臭氧消毒閉環(huán)控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

蔣井明 邸立云 李盛春 劉大明

摘要：為了精確控制臭氧消毒濃度，保證在規(guī)定的濃度及作用時間下達(dá)到可控、準(zhǔn)確、安全的消毒目的，現(xiàn)將閉環(huán)控制技術(shù)與消毒工藝相結(jié)合，通過空間臭氧濃度傳感器把檢測到的信號值反饋給PLC控制系統(tǒng)，對臭氧發(fā)生器進(jìn)行自動控制調(diào)節(jié)，消毒過程實現(xiàn)自動化運(yùn)行，消毒結(jié)果滿足工藝需求，保證臭氧消毒濃度及作用時間的精確性。

關(guān)鍵詞：臭氧;消毒;閉環(huán)控制;驗證

0? ? 引言

《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010年修訂）》附錄1中無菌藥品對消毒的要求，“必要時，可采用熏蒸的方法降低潔凈區(qū)內(nèi)衛(wèi)生死角的微生物污染，應(yīng)當(dāng)驗證熏蒸劑的殘留水平”?！犊照{(diào)系統(tǒng)GMP實施指南》對空調(diào)系統(tǒng)的消毒也有要求，HVAC系統(tǒng)作為維持環(huán)境條件的組成部分，必須定期或臨時降低產(chǎn)區(qū)及其HVAC系統(tǒng)的微生物負(fù)荷，可采取對部分或全部系統(tǒng)用熏蒸消毒劑進(jìn)行熏蒸循環(huán)等措施保證環(huán)境的清潔度。

臭氧消毒，依據(jù)《醫(yī)療機(jī)構(gòu)消毒技術(shù)規(guī)范》（WS/T 367—2012）附錄C中規(guī)定，“在封閉環(huán)境，采用20 mg/m3濃度的臭氧，作用30 min，對自然菌的殺滅率達(dá)到90%以上”。同時，依據(jù)《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》（GBZ 2—2002）的規(guī)定，“臭氧最高允許濃度為0.3 mg/m3”。臭氧消毒結(jié)束后，一般將空調(diào)系統(tǒng)切換為正常運(yùn)行模式，打開排風(fēng)機(jī)，保持消毒區(qū)域的空氣置換，待臭氧濃度下降至0.3 mg/m3以下的安全濃度后，人員方可進(jìn)入潔凈區(qū)。

1? ? 臭氧消毒原理

臭氧化學(xué)分子式為O3，常溫、常態(tài)、常壓下無色，具有強(qiáng)氧化作用，消毒過程屬生物化學(xué)氧化反應(yīng)。臭氧消毒有以下3種作用形式：

（1）臭氧能氧化分解細(xì)菌內(nèi)部降解葡萄糖所需的酶，致使TCA循環(huán)無法進(jìn)行，從而導(dǎo)致細(xì)胞生命活動所需的ATP無法供應(yīng)，使細(xì)菌滅活死亡;

（2）直接與細(xì)菌、病毒作用，破壞它們的細(xì)胞器和DNA、RNA，使細(xì)菌的新陳代謝受到破壞，導(dǎo)致細(xì)菌死亡;

（3）透過細(xì)胞膜組織，侵入細(xì)胞內(nèi)，作用于外膜的脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖，使細(xì)菌發(fā)生通透性畸變而溶解死亡。

2? ? 材料與方法

2.1? ? 設(shè)備與材料

（1）GUOLIN CF-G-2-200g臭氧發(fā)生器;

（2）JK301凈化空調(diào)系統(tǒng);

（3）PLC自控系統(tǒng)。

2.2? ? 控制原理

閉環(huán)控制就是存在反饋環(huán)節(jié)的控制。這樣的控制系統(tǒng)能夠適時地檢測控制輸出結(jié)果，并將檢測到的信息通過反饋環(huán)節(jié)反映到輸入端，調(diào)整輸入量，達(dá)到修正控制誤差、提高控制精度的目的。反饋技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在各種需要精確控制的系統(tǒng)中，尤其是電子控制系統(tǒng)。

閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.3? ? 閉環(huán)控制系統(tǒng)的臭氧消毒

GUOLIN CF-G-2-200g臭氧發(fā)生器為水冷型臭氧設(shè)備，壓縮空氣進(jìn)入臭氧發(fā)生室內(nèi)放電反應(yīng)產(chǎn)生臭氧，利用空調(diào)的集中送風(fēng)對各個潔凈間進(jìn)行臭氧消毒，同時對空調(diào)部分器件及風(fēng)管進(jìn)一步起到消毒凈化作用。

臭氧設(shè)備可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，定時設(shè)置，實現(xiàn)自動開關(guān)功能，設(shè)備配置PLC系統(tǒng)及濃度打印裝置，系統(tǒng)配套空間臭氧濃度傳感器，可實時檢測消毒空間的臭氧濃度，同時將檢測到的信息反饋給控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制。臭氧消毒工藝流程圖如圖2所示。

2.4? ? 臭氧消毒程序

關(guān)閉新風(fēng)閥門、排風(fēng)閥門和排風(fēng)機(jī)，送風(fēng)風(fēng)機(jī)頻率調(diào)整。確認(rèn)冷卻水溫度、壓縮空氣氣源壓力。設(shè)定運(yùn)行參數(shù)，當(dāng)空間臭氧濃度傳感器檢測到臭氧濃度達(dá)到20 mg/m3以上時，設(shè)備開始記錄消毒時間，保持30 min后消毒完成。

當(dāng)臭氧消毒結(jié)束后，將空調(diào)機(jī)組切換為正常運(yùn)行模式，保持消毒區(qū)域的空氣置換，待臭氧濃度下降至0.3 mg/m3以下的安全濃度后，人員方可進(jìn)入潔凈區(qū)。

3? ? 輸出結(jié)果

臭氧消毒運(yùn)行程序結(jié)束后，輸出結(jié)果如表1、圖3所示。

由上述結(jié)果可以看出，空間臭氧濃度傳感器通過將檢測到的臭氧濃度值反饋給PLC對臭氧發(fā)生器功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)臭氧濃度低于20 mg/m3時，PLC給出信號，臭氧發(fā)生器功率持續(xù)上升。當(dāng)滿足臭氧濃度大于20 mg/m3且持續(xù)30 min以上時，PLC再次給出信號，臭氧發(fā)生器停止運(yùn)行。在確認(rèn)臭氧消毒結(jié)果符合相關(guān)規(guī)定后，打開空調(diào)機(jī)組新風(fēng)、排風(fēng)閥門，打開排風(fēng)機(jī)組切換至正常模式。隨著空氣置換次數(shù)的增加，潔凈區(qū)域內(nèi)臭氧濃度開始下降，直到降至0.3 mg/m3以下，消毒過程結(jié)束。整個消毒過程中，實現(xiàn)由空間臭氧濃度傳感器、PLC控制模塊、臭氧發(fā)生器及凈化空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，臭氧消毒過程完全符合消毒需求。

4? ? 總結(jié)

臭氧通過管道投加到空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)管中，利用空調(diào)的集中送風(fēng)對各個潔凈室房間進(jìn)行臭氧消毒，并對空調(diào)部分器件及風(fēng)管進(jìn)一步起到消毒凈化作用。同時，利用閉環(huán)控制技術(shù)實現(xiàn)了對臭氧消毒過程的自動化控制，較大地降低了人為因素干擾及勞動強(qiáng)度，保證了臭氧消毒濃度及作用時間的精準(zhǔn)性。另外，臭氧濃度的實時檢測，也保證了潔凈室在安全臭氧濃度下工作人員的健康衛(wèi)生環(huán)境。

5? ? 結(jié)語

根據(jù)《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010年修訂）》附錄1中對消毒的要求，可采用熏蒸的方法降低潔凈區(qū)內(nèi)衛(wèi)生死角的微生物污染。在實際工作中，應(yīng)根據(jù)具體的設(shè)備臭氧發(fā)生量、凈化空調(diào)系統(tǒng)、潔凈室數(shù)量、面積、用途以及自動控制系統(tǒng)的情況，達(dá)到下述要求：

（1）設(shè)備臭氧發(fā)生量應(yīng)滿足消毒和作用時間的要求。

（2）臭氧閉環(huán)控制系統(tǒng)要經(jīng)過驗證。

（3）臭氧檢測點的選擇要經(jīng)過驗證，采用風(fēng)險評估、氣流流形、環(huán)境監(jiān)測等多種措施相結(jié)合的辦法。

（4）臭氧消毒效果必須經(jīng)過驗證。

（5）空間臭氧濃度傳感器定期校驗。

（6）臭氧消毒后在一定時間內(nèi)應(yīng)滿足凈化空調(diào)系統(tǒng)、潔凈室區(qū)域內(nèi)臭氧安全濃度的要求。

臭氧消毒作為潔凈室和空調(diào)系統(tǒng)消毒方法已被廣泛應(yīng)用，自動化控制技術(shù)與臭氧消毒工藝的結(jié)合，實現(xiàn)了臭氧消毒系統(tǒng)的自動控制和消毒的精準(zhǔn)性，是保證潔凈室清潔的重要手段。

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收稿日期：2020-12-31

作者簡介：蔣井明（1968—），男，廣西人，高級工程師，研究方向：生物制品的生產(chǎn)及質(zhì)量管理。