Ултравиолетова: ефективна дезинфекция и безопасност

Свойствата на ултравиолетовите лъчи зависят от дължината на вълната, а ултравиолетовите лъчи от различни източници се различават по спектър. Нека обсъдим кои UV източници и как да ги използваме, за да увеличим максимално бактерицидното действие, като същевременно минимизираме рисковете от нежелани биологични ефекти.

Ориз. 1. Снимката не показва дезинфекция с UVC лъчение, както си мислите, а тренировка за използване на защитен костюм с откриване на луминисцентни петна от трениращи телесни течности в UVA лъчи. UVA е мек ултравиолет и няма бактерициден ефект. Дръжте очите си затворени е разумна мярка за безопасност, тъй като широкоспектърната UVA флуоресцентна лампа, която използвате, пречи на UVB, което е вредно за очите ви (Източник: Simon Davis/DFID).

Дължината на вълната на видимата светлина съответства на квантовата енергия, при която фотохимичното действие едва сега става възможно. Квантите на видимата светлина възбуждат фотохимични реакции в специфична фоточувствителна тъкан - в ретината.
Ултравиолетът е невидим, дължината на вълната му е по-къса, честотата и енергията на кванта са по-високи, излъчването е по-твърдо, разнообразието от фотохимични реакции и биологични ефекти е по-голямо.

Ултравиолетовото се разделя на:

• Подобни по свойства на видимата светлина дълговълнова/мека/близо до UVA (400…315 nm);
• Средна твърдост - UVB (315 ... 280 nm);
• Късовълнов / далеч / твърд - UVC (280 ... 100 nm).

Бактерицидният ефект на ултравиолетовото лъчение

Бактерицидният ефект се упражнява от твърда ултравиолетова светлина - UVC и в по-малка степен ултравиолетова светлина със средна твърдост - UVB. Според кривата на бактерицидна ефективност може да се види, че само тесен диапазон от 230–300 nm, тоест около една четвърт от диапазона, наречен ултравиолетов, има ясен бактерициден ефект.

Ориз. 2 Криви на бактерицидна ефикасност от [CIE 155:2003]

Кванти с дължина на вълната в този диапазон се абсорбират от нуклеиновите киселини, което води до разрушаване на структурата на ДНК и РНК. В допълнение към бактерицидно, тоест убиващо бактериите, тази гама има вируциден (антивирусен), фунгициден (противогъбичен) и спороциден (убиващ спорите) ефект. Включително РНК-съдържащият вирус SARS-CoV-2020, който причини пандемията от 2 г., е убит.

Бактерицидният ефект на слънчевата светлина

Бактерицидният ефект на слънчевата светлина е относително малък. Нека да разгледаме слънчевия спектър над и под атмосферата:

Ориз. 3. Спектърът на слънчевата радиация над атмосферата и на морското равнище. Най-трудната част от ултравиолетовия диапазон не достига до земната повърхност (заимствано от Wikipedia).

Струва си да се обърне внимание на надатмосферния спектър, подчертан в жълто. Квантовата енергия на левия край на спектъра на надатмосферните слънчеви лъчи с дължина на вълната по-малка от 240 nm съответства на енергията на химичната връзка от 5.1 eV в кислородната молекула "O2". Молекулярният кислород абсорбира тези кванти, химичната връзка се разкъсва, образува се атомарен кислород "O", който се свързва обратно в кислородни молекули "O2" и частично озон "O3".

Слънчевият супраатмосферен UVC произвежда озон в горната атмосфера, наречена озонов слой. Енергията на химичната връзка в молекулата на озона е по-ниска, отколкото в молекулата на кислорода и следователно озонът абсорбира кванти с по-малко енергия от кислорода. И ако кислородът абсорбира само UVC, тогава озоновият слой абсорбира UVC и UVB. Оказва се, че слънцето в самия край на ултравиолетовата част на спектъра генерира озон и този озон след това абсорбира по-голямата част от твърдия слънчев ултравиолет, защитавайки Земята.

А сега, внимателно, обръщайки внимание на дължините на вълните и мащаба, нека комбинираме слънчевия спектър със спектъра на бактерицидно действие.

Ориз. 4 Спектър на бактерицидно действие и спектър на слънчева радиация.

Вижда се, че бактерицидният ефект на слънчевата светлина е незначителен. Частта от спектъра, способна да упражнява бактерициден ефект, се абсорбира почти напълно от атмосферата. По различно време на годината и на различни географски ширини ситуацията е малко по-различна, но качествено сходна.

Опасността от ултравиолетови лъчи

Ръководителят на една от големите държави предложи: „за да излекувате COVID-19, трябва да доставяте слънчева светлина в тялото“. Въпреки това, бактерицидната UV светлина разрушава РНК и ДНК, включително човешки. Ако "доставите слънчева светлина в тялото" - човек ще умре.

Епидермисът, предимно роговият слой на мъртвите клетки, защитава живата тъкан от UVC. Под епидермалния слой прониква само по-малко от 1% от UVC радиацията [СЗО]. По-дългите UVB и UVA вълни проникват по-дълбоко.

Ако нямаше слънчев ултравиолет, може би хората нямаше да имат епидермис и рогов слой, а повърхността на тялото щеше да бъде лигавица, като при охлюви. Но тъй като хората са еволюирали под слънцето, само защитените от слънце повърхности са лигави. Най-уязвима е лигавицата на окото, условно защитена от слънчевата ултравиолетова радиация от клепачите, миглите, веждите, подвижността на лицето и навика да не се гледа слънцето.

Когато за първи път научиха как да заменят лещата с изкуствена, офталмолозите се сблъскаха с проблема с изгарянията на ретината. Те започнаха да разбират причините и разбраха, че живата човешка леща за ултравиолетово лъчение е непрозрачна и предпазва ретината. След това те започнаха да правят изкуствени лещи, непрозрачни за ултравиолетовите лъчи.

Изображението на окото в ултравиолетовите лъчи илюстрира непрозрачността на лещата за ултравиолетова светлина. Не трябва да осветявате собственото си око с ултравиолетова светлина, тъй като с течение на времето лещата помътнява, включително и поради натрупаната през годините доза ултравиолетова светлина, и трябва да бъде заменена. Затова ще използваме опита на смели хора, които пренебрегнаха безопасността, осветиха очите си с ултравиолетово фенерче с дължина на вълната 365 nm и публикуваха резултата в YouTube.

Ориз. 5 Кадър от видеоклипа на Youtube канала Kreosan.

Индуциращите луминесценция 365 nm ултравиолетови (UVA) фенерчета са популярни. Купуват се от възрастни, но неизбежно попадат в ръцете на деца. Децата осветяват тези фенерчета в очите си, внимателно и дълго разглеждат светещия кристал. Желателно е да се предотвратят подобни действия. Ако случаят е такъв, човек може да се увери, че катаракта при проучвания с мишки със сигурност се причинява от UVB облъчване на лещи, но катарогенният ефект на UVA е нестабилен [СЗО].
И все пак точният спектър на действие на ултравиолетовото лъчение върху лещата не е известен. И като се има предвид, че катарактата е силно забавен ефект, е необходима известна доза интелигентност, за да не осветите очите си с ултравиолетова светлина предварително.

Лигавиците на окото се възпаляват относително бързо под ултравиолетова светлина, това се нарича фотокератит и фотоконюнктивит. Лигавиците стават червени и има усещане за "пясък в очите". Ефектът изчезва след няколко дни, но повтарящите се изгаряния могат да доведат до помътняване на роговицата.

Дължините на вълните, причиняващи тези ефекти, приблизително съответстват на претеглената функция за UV опасност, дадена в стандарта за фотобиологична безопасност [IEC 62471] и са приблизително същите като бактерицидния диапазон.

Ориз. 6 Спектър на действие на ултравиолетова светлина, причиняваща фотоконюнктивит и фотокератит от [DIN 5031-10] и претеглената функция на актиничната UV опасност за кожата и очите от [IEC 62471].

Праговите дози за фотокератит и фотоконюнктивит са 50-100 J/m2, като тази стойност не надвишава дозите, използвани за дезинфекция. Няма да работи за дезинфекция на лигавицата на окото с ултравиолетова светлина, без да причинява възпаление.

Еритема, т.е. "слънчево изгаряне" е опасна ултравиолетова светлина в диапазона до 300 nm. Според някои източници максималната спектрална ефективност на еритема е при дължини на вълните около 300 nm [СЗО]. Минималната доза, която причинява едва забележима еритема MED (Minimum Erythema Dose) за различните типове кожа варира от 150 до 2000 J/m2. За жителите на средната лента типичната стойност на EDR може да се счита за около 200…300 J/m2.

UVB в диапазона 280-320 nm, с максимум около 300 nm, причинява рак на кожата. Няма прагова доза, повече доза - по-висок риск, а ефектът е забавен.

Ориз. 7 UV криви на действие, причиняващи еритема и рак на кожата.

Фотоиндуцираното стареене на кожата се причинява от ултравиолетова светлина в целия диапазон от 200–400 nm. Има снимка на шофьор на камион, който е бил изложен на слънчева ултравиолетова радиация по време на шофиране, главно от лявата страна. Шофьорът имаше навика да шофира със спуснат прозорец, но дясната страна на лицето му беше защитена от ултравиолетовите лъчи на слънцето от предното стъкло. Разликата във възрастовото състояние на кожата от дясната и лявата страна е впечатляваща:

Ориз. 8 Снимка на шофьор, който кара със спуснат прозорец в продължение на 28 години [Нейм].

Ако грубо преценим, че възрастта на кожата от различните страни на лицето на този човек се различава с двадесет години и това е следствие от факта, че приблизително същите двадесет години едната страна на лицето е била огрявана от слънцето, а другото не беше, можем предпазливо да заключим, че един ден под открито слънце е един ден и състарява кожата.

От референтни данни [СЗО] известно е, че в средните географски ширини през лятото при пряко слънце минималната еритемна доза от 200 J/m2 се натрупва за по-малко от час. Сравнявайки тези цифри с направения извод, може да се направи още един извод - стареенето на кожата при периодична и кратка работа с ултравиолетови лампи не представлява съществена опасност.

Колко ултравиолетова светлина е необходима за дезинфекция

Броят на оцелелите микроорганизми по повърхностите и във въздуха намалява експоненциално с увеличаване на дозата ултравиолетово лъчение. Например дозата, която убива 90% от Mycobacterium tuberculosis е 10 J/m2. Две такива дози убиват 99%, три дози убиват 99,9% и т.н.

Ориз. 9 Зависимост на дела на оцелелите Mycobacterium tuberculosis от дозата ултравиолетово лъчение при дължина на вълната 254 nm.

Експоненциалната зависимост е забележителна с това, че дори малка доза убива повечето от микроорганизмите.

Сред изброените в [CIE 155:2003] патогенни микроорганизми, най-устойчиви на ултравиолетова салмонела. Дозата, която убива 90% от бактериите му е 80 J/m2. Според прегледа [Kowalski2020] средната доза, която убива 90% от коронавирусите, е 67 J/m2. Но за повечето микроорганизми тази доза не надвишава 50 J/m2. За практически цели може да се помни, че стандартната доза, която дезинфекцира с 90% ефективност, е 50 J/m2.

Съгласно действащата методология, одобрена от Министерството на здравеопазването на Русия за използване на ултравиолетово лъчение за дезинфекция на въздуха [R 3.5.1904-04] максимална ефективност на дезинфекция от "три деветки" или 99,9% е необходима за операционни зали, родилни домове и др. За училищни класове, обществени сгради и др. Достатъчно е „една деветка“, тоест 90% от унищожените микроорганизми. Това означава, че в зависимост от категорията на помещенията са достатъчни една до три стандартни дози от 50 ... 150 J / m2.

Пример за оценка на необходимото време на експозиция: Да приемем, че трябва да дезинфекцирате въздуха и повърхностите в стая с размери 5 × 7 × 2,8 метра, за което се използва една отворена лампа Philips TUV 30W.

Техническото описание на лампата показва бактерициден поток от 12 W [TUV]. В идеалния случай целият поток отива стриктно към дезинфекцираните повърхности, но в реална ситуация половината от потока ще бъде изхабен, например ще осветява стената зад лампата прекалено интензивно. Затова ще разчитаме на полезен поток от 6 вата. Общата облъчена повърхност в помещението е 35 m2 под + 35 m2 таван + 67 m2 стени, общо 137 m2.

Средно потокът от бактерицидно лъчение пада върху повърхността 6 W/137m2 = 0,044 W/m2. За един час, тоест за 3600 секунди, тези повърхности ще получат доза от 0,044 W/m2 × 3600 s = 158 J/m2, или закръглено 150 J/m2. Което съответства на три стандартни дози от 50 J / m2 или „три деветки“ - 99,9% бактерицидна ефективност, т.е. изисквания за операционна зала. И тъй като изчислената доза, преди да падне на повърхността, преминава през обема на помещението, въздухът се дезинфекцира с не по-малка ефективност.

Ако изискванията за стерилност са малки и е достатъчна „една деветка“, за разглеждания пример е необходимо три пъти по-кратко време на експозиция - закръглено 20 минути.

UV защита

Основната предпазна мярка при UV дезинфекция е напускане на помещенията. Намирането в близост до работеща UV лампа, но гледането настрани няма да помогне, лигавиците на очите все още са облъчени.

Стъклените очила могат да бъдат частична мярка за защита на лигавиците на окото. Категоричното твърдение „стъклото не пропуска ултравиолетови лъчи“ е неправилно, пропуска до известна степен и различните марки стъкла са различни. Но като цяло, с намаляване на дължината на вълната, пропускливостта намалява и UVC се предава ефективно само от кварцово стъкло. Стъклата за очила в никакъв случай не са кварцови.

С увереност можем да кажем, че стъклата на очила с маркировка UV400 не пропускат ултравиолетови лъчи.

Ориз. 10 Спектър на пропускане на стъкла за очила с индекси UV380, UV400 и UV420. Изображение от сайта [Мицуи химикали]

Също така е защитна мярка да се използват източници на бактерициден UVC диапазон, които не излъчват потенциално опасни, но неефективни за дезинфекция UVB и UVA диапазони.

Източници на ултравиолетова светлина

UV диоди

Най-често срещаните 365nm ултравиолетови (UVA) диоди са за "полицейски фенерчета", които предизвикват луминесценция за откриване на замърсители, невидими без UVA. Дезинфекция с такива диоди не е възможна (виж фиг. 11).
За дезинфекция могат да се използват късовълнови UVC диоди с дължина на вълната 265 nm. Цената на диоден модул, който би заменил живачна бактерицидна лампа, е с три порядъка по-висока от цената на една лампа, така че на практика такива решения не се използват за дезинфекция на големи площи. Но има компактни устройства на базата на UV диоди за дезинфекция на малки площи - инструменти, телефони, кожни лезии и др.

Живачни лампи с ниско налягане

Живачната лампа с ниско налягане е стандартът, по който се сравняват всички други източници.
Основната част от радиационната енергия на живачните пари при ниско налягане при електрически разряд пада върху дължина на вълната 254 nm, което е идеално за дезинфекция. Малка част от енергията се излъчва при дължина на вълната 185 nm, което генерира интензивен озон. И много малко количество енергия се излъчва при други дължини на вълните, включително във видимия диапазон.

В конвенционалните живачни флуоресцентни лампи с бяла светлина стъклото на колбата не пропуска ултравиолетово лъчение, излъчвано от живачни пари. Но фосфорът, бял прах по стените на колбата, свети във видимия диапазон под действието на ултравиолетовото лъчение.

UVB или UVA лампите са подредени по подобен начин, стъклената колба не пропуска пикове от 185 nm и пик от 254 nm, но фосфорът под действието на късовълнов ултравиолет не излъчва видима светлина, а дълговълнова ултравиолетова . Това са индустриални лампи. И тъй като спектърът на UVA лампите е подобен на слънчевия, такива лампи се използват и за тен. Сравнението на спектъра с кривата на бактерицидната ефективност показва, че не е препоръчително да се използват UVB лампи и още повече UVA за дезинфекция.

Ориз. 11 Сравнение на кривата на бактерицидна ефикасност, спектър на UVB лампа, UVA спектър на лампа за тен и 365nm диоден спектър. Спектрите на лампите са взети от уебсайта на Американската асоциация на производителите на бои [Боя].

Имайте предвид, че спектърът на UVA флуоресцентната лампа е широк и покрива UVB диапазона. Спектърът на 365 nm диод е много по-тесен, това е "честно UVA". Ако се изисква UVA за предизвикване на луминесценция за декоративни цели или за откриване на замърсяване, използването на диод е по-безопасно от използването на ултравиолетова флуоресцентна лампа.

Живачната бактерицидна UVC лампа с ниско налягане се различава от флуоресцентната по това, че по стените на колбата няма фосфор, а крушката пропуска ултравиолетова светлина. Основната линия от 254 nm винаги се пропуска, докато линията за генериране на озон от 185 nm може да бъде оставена в спектъра на лампата или премахната със селективна стъклена колба.

Ориз. 12 Диапазонът на излъчване е посочен върху маркировката на UV лампите. Бактерицидната UVC лампа може да се разпознае по липсата на фосфор върху крушката.

Озонът има допълнителен бактерициден ефект, но е канцероген, поради което, за да не се чака озонът да изветри след дезинфекция, се използват неозонообразуващи лампи без 185 nm линия в спектъра. Тези лампи имат почти перфектен спектър - основна линия с висока бактерицидна ефективност от 254 nm, много слабо излъчване в небактерицидните ултравиолетови диапазони и малко "сигнално" излъчване във видимия диапазон.

Ориз. 13. Спектърът на UVC живачна лампа с ниско налягане (предоставен от списанието lumen2b.ru) се комбинира със спектъра на слънчевата радиация (от Wikipedia) и кривата на бактерицидна ефикасност (от ESNA Lighting Handbook [ЕСНА]).

Синьото сияние на бактерицидните лампи ви позволява да видите, че живачната лампа е включена и работи. Светенето е слабо и това създава измамно впечатление, че е безопасно да се гледа лампата. Не смятаме, че UVC радиацията е 35-40% от общата мощност, консумирана от лампата.

Ориз. 14 Малка част от радиационната енергия на живачните пари е във видимия диапазон и се вижда като слабо синьо сияние.

Бактерицидната живачна лампа с ниско налягане има същата основа като конвенционалната флуоресцентна лампа, но е направена с различна дължина, така че бактерицидната лампа да не се поставя в обикновени лампи. Осветителното тяло за бактерицидна лампа, освен с размери, се отличава с това, че всички пластмасови части са UV-устойчиви, UV проводниците са затворени и няма разсейвател.

За домашни бактерицидни нужди авторът използва 15 W бактерицидна лампа, използвана преди това за обеззаразяване на хранителния разтвор на хидропонна инсталация. Неговият аналог може да се намери при заявка "аквариум uv стерилизатор". При светене на лампата се отделя озон, което не е добре, но е полезно за дезинфекция на обувки например.

Ориз. 15 Живачни лампи с ниско налягане с различни видове цокли. Снимки от сайта на Aliexpress.

Живачни лампи със средно и високо налягане

Увеличаването на налягането на живачните пари води до усложняване на спектъра, спектърът се разширява и в него се появяват повече линии, включително тези при дължини на вълните, генериращи озон. Въвеждането на добавки в живака води до още по-голямо усложняване на спектъра. Има много разновидности на такива лампи и спектърът на всяка е специален.

Ориз. 16 Примери за спектри на живачни лампи със средно и високо налягане

Увеличаването на налягането намалява ефективността на лампата. Използвайки примера на марката Aquafineuv, лампите със средно налягане в UVC зоната вече излъчват 15-18% от консумираната мощност, а не 40% като лампите с ниско налягане. И цената на оборудването на ват UVC поток е по-висока [Aquafineuv].
Намаляването на ефективността и увеличаването на цената на лампата се компенсира от компактността. Например, дезинфекцията на течаща вода или сушенето на лак, нанесен с висока скорост в печатарската индустрия, изискват компактни и мощни източници, единичната цена и ефективността не са важни. Но използването на такава лампа за дезинфекция е неправилно.

UV облъчвател от DRL горелка и DRT лампа

Има "народен" начин да получите мощен източник на ултравиолетови лъчи сравнително евтино. Те излизат от употреба, но все още се продават DRL лампи с бяла светлина от 125 ... 1000 W. В тези лампи във външната колба има „горелка“ - живачна лампа с високо налягане. Той излъчва широколентов ултравиолет, който се забавя от външната стъклена колба, но кара фосфора на стените му да свети. Ако счупите външната колба и свържете горелката към мрежата чрез стандартен дросел, получавате мощен излъчвател на широколентово ултравиолетово лъчение.

Такъв занаятчийски излъчвател има недостатъци: ниска ефективност в сравнение с лампите с ниско налягане, голяма част от ултравиолетовото лъчение извън бактерицидния диапазон и не можете да останете в стаята известно време след изключване на лампата, докато озонът се разпадне или изчезва.

Но предимствата са неоспорими: ниска цена и висока мощност при компактни размери. Генерирането на озон също е плюс. Озонът дезинфекцира сенчести повърхности, които не са изложени на ултравиолетови лъчи.

Ориз. 17 Ултравиолетов облъчвател, направен от DRL лампи. Снимката е публикувана с разрешението на автора, български зъболекар, използващ този осветител в допълнение към стандартна бактерицидна лампа Philips TUV 30W.

Подобни източници на ултравиолетови лъчи за дезинфекция под формата на живачни лампи с високо налягане се използват в облъчватели от типа OUFK-01 "Solnyshko".

Например за популярната лампа DRT 125-1 производителят не публикува спектъра, но документацията предоставя следните параметри: интензитет на излъчване на разстояние 1 m от лампата UVA - 0,98 W / m2, UVB - 0,83 W / m2, UVC – 0,72 W/m2, бактерициден поток 8 W, като след употреба е необходимо проветряване на помещението от озон [Лисма]. На директен въпрос за разликата между DRT лампа и DRL горелка, производителят отговори в своя блог, че DRT има изолиращо зелено покритие върху катодите.

Ориз. 18 Източник на широколентов ултравиолет - лампа DRT-125

Според декларираните характеристики се вижда, че спектърът е широколентов с почти равен дял на излъчване в мекия, средния и твърдия ултравиолет, включително твърдия UVC, който генерира озон. Бактерицидният поток е 6,4% от входящата мощност, т.е. ефективността е 6 пъти по-малка от тази на тръбна лампа с ниско налягане.

Производителят не публикува спектъра на тази лампа, а същата снимка със спектъра на някои DRT циркулира в интернет. Оригиналният източник е неизвестен, но съотношението на енергията в диапазоните UVC, UVB и UVA не отговаря на декларираните за лампата DRT-125. За DRT се декларира приблизително равно съотношение и спектърът показва, че UVB енергията е кратна на UBC енергията. И UVA е много по-високо от UVB.

Ориз. 19. Спектър на живачна дъгова лампа с високо налягане, която най-често илюстрира спектъра на широко използваната за медицински цели DRT-125.

Ясно е, че лампите с различни налягания и добавки с живак излъчват малко по-различно. Също така се разбира, че неинформираният потребител е склонен самостоятелно да си представи желаните характеристики и свойства на продукта, да придобие увереност въз основа на собствените си предположения и да направи покупка. И публикуването на спектъра на конкретна лампа ще предизвика дискусии, сравнения и заключения.

Веднъж авторът закупи модул OUFK-01 с лампа DRT-125 и го използва в продължение на няколко години, за да тества UV устойчивостта на пластмасови продукти. Облъчвах едновременно два продукта, като единият беше контролен от устойчива на ултравиолетови лъчи пластмаса и наблюдавах кой ще пожълтее по-бързо. За такова приложение не е необходимо познаване на точната форма на спектъра, важно е само излъчвателят да е широколентов. Но защо да използвате широколентов ултравиолет, ако е необходима дезинфекция?

При назначаването на OUFK-01 се посочва, че облъчвателят се използва при остри възпалителни процеси. Тоест в случаите, когато положителният ефект от дезинфекцията на кожата надвишава възможната вреда от широколентовото ултравиолетово лъчение. Очевидно в този случай е по-добре да се използва теснолентов ултравиолет, без дължини на вълните в спектъра, които имат ефект, различен от бактерициден.

Дезинфекция на въздуха

Ултравиолетовото се признава за недостатъчно средство за дезинфекция на повърхности, тъй като лъчите не могат да проникнат там, където прониква например алкохолът. Но ултравиолетовата светлина ефективно дезинфекцира въздуха.

При кихане и кашляне се образуват капчици с размери няколко микрометра, които висят във въздуха от няколко минути до няколко часа [CIE 155:2003]. Проучванията за туберкулоза показват, че една капка аерозол е достатъчна за инфекция.

На улицата сме в относителна безопасност поради огромните обеми и подвижност на въздуха, който може да разсее и дезинфекцира всяко кихане с времето и слънчевата радиация. Дори в метрото, докато делът на заразените хора е малък, общият въздушен обем на заразен човек е голям, а добрата вентилация намалява риска от разпространение на инфекцията. Най-опасното място по време на пандемии от въздушно-капкови болести е асансьорът. Затова кихащите трябва да бъдат поставени под карантина, а въздухът в обществените помещения с недостатъчна вентилация трябва да се дезинфекцира.

Рециркулатори

Един от вариантите за дезинфекция на въздуха са затворените UV рециклатори. Нека да обсъдим един от тези рециркулатори - Dezar 7, известен с това, че се вижда дори в кабинета на първия човек на държавата.

В описанието на рециркулатора се казва, че той издухва 100 m3 на час и е предназначен за обработка на стая с обем 100 m3 (приблизително 5 × 7 × 2,8 метра).
Въпреки това, възможността за дезинфекция на 100 m3 въздух на час не означава, че въздухът в стая със 100 m3 на час ще бъде третиран толкова ефективно. Обработеният въздух разрежда мръсния въздух и в тази форма отново и отново влиза в рециркулатора. Лесно е да се изгради математически модел и да се изчисли ефективността на такъв процес:

Ориз. 20 Влияние на работата на UV рециркулатора върху броя на микроорганизмите във въздуха на помещение без вентилация.

За да се намали концентрацията на микроорганизми във въздуха с 90%, рециркулаторът трябва да работи повече от два часа. При липса на вентилация в помещението това е възможно. Но в нормите няма стаи с хора и без вентилация. Напр. [WC 60.13330.2016] предписва минимален дебит на външния въздух за вентилация от 3 m3 на час на 1 m2 от площта на апартамента. Което отговаря на пълна подмяна на въздуха веднъж на час и обезсмисля работата на рециркулатора.

Ако разгледаме модел не на пълно смесване, а на ламинарни струи, които преминават по установена сложна траектория в помещението и отиват във вентилация, ползата от дезинфекцията на една от тези струи е още по-малка, отколкото при модела на пълно смесване.

Във всеки случай UV рециркулаторът не е по-полезен от отворен прозорец.

Една от причините за ниската ефективност на рециркулаторите е, че бактерицидният ефект е изключително малък по отношение на всеки ват UV поток. Лъчът преминава около 10 сантиметра вътре в инсталацията, след което се отразява от алуминий с коефициент около k=0,7. Това означава, че ефективният път на лъча вътре в инсталацията е около половин метър, след което се абсорбира безполезно.

Ориз. 21. Кадър от видео в Youtube, показващ разглобяването на рециклатора. Виждат се бактерицидни лампи и алуминиева отразяваща повърхност, които отразяват ултравиолетовото много по-лошо от видимата светлина [Десар].

В пъти по-ефективна е бактерицидна лампа, която виси открито на стената в кабинета на клиниката и се включва от лекаря по график. Лъчите от отворена лампа преминават няколко метра, като първо дезинфекцират въздуха, а след това и повърхностите.

Вентилатори в горната част на помещението

В болничните отделения, в които постоянно се намират лежащо болни, понякога се използват UV инсталации, които облъчват циркулиращи въздушни потоци под тавана. Основният недостатък на такива инсталации е, че решетката, която покрива лампите, пропуска само лъчи, които вървят строго в една посока, абсорбирайки повече от 90% от останалата част от потока без полза.

Можете допълнително да издухате въздух през такъв облъчвател, за да направите едновременно рециркулатор, но това не се прави, вероятно поради нежеланието да получите колектор за прах в отделението.

Ориз. 22 UV облъчвател под таван, изображение от сайта [airsteril].

Решетките предпазват хората в стаята от директен поток ултравиолетово лъчение, но потокът, преминал през решетката, удря тавана и стените и се отразява дифузно, с коефициент на отражение около 10%. Стаята е изпълнена с всепосочна ултравиолетова радиация и хората получават доза ултравиолетова радиация, пропорционална на времето, прекарано в стаята.

Рецензенти и автор

Рецензенти:
Артьом Балабанов, инженер по електроника, разработчик на системи за UV втвърдяване;
д-р Румен Василев, осветител, Интерлукс ООД, България;
Вадим Григоров, биофизик;
Станислав Лермонтов, инженер по осветление, Integrated Systems LLC;
Алексей Панкрашкин, д-р, доцент, Полупроводникова осветителна техника и фотоника, INTECH Engineering LLC;
Андрей Храмов, специалист по осветление на лечебни заведения;
Виталий Цвирко, ръководител на лабораторията за изпитване на осветлението на ЦСОТ НАН на Беларус
Автор: Антон Шаракшане, кандидат на физико-математическите науки, инженер по осветление и биофизик, Първи Московски държавен медицински университет. ТЯХ. Сеченов

Позоваването

Позоваването

[Airsteril] www.airsteril.com.hk/en/products/UR460
[Aquafineuv] www.aquafineuv.com/uv-lamp-technologies
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 УЛТРАВИОЛЕТОВА ДЕЗИНФЕКЦИЯ НА ВЪЗДУХА
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Физика на оптичното излъчване и осветителна техника. част 10 Физика на оптичното излъчване и светотехника. Фотобиологично активно лъчение. Размери, символи и спектри на действие
[ESNA] Наръчник за осветление на ESNA, 9-то издание. изд. Rea MS Illuminating Engineering Society of North America, Ню Йорк, 2000 г
[IEC 62471] GOST R IEC 62471-2013 Лампи и лампови системи. Лека биологична безопасност
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski et al., 2020 COVID-19 Коронавирус Ултравиолетова чувствителност, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Лисма] lisma.su/en/strategiya-i-razvitie/bactericidal-lamp-drt-ultra.html
[Химикали на Mitsui] jp.mitsuichemicals.com/en/release/2014/141027.htm
[Име] www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMicm1104059
[боя] www.paint.org/coatingstech-magazine/articles/analytical-series-principles-of-accelerated-weathering-evaluations-of-coatings
[TUV] www.assets.signify.com/is/content/PhilipsLighting/fp928039504005-pss-en_ru
[СЗО] Световна здравна организация. Ултравиолетова радиация: Официалният научен преглед на ефектите от ултравиолетовата радиация върху околната среда и здравето във връзка с глобалното изтъняване на озоновия слой.
[Desar] youtube.be/u6kAe3bOVVw
[R 3.5.1904-04] R 3.5.1904-04 Използване на ултравиолетово бактерицидно лъчение за дезинфекция на въздуха в затворени помещения
[SP 60.13330.2016] SP 60.13330.2016 Отопление, вентилация и климатизация.

Източник: www.habr.com