜热脂肪杆菌芽孢(B. stearothermophilus-ATCC 7953)或枯草杆菌黑色变种芽孢(B. subtilis -ATCC 9372)的杀灭对数值达到4以上.
影响微波消毒效果的因素
影响微波消毒效果的因素有:医疗废物的性质,含水率,温度,医疗废物量,协同剂.①医疗废物的性质各种不同医疗废物对微波的吸收能力有所不同,传染性废物,病理性废物对微波的吸收效果好.损伤性废物不吸收微波,而反射微波.如果将损伤性废物用布包装后放在含水或水蒸气环境中,借水分子吸收微波,使温度升高,也可达消毒要求.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条件,所以待处理的医疗废物的含水率对消毒效果影响明显.含水率影响具有三层意义:
不含水分的材料难以用微波消毒,这已被大量试验研究证明.细菌芽孢经过脱水处理后微波照射很难将其杀灭.处于干燥状态的大肠杆菌比液体中的细菌芽孢对微波抗力还强.
含水率可因微波输出功率大小和照射时间长短而具有最佳不同范围.
含湿量过高使消毒效果下降.一般情况下,在其他条件不变时,含湿量过大后即负载量过大,使能量分布密度降低,从而使微波消毒效果降低.
因此,医疗废物中含水量的大小与微波消毒处理效果具有密切的关系.③温度医疗废物的温度对消毒作用有影响,温度低,达到消毒温度所需热量多,因而消耗微波能量高,照射时间长.④医疗废物量医疗废物量与消毒效果的关系主要取决于微波对废物的穿透深度.穿透深度的含义是:电场强度或者功率减少到表面处的 36.8%的距离.需要对医疗废物进行消毒时,其医疗废物的厚度一般不应大于微波对医疗废物的穿透深度.在厚度适当的条件下,消毒处理的废物越多,需要照射时间长,才能达到消毒要求.⑤协同剂微波作为一种物理因子,它可与多种化合物起到协同消毒作用,一般根据微波消毒要求,借助于协同剂则明显提高消毒效果.20世纪 90年代以来,国内有关微波与化合物协同消毒效果研究报道较多,某些化合物本身或微波在低温下,并不显示出明显杀灭细菌芽孢的能力,有的消毒剂有抑菌作用,单用微波处理销毒效果差,但两者在协同条件下,显示较好的杀灭细菌繁殖体和细菌芽孢,病毒,真菌等能力.
微波消毒处理过程中的污染控制
①大气污染控制在采用微波消毒处理过程中需要破碎,因而,病菌通过浮质来进行散发形成废气.因此,为了控制空气污染,破碎过程应该在封闭的系统中操作,或者是消毒系统处于负压状态,并使排出的气体通过高效颗粒空气净化器和其它的过滤器过滤后排放.为了防止环境污染,过滤器滤膜应定期更换,并按照医疗废物进行处理.另外,微波消毒会有恶臭产生,处理设施主车间应能够提供充足的通风来减少空气中的气味.由于该部分气体只是气味难闻,实际上已经过消毒处理,对人体无害,应设置脱臭装置处理后排放.②废水污染控制在医疗废物微波处理过程中,废水有两个来源.一个来源是加湿后的废物经微波消毒后产生的废液;另一个来源是处理厂清洗,消毒产生的废水.前者大部分变成气态,随废气一起经处理后排放.少量残液体与后者混合,可按医疗机构产生废水进行处理,并按照国家《医院废水排放标准》(GB18466-2001)有关规定执行.③残渣污染控制医疗废物微波消毒处理后的残渣,一般处理后的pH值将小于12,属于非危险废物,可以按照生活垃圾到生活垃圾填埋场进行填埋处理,也可焚烧利用热能.④噪声污染控制主要的噪声来自破碎设备,泵,风机等,应采取基础减震和加装消声器等消声措施,现场操作人员应确保足够的卫生防护要求,厂界噪声应符合《工业企业厂界噪声标准》(GB 12348-90).
关于卫生防护距离
经调查国外医疗废物微波消毒处理技术应用的实际情况,设施一般设置在医院内有60米的缓冲距离要求，因此,根据中国医疗废物集中处理的实际情况,暂将医疗废物微波消毒处理设施的安全防护距离定为200米。