Свойствата на ултравиолетовите лъчи зависят от дължината на вълната, а ултравиолетовото от различни източници се отличава по спектър. Нека да обсъдим кои са източниците на ултравиолетово лъчение и как да ги прилагаме, за да максимизираме бактерицидното действие, минимизирайки рисковете от нежелани биологични ефекти.
Рис. 1. На фотографията не се извършва дезинфекция с UVC излъчване, както може да се предположи, а тренировка по използване на защитен костюм с откриване в UVA лъчите на люминесциращи петна от учебни телесни течности. UVA – това е мек ултравиолет и не оказва бактерицидно действие. Затворените очи са оправдана мярка за безопасност, тъй като широкият спектър на използваната UVA луминисцентна лампа пресича UVB, който е опасен за зрението (източник: Simon Davis/DFID).
Дължината на вълната на видимата светлина съответства на енергията на кванта, при която фотохимичното действие едва започва да бъде възможно. Квантите на видимата светлина възбуждат фотохимични реакции в специфична фоточувствителна тъкан – в ретината на окото.
Ултравиолетовите лъчи са невидими, тяхната дължина на вълната е по-малка, честотата и енергията на кванта са по-високи, излъчването е по-интензивно, разнообразието от фотохимични реакции и биологични ефекти е по-голямо.
Ултравиолетовите лъчи се разделят на:
- Дълговълнови/меки/близки UVA (400…315 nm);
- Средно твърд UVB (315…280 nm);
- Кратковълнови/далечни/тверди UVC (280…100 nm).
Бактерицидното действие на ултравиолетовото лъчение
Бактерицидното действие оказва твърдият ултравиолет UVC и в по-малка степен ултравиолетът със средна твърдост UVB. По кривата на бактерицидната ефективност евидентно е, че явно бактерицидно действие оказва само тесен диапазон от 230…300 nm, тоест около една четвърт от диапазона, наричан ултравиолетов.
Рис. 2 Криви на бактерицидна ефективност от []
Квантите с дължини на вълни в този диапазон се абсорбират от нуклеиновите киселини, което води до разрушаване на структурата на ДНК и РНК. Освен бактерицидното, което убива бактериите, този диапазон оказва вирулицидно (противовирусно), фунгицидно (противогрибково) и спороцидно (убиващо спори) действие. Включително убива и РНК-съдържащия вирус SARS-CoV-2, който предизвика пандемията през 2020 г.
Бактерицидното действие на слънчевата светлина
Бактериалното действие на слънчевата светлина е относително слабо. Нека разгледаме слънчевия спектър над атмосферния слой и под него:
Рис. 3. Спектър на слънчевото излъчване над атмосферата и на морското равнище. Най-енергичната част от ултравиолетовия спектър не достига до повърхността на Земята (взето от Уикипедия).
Струва си да се обърне внимание на жълтеникаво оцветения надатмосферен спектър. Енергията на кванта от лявата страна на спектъра на надатмосферните слънчеви лъчи с дължина на вълната под 240 нм съответства на енергията на химичната връзка от 5.1 еВ в молекулата на кислорода «O2». Молекулярният кислород абсорбира тези кванти, химичната връзка се разкъсва и се образува атомарен кислород «O», който отново се свързва в молекули на кислорода «O2» и частично в озон «O3».
Слънчевият надатмосферен UVC образува озон в горните слоеве на атмосферата, известен като озонов слой. Енергията на химичната връзка в молекулата на озона е по-ниска, отколкото в молекулата на кислорода и затова озонът абсорбира кванти с по-ниска енергия, отколкото кислородът. Ако кислородът абсорбира само UVC, то озоновият слой абсорбира както UVC, така и UVB. Получава се, че слънцето в края на ултравиолетовата част на спектъра генерира озон, който след това абсорбира голяма част от агресивния слънчев ултравиолетов, защитавйки Земята.
Сега нека внимателно, обръщайки внимание на дължините на вълните и мащаба, съпоставим слънчевия спектър с спектъра на бактерицидното действие.
Рис. 4 Спектър на бактерицидното действие и спектър на слънчевото излъчване.
Ясно е, че бактерицидното действие на слънчевата светлина е незначително. Частта от спектъра, способна да оказва бактерицидно действие, почти напълно се абсорбира от атмосферата. В различни сезони и на различни ширини ситуацията се различава малко, но качествено е сходна.
Опасност от ултравиолетово лъчение
Ръководител на една от големите държави предложи: «за лечение на COVID-19 е необходимо да се достави слънчева светлина в организма». Обаче, бактерицидният UV унищожава РНК и ДНК, включително и човешките. Ако «доставим слънчева светлина в организма» – човекът ще загине.
Епидермисът, на първо място слой от мъртви клетки, защитава живата тъкан от UVC. Под епидермалния слой прониква само по-малко от 1% от UVC [СЗО]. По-дългите вълни UVB и UVA проникват на по-дълбочина.
Ако нямаше слънчева ултравиолетова светлина, е възможно хората да нямат епидермис и рогов слой, а повърхността на тялото да бъде слузеста, както при охлювите. Но тъй като хората са еволюирали под слънцето, слузести са само защитените от слънчевата светлина повърхности. Най-уязвимата слузеста повърхност е очната лигавица, която условно е защитена от ултравиолетовата светлина от векове, от миглите, веждите, мускулите на лицето и навика да не се гледа в слънцето.
Когато за пръв път успели да заменят лещата с изкуствена, офталмолозите се сблъскали с проблема с изгарянията на ретината. Започнали да се запознават с причините и открили, че естествената човешка леща е непрозрачна за ултравиолетовото лъчение и защитава ретината. След това започнали да правят изкуствените лещи също непрозрачни за ултравиолетовото лъчение.
Изображението на окото под ултравиолетови лъчи илюстрира непрозрачността на лещата за ултравиолетово лъчение. Не е желателно да се осветява собственото око с ултравиолетово, тъй като с времето лещата помътнява, в т.ч. и поради натрупаната с годините доза ултравиолетово светло, и се нуждае от замяна. Затова ще се възползваме от опита на смели хора, които пренебрегнали безопасността, осветили си очите с ултравиолетова фенерче на дължина на вълната 365 нм, и публикували резултата в YouTube.
Рис. 5 Кадър от видеото на YouTube канала "Kreosan".
Ултравиолетовите фенерчета, предизвикващи луминисценция с дължина на вълната 365 нм (UVA), са популярни. Купуват се от възрастни, но неизбежно попада в ръцете на деца. Децата осветяват с тези фенерчета очите си, внимателно и за дълго време разглеждат светещия кристал. Тези действия е желателно да бъдат предотвратени. Ако това се е случило, може да се успокоите с мисълта, че катаракта при проучвания с мишки, уверено се причинява от облъчване на лещата с UVB, но катарогенният ефект на UVA не е стабилен [].
И все пак точният спектър на влиянието на ултравиолетовото лъчение върху лещата не е известен. А ако се вземе предвид, че катаракта е силно отложен ефект, е нужно известно количество ум, за да не се осветява предварително в очите с ултравиолетово.
Сравнително бързо под ултравиолетови лъчи възпалението на лигавиците на окото, наречено фотокератит и фотоконюнктивит, може да се прояви. Лигавиците стават червени и се появява усещане за «пясък в очите». Ефектът отминава след няколко дни, но многократните изгаряния могат да доведат до замъгляване на роговицата.
Дължините на вълните, които предизвикват тези ефекти, приблизително съответстват на тежестната функция на УВ-опасността, представена в стандарта за фотобиологична безопасност [IEC 62471] и приблизително съвпада с диапазона бактерицидно действие.
Рис. 6 Спектри на действието на ултравиолетовото лъчение, причиняващи фотоконюнктивит и фотокератит от [] и тежестната функция на актиничната УВ опасност за кожата и очите от [].
Прагова доза за фотокератит и фотоконюнктивит е 50-100 Дж/m², това значение не надвишава дозите, използвани при дезинфекция. Не може да се дезинфектира лигавицата на окото с ултравиолетови лъчи, без да се предизвика възпаление.
Еритемата, известна като «слънчево изгаряне», е опасна не само в ултравиолетовия диапазон до 300 nm. Според някои източници максималната спектрална ефективност на еритемата е на дължини на вълните около 300 nm []. Минималната доза, която предизвиква едва забележима еритема (Минимална еритемна доза) за различните типове кожа варира от 150 до 2000 Дж/m². За жителите на средната пояса типичната МЭД може да се счита за около 200-300 Дж/m².
UVB в диапазона 280-320 nm, с максимум около 300 nm, предизвиква рак на кожата. Няма прагова доза, по-високата доза – по-висок риск, а ефектът е отложен.
Рис. 7 Криви на действието на ултравиолетовите лъчи, предизвикващи еритема и рак на кожата.
Фотоиндуцираното стареене на кожата се предизвиква от ултравиолетовото лъчение в целия диапазон от 200 до 400 nm. Известна е снимка на шофьор, подложен на облъчване от слънчеви ултравиолетови лъчи преимуществено от лявата страна. Шофьорът е имал навика да кара с отворен прозорец, но дясната част на лицето му е била защитена от слънчев ултравиолет от предното стъкло. Разликата в възрастовото състояние на кожата от двете страни е впечатляваща:
Рис. 8 Снимка на шофьор, който в продължение на 28 години е возил с отворен прозорец [].
Ако нагло се оцени, че възрастта на кожата от различните страни на лицето на този човек варира с двадесет години и това е резултат от факта, че приблизително тези същите двадесет години едната страна на лицето е била изложена на слънце, а другата не, можем да направим предпазливо заключение, че един ден на открито слънце остарява кожата с един ден.
Според справочните данни [] е известно, че в средните ширини през лятото под директно слънце минималната еритемна доза от 200 Дж/м2 се натрупва по-бързо от един час. Сравнявайки тези цифри с направеното заключение, можем да направим още едно заключение – стареенето на кожата при периодична и краткотрайна работа с ултравиолетови лампи не представлява значителна опасност.
Колко ултравиолетово лъчение е необходимо за дезинфекция
Броят на оцелелите микроорганизми на повърхностите и във въздуха намалява експоненциално с увеличаване на дозата на ултравиолетово лъчение. Например, дозата, убиваща 90% от микобактериите на туберкулоза – 10 Дж/м2. Две такива дози убиват 99%, три дози убиват 99,9% и т.н.
Рис. 9 Зависимостта на дялa оцелели микобактерии на туберкулоза от дозата на ултравиолетовото излъчване с дължина на вълната 254 нм.
Експоненциалната зависимост е забележителна с това, че дори малка доза убива значителна част от микроорганизмите.
Сред изброените в [] патогенни микроорганизми, най-устойчива на ултравиолетово лъчение е салмонелата. Дозата, убиваща 90% от нейните бактерии – 80 Дж/м2. Според прегледа [Kowalski2020], средното значение на дозата, убиваща 90% от коронавирусите – 67 Дж/м2. Но за повечето микроорганизми тази доза не надвишава 50 Дж/м2. За практически цели може да се запомни, че стандартната доза, дезинфекцираща с ефективност 90%, е 50 Дж/м2.
Според утвърдената от Министерството на здравеопазването на Русия методика за използване на ултравиолетово лъчение за дезинфекция на въздуха [] максималната ефективност на дезинфекция „три деветки“ или 99,9% е необходима за операционни зали, родилни домове и т.н. За училищни класни стаи, помещения в обществени сгради и т.н. е достатъчна „една деветка“, т.е. 90% унищожени микроорганизми. Това означава, че в зависимост от категорията на помещението е достатъчно от една до три стандартни дози 50…150 Дж/м2.
Пример на изчисление на необходимото време за облъчване: да предположим, необходимо е да се дезинфекцира въздуха и повърхностите в стая с размери 5 × 7 × 2,8 метра, за което се използва една открита лампа Philips TUV 30W.
В техническото описание на лампата е посочен бактерициден поток от 12 Вт []. В идеалния случай целият поток попада строго на дезинфекцираните повърхности, но в реалната ситуация половината от потока ще се загуби без полза, например, ще осветява прекалено интензивно стената зад светилника. Следователно ще разчитаме на полезен поток от 6 Вт. Общата облъчена площ на повърхностите в помещението – под 35 м2 + таван 35 м2 + стени 67 м2, общо 137 м2.
В средно на повърхностите пада поток на бактерицидно облъчване 6 Вт/137м2 = 0,044 Вт/м2. За един час, т.е. за 3600 секунди, на тези повърхности ще се получи доза 0,044 Вт/м2 × 3600 с = 158 Дж/м2, или закръглено 150 Дж/м2. Което съответства на три стандартни дози от 50 Дж/м2 или „три деветки“ – 99,9% бактерицидна ефективност, т.е. изискванията за операционни. А тъй като изчислената доза, преди да падне на повърхностите, е преминала през обема на стаята, е дезинфекцирал и въздуха с не по-малка ефективност.
Ако изискванията за стерилност не са твърде строги и е достатъчна „една деветка“, за разглеждания пример е необходимо три пъти по-малко време за облъчване – закръглено 20 минути.
Защита от ултравиолетово лъчение
Основната мярка за защита по време на дезинфекция с ултравиолетово лъчение е излизането от помещението. Намирането близо до работеща УФ-лампа, но завъртането на погледа не помага, лигавиците на очите все пак ще се облъчат.
Частична мярка за защита на лигавиците на очите могат да бъдат стъклени очила. Категоричното твърдение „стъклото не пропуска ултравиолетово“ е неправилно, в известна степен пропуска, и различните марки стъкло пропускат различно. Но като цяло с намаляване на дължината на вълната коефициентът на пропускане намалява, и UVC се пропуска ефективно само от кварцово стъкло. Очилата за зрение в никакъв случай не са кварцови.
С увереност можем да кажем, че не пропускат ултравиолетово лъчение лещите на очила с маркировка UV400.
Рис. 10 Спектър на пропускане на стъклените лещи с индекси UV380, UV400 и UV420. Изображение от сайта []
Мярката за защита включва използването на бактерицидни UVC източници, които не излъчват потенциално опасни, но неефективни за дезинфекция UVB и UVA диапазони.
Източници на ултравиолетова светлина
UV диоди
Най-разпространените ултравиолетови диоди с дължина на вълната 365 нм (UVA) са предназначени за „полицейски фенерчета“, които предизвикват флуоресценция за откриване на невидими замърсявания без ултравиолетова светлина. Дезинфекция с такива диоди не е възможна (вж. рис. 11).
За дезинфекция могат да се използват кратковълнови UVC диоди с дължина на вълната 265 нм. Цената на модула с диоди, който да замени ртутната бактерицидна лампа, е три пъти по-висока от цената на лампата, поради което на практика такива решения за дезинфекция на големи площи не се използват. Но се появяват компактни устройства с UV диоди за дезинфекция на малки площи – инструменти, телефони, места с наранявания на кожата и т.н.
Ртутни лампи с ниско налягане
Ртутната лампа с ниско налягане е стандарт, с който се сравняват всички останали източници.
Основната част от енергията на излъчване на парите от ртут при ниско налягане в електрически разряд е на дължина на вълната 254 нм, което е идеално за дезинфекция. Малка част от енергията се излъчва на дължина на вълната 185 нм, която интензивно генерира озон. И съвсем малко количество енергия се излъчва на други дължини на вълната, включително видимия спектър.
В обикновените ртутни флуоресцентни лампи с бяла светлина стъклото на колбата не пропуска ултравиолетовото лъчение, излъчвано от парите на ртут. Но люминофорът, бял прах по стените на колбата, под действието на ултравиолетова светлина свети в видимия спектър.
UVB или UVA лампите са устроени по подобен начин, стъклената колба не пропуска пиковете на 185 нм и 254 нм, но люминофорът под действието на кратковълновата ултравиолетова светлина излъчва не видима светлина, а дълговълнова ултравиолетова светлина. Това са лампи за технически цели. И тъй като спектърът на UVA лампите е подобен на слънчевия, тези лампи се използват и за загар. Сравнението на спектъра с кривата на бактерицидната ефективност показва, че използването на UVB и още повече UVA лампи за дезинфекция не е целесъобразно.
Рис. 11 Сравнение кривой бактерицидна ефективност, спектъра на UVB лампата, спектъра на „златистата“ UVA лампа и спектъра на диода 365 нм. Спектрите на лампите са взети от сайта на американската асоциация на производителите на бои [].
Забелязваме, че спектърът на флуоресцентната UVA лампа е широк и обхваща UVB диапазона. Спектърът на диода 365 нм е значително по-тесен, това е „чист” UVA. Ако е необходим UVA за предизвикване на флуоресценция за декоративни цели или за откриване на замърсявания, употребата на диода е по-безопасна от използването на ултравиолетова флуоресцентна лампа.
Живакова бактерицидна ниско налягане UVC лампа се различава от флуоресцентните, тъй като по стените на колбата няма флуоресцентен прах и колбата пропуска ултравиолетови лъчи. Основната линия 254 нм винаги се пропуска, а линията, генерираща озон, 185 нм, може да остане в спектъра на лампата или да бъде отстранена от колбата от стъкло с селективно пропускане.
Рис. 12 Диапазонът на излъчване е указан на етикета на ултравиолетовите лампи. Бактерицидната UVC лампа може да бъде разпозната по липсата на флуоресцентен прах на колбата.
Озонът оказва допълнително бактерицидно действие, но е канцероген, затова за да не се чака изчезването на озона след дезинфекция, се използват лампи, които не генерират озон и нямат линия 185 нм в спектъра. Тези лампи имат почти идеален спектър — основната линия с висока бактерицидна ефективност 254 нм, много слабо излъчване в небактерицидните диапазони на ултравиолета и малко „сигнално” излъчване в видимия диапазон.
Рис. 13. Спектърът на живакова ниско налягане UVC лампа (предоставен от списание lumen2b.ru) е комбиниран със спектъра на слънчевото излъчване (от Wikipedia) и кривата на ефективността на бактерицидното действие (от ESNA Lighting Handbook []).
Синето сияние на бактерицидните лампи позволява да видим, че живаковата лампа е включена и работи. Сиянието е слабо и това създава заблуждаващо впечатление, че гледането на лампата е безопасно. Не осъзнаваме, че излъчването в UVC диапазона съставлява 35…40% от общата мощност, консумирана от лампата.
Рис. 14 Малка част от енергията на излъчването на парите на живак попада във видимия диапазон и се вижда като слабо синьо сияние.
Бактерицидната спирална лампа с ниско налягане има същия цокъл като обикновената флуоресцентна, но е изработена в друга дължина, за да не се поставя в стандартни осветителни тела. Осветителното тяло за бактерицидната лампа, освен габаритите, се отличава с това, че всички пластмасови части са устойчиви на ултравиолетова светлина, проводниците от ултравиолетова светлина са защитени, и няма дифузер.
За домашни бактерицидни нужди, авторът използва бактерицидна лампа 15 Вт, която преди е била използвана за дезинфекция на питателния разтвор на хидропонната система. Нейният аналог може да бъде намерен с търсене „aquarium uv sterilisator“. При работа на лампата се отделя озон, което не е добре, но за дезинфекция, например на обувки, е полезно.
Рис. 15 Нисконаправени луминесцентни лампи с различни типове цокли. Изображения от сайта Aliexpress.
Лампите с ртутно налягане средно и високо налягане
Повишаването на налягането на парите от ртутта усложнява спектъра, спектърът се разширява и в него се появяват повече линии, включително на генериращите озон дължини на вълната. Въвеждането на добавки в ртутта води до още по-голямо усложнение на спектъра. Има много разновидности на подобни лампи, а спектъра на всяка е уникален.
Рис. 16 Примери на спектри на лампи с ртутно налягане средно и високо налягане
Повишаването на налягането намалява КПД на лампата. На примера на марката Aquafineuv, лампите със средно налягане в областта на UVC излъчват вече 15-18% от консумираната мощност, а не 40% като лампите с ниско налягане. А цена на оборудването за един ват поток UVC се получава по-висока [].
Намалението на КПД и покачването на цената на лампата се компенсира от компактността. Например, дезинфекцията на течаща вода или сушенето на лака, нанасян с висока скорост в полиграфията, изисква компактни и мощни източници, единичната цена и ефективността не са важни. Но използването на такава лампа за дезинфекция не е коректно.
UV-облучател от горелка ДРЛ и лампа ДРТ
Има „народен“ начин да се получи мощен източник на ултравиолетово светене на сравнително ниска цена. Излизат от употреба, но все още се продават лампи ДРЛ с бяло осветление от 125…1000 Вт. В тези лампи, вътре в външната колба, има „горелка“ — ртутна лампа с високо налягане. Тя излъчва широколентов ултравиолет, който остава зад външната стъклена колба, но кара люминофора на стените ѝ да свети. Ако счупите външната колба и свържете горелката към мрежата чрез стандартен дросел, ще получите мощен излъчвател на широколентов ултравиолет.
Такъв грубо изработен излъчвател има недостатъци: ниска ефективност в сравнение с лампите с ниско налягане, голямо количество ултравиолетово лъчение извън бактерицидния диапазон и не е безопасно да се остава в помещението известно време след изключването на лампата, докато озонът не се разпадне или не се изтегли.
Но има и неоспорими предимства: ниска цена и висока мощност при компактни размери. Към предимствата може да се добави и генерирането на озон. Озонът дезинфекцира сенчестите повърхности, на които не достигат лъчите на ултравиолета.
Рис. 17 Ултравиолетов излъчвател, направен от лампи ДРЛ. Снимката се публикува с разрешението на автора, български стоматолог, използващ този излъчвател в допълнение към стандартната бактерицидна лампа Philips TUV 30W.
Подобни източници на ултравиолетово лъчение за дезинфекция в формата на ртутни лампи с високо налягане се използват в излъчватели тип ОУФК-01 „Слънчице“.
Например, за популярната лампа „ДРТ 125-1“ производителят не публикува спектъра, но в документацията предоставя параметрите: интензивност на облъчване на разстояние 1 м от лампата UVA – 0,98 Вт/м2, UVB – 0,83 Вт/м2, UVC – 0,72 Вт/м2, бактерициден поток 8 Вт, и след употреба е необходима вентилация на помещението от озон []. На директния въпрос за разликата между лампата ДРТ и горелката ДРЛ, производителят в своя блог отговори, че ДРТ има изолиращо зелено покритие върху катодите.
Рис. 18 Източник на широколентов ултравиолет — лампа ДРТ-125
От заявените характеристики е видно, че спектърът е широколентов с почти равна дял на излъчването в мекото, средното и жестокото ултравиолетово, включително обхваща генериращия озон жесток UVC. Бактерицидният поток съставлява 6.4% от консумираната мощност, т.е. КПД-то е 6 пъти по-ниско от това на тръбна лампа с ниско налягане.
Производителят не публикува спектъра на тази лампа, а в интернет циркулира една и съща картинка със спектъра на някоя от ДРТ. Източникът е неизвестен, но съотношението на енергия в UVC, UVB и UVA диапазоните не съответства на заявените за лампа ДРТ-125. За ДРТ е заявено приблизително равно съотношение, а по спектъра е видно, че енергията UVB е многократно по-висока от енергията UBC. А в UVA е многократно по-висока, отколкото в UVB.
Рис. 19. Спектърът на дъговата ртутна лампа с високо налягане, най-често илюстриращ спектъра на широко приложимите в медицински цели ДРТ-125.
Ясно е, че лампите с различно налягане и добавки в ртутта излъчват по различен начин. Също е ясно, че неинформирания потребител е склонен да си представя желаните характеристики и свойства на продукта, да придобие основана на собствените си предположения увереност и да извърши покупка. Публикацията на спектъра на конкретна лампа ще предизвика обсъждания, сравнения и заключения.
Авторът някога е закупил инсталация ОУФК-01 с лампа ДРТ-125 и няколко години е използвал за тестове на UV-устойчивост на пластмасови изделия. Облъчвал е едновременно две изделия, едно от които е контролно от устойчив на ултравиолетово пластмаса, и е наблюдавал кое ще пожълтее по-бързо. За такова приложение знанието за точната форма на спектъра не е задължително, важно е само излъчвателят да бъде широколентов. Но какво да се използва широколентово ултравиолетово, ако се изисква дезинфекция?
В назначението на ОУФК-01 е посочено, че излъчвателят се прилага при остри възпалителни процеси. Т.е. в случаите, когато положителният ефект от дезинфекцията на кожата надвишава възможната вреда от широколентовото ултравиолетово. Очевидно, че и в такъв случай е по-добре да се използва тяснообхватно ултравиолетово, без дължини на вълните в спектъра, които оказват друго действие освен бактерицидното.
Дезинфекция на въздуха
Ултравиолетовите лъчи не се считат за достатъчно ефективен метод за дезинфекция на повърхности, тъй като те не могат да проникнат в места, където спиртът, например, може. Но ултравиолетовата светлина е ефективна при дезинфекция на въздуха.
При кашляне и кихане се образуват капчици с размери от няколко микрометра, които остават във въздуха от няколко минути до няколко часа []. Изследванията показват, че за заразяване е достатъчна само една аерозолна капка.
На открито сме относително защитени поради огромните обеми и подвижността на въздуха, способен да разпръсква и дезинфектира всяко кихане с времето и слънчевата радиация. Дори в метрото, докато процентът на заразените остава малък, общият обем на въздуха в сравнение с един заразен е голям, а добрата вентилация намалява риска от разпространение на инфекцията. Най-опасното място по време на пандемии от въздушно-капкови заболявания е асансьорът. Затова кихачите трябва да останат в карантина, а въздухът в обществени помещения с недостатъчна вентилация се нуждае от дезинфекция.
Рециркулятори
Един от вариантите за дезинфекция на въздуха са затворени UV рециркулятори. Нека обсъдим един от тези рециркулятори – „Дезар 7“, който е известен с това, че е забелязван дори в кабинета на висшето ръководство на държавата.
В описанието на рециркулятора се посочва, че той обработва 100 м3 на час и е предназначен за обработка на помещение с обем 100 м3 (приблизително 5 × 7 × 2,8 метра).
Обаче, способността да се дезинфекцира 100 м3 въздух за час не означава, че въздухът в стая с обем 100 м3 ще бъде обработен с такава ефикасност за един час. Обработеният въздух разрежда замърсения въздух, който отново и отново попада в рециркулятора. Не е сложно да се създаде математически модел и да се изчисли ефективността на този процес:
Рис. 20 Влияние на работата на UV рециркулятора върху количеството микроорганизми във въздуха на стаята без вентилация.
За да се намали концентрацията на микроорганизми във въздуха с 90%, рециркуляторът трябва да работи повече от два часа. При липса на вентилация в помещението, това е възможно. Но помещения с хора и без вентилация в нормални условия няма. Например, [] предписва минимален разход на външен въздух при вентилация 3 м3 на час на 1 м2 от площта на апартамента. Това отговаря на пълна замяна на въздуха на всеки час и прави работата на рециркулацията безполезна.
Ако разглеждаме модела на непълно смесване, а не ламинарни струи, които преминават през установена сложна траектория в стаята и отиват в отоплението, ползата от дезинфекцията на една от тези струи е още по-малка, отколкото при модела на пълно смесване.
Във всеки случай УФ-рециркулацията не е по-полезна от отворен прозорец.
Една от причините за ниската ефективност на рециркулациите е изключително малкият бактериален ефект в преразпределение на всеки ват УФ-поток. Лъчът преминава около 10 сантиметра вътре в установката, след което се отразява от алуминия с коефициент около k=0,7. Това означава, че ефективното преминаване на лъча вътре в установката е около половин метър, след което той се поглъща безполезно.
Рис. 21. Кадър от видео в Youtube, на което разглеждат рециркулацията. Видими са бактерицидни лампи и алуминиева отразяваща повърхност, която е значително по-слабо отражение на ултравиолетово лъчение отколкото на видима светлина [].
Бактерицидна лампа, която е открито закачена на стената в кабинета на поликлиниката и се включва от лекаря по график, е многократно по-ефективна. Лъчите от откритата лампа преминават няколко метра, дезинфекцирайки първо въздуха, а след това и повърхностите.
Устройства за облъчване на въздуха в горната част на помещението
В стаите на болниците, в които постоянно се намират лежащи болни, понякога се използват УФ-установки, които облъчват циркулиращите въздушни потоци под тавана. Основният недостатък на такива установки е решетката, която покрива лампите, позволяваща преминаването само на лъчи, които идват строго в една посока, поглъщайки безполезно над 90% от останалия поток.
Може допълнително да се продухва въздуха през такъв облъчвател, за да се получи рециркулация, но това не се прави, вероятно поради нежелание да се получи прахосъбирател в стаята.
Рис. 22 Подтавилен УФ-облъчвател на въздуха, изображение от сайта [].
Решетките предпазват хората в помещението от пряка UV светлина, но потокът, който преминава през решетката, достига до тавана и стените и се дифузно отразява, с коефициент на отражение около 10%. Помещението се запълва с многопосочно UV лъчение и хората получават доза UV пропорционална на времето, прекарано в помещението.
Рецензенти и автор
Рецензенти:
Артем Балабанов, инженер-електрончик, разработчик на UV-системи за втвърдяване;
Румен Василев, к.т.н., специалист по осветление, ООД «Интерлукс», България;
Вадим Григороф, биофизик;
Станислав Лермонтов, инженер-осветител, ООО «Комплексни системи»;
Алексей Панкрашкин, к.т.н., доцент, полупроводникова светотехника и фотоника, ООО «ИНТЕХ Инжиниринг»;
Андрей Храмов, специалист по проектиране на осветление за медицински заведения;
Виталий Цвирко, ръководител на светотехническата лаборатория «ЦСОТ НАН Беларуси»
Автор: Антон Шаракшанэ, к.ф.-м.н., специалист по осветление и биофизик, Първи МГМУ им. И.М. Сеченова
Връзки
Връзки
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 ДЕЗИНФЕКЦИЯ НА ВЪЗДУХ С УЛТРАФИОЛЕТОВИ ЛЪЧЕНИЯ
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Физика на оптичните излъчвания и осветителна техника. Част 10: Фотобиологически активни радиации, количества, символи и спектри на действие. Физика на оптичните излъчвания и осветителна техника. Фотобиологически активна радиация. Размери, условни обозначения и спектри на действие.
[ESNA] Справочник за осветление ESNA, 9-то издание. ред. Реа М.С. Сдружение за осветителна инженерия на Северна Америка, Ню Йорк, 2000
[IEC 62471] ГОСТ Р МЭК 62471-2013 Лампи и лампови системи. Светобиологична безопасност
[Kowalski2020] Владислав Я. Ковалски и др., 2020 COVID-19 Коронавирус Уязвимост на ултравиолетово лъчение, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Лисма]
[Mitsuichemicals]
[Nejm]
[Paint]
[TUV]
[ВОЗ] Световна здравна организация. Ултравиолетово излъчване: Официален научен преглед на въздействието на UV радиацията върху околната среда и здравето с упоминание на глобалното изчерпване на озоновия слой.
[Дезар]
[Р 3.5.1904-04] Р 3.5.1904-04 Използване на ултравиолетово бактерицидно лъчение за дезинфекция на въздуха в помещения
[СП 60.13330.2016] СП 60.13330.2016 Отопление, вентилация и климатизация.
Източник: habr.com
