Свойствата на ултравиолета зависят от дължината на вълната, а ултравиолетовото излъчване от различни източници се различава по спектър. Нека обсъдим кои източници на ултравиолетово лъчение можем да използваме, за да максимизираме бактерицидното действие и да минимизираме рисковете от нежелани биологични ефекти.
Рис. 1. На фотографията не се извършва дезинфекция с UVC излъчване, както може да се помисли, а се демонстрира използването на защитен костюм с откриване на люминесцентни петна от учебни телесни течности в UVA лъчи. UVA е мек ултравиолет и не оказва бактерицидно действие. Затворените очи са оправдана мярка за безопасност, тъй като широкият спектър на използваната люминесцентна лампа UVA пресича UVB, който е опасен за зрението (източник Simon Davis/DFID).
Дължината на вълната на видимата светлина съответства на енергията на кванта, при която по-скоро става възможно фотохимичното действие. Кванти на видимата светлина предизвикват фотохимични реакции в специфична фотосензитивна тъкан – в ретината на окото.
Ултравиолетът е невидим, дължината му на вълната е по-малка, а честотата и енергията на кванта са по-високи, излъчването е по-строго, разнообразието на фотохимични реакции и биологични ефекти е по-голямо.
Ултравиолетът се разделя на:
- Близък по свойства до видимата светлина дълговълнови/мек/близък UVA (400…315 нм);
- Среден по жестокост – UVB (315…280 нм);
- Кратковълнов/далечен/жесток – UVC (280…100 нм).
Бактерицидно действие на ултравиолетовото лъчение
Бактерицидно действие оказва строгият ултравиолет – UVC, а в по-малка степен ултравиолетът със средна жестокост – UVB. По кривата на бактерицидната ефективност се вижда, че очевидно бактерицидно действие оказва само узкият диапазон от 230…300 нм, т.е. около една четвърт от диапазона, наречен ултравиолет.
Рис. 2 Криви на бактерицидната ефективност от []
Кванти с дължини на вълните в този диапазон се абсорбират от нуклеиновите киселини, което води до разрушаване на структурата на ДНК и РНК. Освен бактерицидно, т.е. убиващо бактерии, този диапазон оказва вирулцидно (противовирусно), фунгицидно (противогрибково) и спороцидно (убиващо спори) действие. Включително убива вируса SARS-CoV-2, съдържащ РНК, който предизвика пандемията през 2020 г.
Бактерицидно действие на слънчевата светлина
Бактерицидното действие на слънчевата светлина е относително малко. Нека да погледнем слънчевия спектър над атмосферата и под атмосферата:
Рис. 3. Спектър на слънчевото излъчение над атмосферата и на нивото на морето. Най-жестоката част от ултравиолетовия спектър не достига до повърхността на земята (заимствано от Уикипедия).
Важно е да обърнем внимание на обозначения спектър над атмосферата, оцветен в жълто. Енергията на кванта от левия край на спектъра на слънчевите лъчи над атмосферата, 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 кислород "O2" и, частично, озон "O3".
Слънчевият надатмосферен UVC образува озон в горните слоеве на атмосферата, наречен озонов слой. Енергията на химичната връзка в молекулата на озона е по-ниска, отколкото в молекулата на кислорода, затова озонът абсорбира кванти с по-ниска енергия, отколкото кислородът. И ако кислородът абсорбира само UVC, то озоновият слой абсорбира и UVC, и UVB. Получава се, че слънцето в края на ултравиолетовата част от спектъра генерира озон, а този озон след това абсорбира по-голямата част от жесткия слънчев ултравиолет, защитявайки Земята.
А сега внимателно, обръщайки внимание на дължините на вълните и мащаба, да съпоставим слънчевия спектър със спектъра на бактерицидното действие.
Рис. 4 Спектър на бактерицидното действие и спектъра на слънчевото излъчение.
Видно е, че бактерицидното действие на слънчевата светлина е незначително. Част от спектъра, способна да оказва бактерицидно действие, почти напълно се абсорбира от атмосферата. В различно време на годината и при различни ширини ситуацията се различава малко, но качествено е подобна.
Опасност от ултравиолетовото
Ръководител на една от големите страни предложи: "за лечение на COVID-19 е нужно да се достави слънчева светлина вътре в организма". Обаче, бактерицидният УФ унищожава РНК и ДНК, включително и човешките. Ако "доставим слънчева светлина вътре в организма" – човекът ще загине.
Епидермисът, най-вече роговият слой от отмрели клетки, защитава живата тъкан от UVC. Под епидермалния слой прониква само по-малко от 1% от излъчването на UVC [СЗО]. По-дългите вълни UVB и UVA проникват на по-голяма дълбочина.
Ако не беше слънчевият ултравиолет, е възможно хората да нямат епидермис и рогов слой, а повърхността на тялото да е била слизестa, като при охлювите. Но тъй като хората са еволюирали под слънцето, слизестите повърхности са само тези, които са защитени от слънцето. Най-уязвимата слизеста повърхност е тази на окото, условно защитена от ултравиолетово лъчение вечно, от клепачите, миглите, веждите, мускулите на лицето и навика да не се гледа директно към слънцето.
Когато за пръв път се научиха да заменят лещата с изкуствена, офталмолозите срещнаха проблема с изгарянията на ретината. Започнаха да проучват причините и установиха, че живата човешка леща не е прозрачна за ултравиолетова светлина и защитава ретината. След това започнаха да правят и изкуствените лещи непрозрачни за ултравиолетова светлина.
Изображението на окото при ултравиолетови лъчи илюстрира непрозрачността на лещата за ултравиолетова светлина. Не е желателно да осветявате собственото си око с ултравиолетова светлина, тъй като с времето лещата помръква, включително и заради натрупаната с години доза ултравиолетова светлина, и нуждае от замяна. Затова ще се възползваме от опита на смели хора, които пренебрегнаха безопасността, осветявайки си очите с ултравиолетова фенер на дължина на вълната 365 нм и публикуваха резултата в YouTube.
Рис. 5 Кадър от видеото на Youtube канала „Kreosan“.
Ултравиолетовите фенерчета, които предизвикват луминесцентност с дължина на вълната 365 нм (UVA), са популярни. Те се купуват от възрастни, но неизбежно попават в ръцете на деца. Децата си осветяват очите с тези фенерчета, внимателно и продължително разглеждат светещия кристал. Такива действия е желателно да се предотвратят. Ако това се е случило, можете да се успокоите със знанието, че катаракта в изследвания на мишки уверено се предизвиква от облъчване на лещата с UVB, но катарагенозният ефект на UVA е нестабилен [].
И все пак точният спектър на действието на ултравиолета върху лещата остава неизвестен. А ако вземем предвид, че катарактата е силно отложен ефект, е нужно известно количество ум, за да не си осветявате очите с ултравиолетова светлина предварително.
Сравнително бързо под ултравиолетовите лъчи се възпаляват лигавиците на окото, което се нарича фотокератит и фотоконюнктивит. Лигавиците стават червени и се появява усещане за „пясък в очите“. Ефектът изчезва след няколко дни, но многократните изгаряния могат да доведат до замъгляване на роговицата.
Дължините на вълните, причиняващи тези ефекти, приблизително съответстват на натоварената функция на UV-опасността, представена в стандарта за фотобиологична безопасност [IEC 62471] и приблизително съвпадат с диапазона на бактериално действие.
Рис. 6 Спектри на действие на ултравиолетовите лъчи, причиняващи фотоконюнктивит и фотокератит от [] и натоварената функция на активна UV-опасност за кожата и очите от [].
Прагови дози за фотокератит и фотоконюнктивит 50-100 Дж/м2, това значение не надвишава дозите, използвани при дезинфекция. Да се дезинфекцира лигавицата на окото с ултравиолетови лъчи, без да се предизвика възпаление, не е възможно.
Еритемата, или „слънчевото изгаряне“, е опасна за ултравиолетовите лъчи в диапазона до 300 нм. Според някои източници максималната спектрална ефективност на еритема се наблюдава на дължини на вълните около 300 нм []. Минималната доза, причиняваща едва забележима еритема МЕД (Минимална Еритемна Доза) за различни типове кожа варира от 150 до 2000 Дж/м2. За жителите на средната ивица типичната МЕД може да се счита за около 200…300 Дж/м2.
UVB в диапазона 280-320 нм, с максимум около 300 нм, причинява рак на кожата. Няма прагова доза, повече доза – по-висок риск, а ефектът е отложен.
Рис. 7 Криви на действие на ултравиолетовите лъчи, причиняващи еритема и рак на кожата.
Фотоиндуцираното стареене на кожата се причинява от ултравиолетовите лъчи в целия диапазон от 200…400 нм. Известно е известната фотография на шофьор, който е бил изложен на слънчеви ултравиолетови лъчи предимно от лявата страна. Шофьорът е имал навика да пътува с отворено прозорец, но дясната част на лицето беше защитена от слънчевите ултравиолетови лъчи от предното стъкло. Разликата в възрастовото състояние на кожата от дясната и лявата страна е впечатляваща:
Рис. 8 Снимка на шофьора, пътуващ 28 години с отворено прозорец [].
Ако грубо оценим, че възрастта на кожата от различната страна на лицето на този човек се различава с двадесет години и това е следствие от факта, че приблизително тези същите двадесет години едната страна на лицето е била осветена от слънцето, а другата - не, можем да направим предпазлив извод, че един ден под открито слънце остарява кожата с един ден.
От справочните данни [] е известно, че в средните ширини през лятото под пряко слънце минималната еритемна доза от 200 Дж/м2 се набира по-бързо отколкото за час. Сравнявайки тези цифри с направените изводи, можем да направим още един извод - остаряването на кожата при периодична и кратка работа с ултравиолетови лампи не представлява значителна опасност.
Колко ултравиолетово-светлина е необходимо за дезинфекция
Броят на оцелелите микроорганизми на повърхностите и във въздуха намалява експоненциално с увеличаването на дозата на ултравиолетово-светлина. Например, дозата, убиваща 90% от микобактериите на туберкулоза, е 10 Дж/м2. Две такива дози убиват 99%, три дози убиват 99,9% и т.н.
Рис. 9 Зависи колко оцелели микобактерии на туберкулоза от дозата на ултравиолетово излъчване с дължина на вълната 254 нм.
Експоненциалната зависимост е забележителна с това, че дори малка доза убива голяма част от микроорганизмите.
Сред изброените в [] патогенни микроорганизми, най-устойчива на ултравиолетово-светлина е салмонелата. Дозата, убиваща 90% от нейните бактерии, е 80 Дж/м2. Според прегледа [Kowalski2020] средната стойност на дозата, убиваща 90% от коронавирусите, е 67 Дж/м2. Но за по-голямата част от микроорганизмите тази доза не надвишава 50 Дж/м2. За практически цели може да се запомни, че стандартната доза, дезинфекцираща с ефективност от 90%, е 50 Дж/м2.
Според действащата одобрена от Министерството на здравеопазването на Русия методика за използване на ултравиолетово-светлина за дезинфекция на въздуха [] максималната ефективност на дезинфекция „три девятки“ или 99,9% е необходима за операционни, родилни домове и др. За училищни класове, помещения на обществени сгради и др. е достатъчно „една девятка“, 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 оценка на необходимото време за облъчване: да приемем, че е необходимо да се дезинфектира въздухът 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 W []. В идеалния случай целият поток отива строго към дезинфектирания повърхности, но в реалната ситуация половината поток ще се загуби без полза, например ще осветява прекалено интензивно стената зад светилника. Затова ще разчитаме на полезен поток от 6 W. Общата облъчвана площ на повърхностите в помещението – под 35 м² + таван 35 м² + стени 67 м², общо 137 м².
Средно на повърхностите попада поток на бактерицидно излъчване 6 W/137m² = 0,044 W/m². За час, тоест за 3600 секунди, на тези повърхности ще падне доза 0,044 W/m² × 3600 с = 158 J/m², или закръглено 150 J/m². Преподаването на три стандартни дози от 50 J/m² или „три деветки“ – 99,9% бактерицидна ефективност, т.е. изискванията за операционните. И тъй като изчислената доза, преди да достигне повърхностите, е преминала през обема на стаята, тя също така е дезинфектирала въздуха с не по-малка ефективност.
Ако изискванията за стерилност не са високи и е достатъчна „една деветка“, за разглеждания пример е нужно три пъти по-малко време за облъчване – закръглено 20 минути.
Защита от ултравиолетово
Основната мярка за защита по време на дезинфекция с ултравиолетово лъчение е излизането от помещението. Прекараването в близост до работеща УФ-лампа, но отклонявайки поглед, не помага, тъй като слъзните очи все пак ще бъдат облъчвани.
Частичната мярка за защита на слъзните очи могат да бъдат стъклени очила. Категоричното твърдение „стъклото не пропуска ултравиолетово“ е неверно, в известна степен пропуска, и различните марки стъкло по различен начин. Но като цяло, с намаляване на дължината на вълната, коефициентът на пропускане намалява, и UVC се пропуска ефективно само през кварцово стъкло. Очилата за ръце във всеки случай не са кварцови.
Сигурно може да се каже, че не пропускат ултравиолетово лещите на очилата с маркировка UV400.
Рис. 10 Спектър на пропускане на очилата с индексите UV380, UV400 и UV420. Изображение от сайта []
Също така мярка за защита е използването на източници на бактерицидния диапазон UVC, които не излъчват потенциално опасни, но неефективни за дезинфекция UVB и UVA.
Източници на ултравиолетова светлина
УФ-диоди
Най-разпространените ултравиолетови диоди с дължина на вълната 365 нм (UVA) са предназначени за "полиционни фенерчета", които предизвикват люминесценция за откриване на невидими замърсители без ултравиолетова светлина. Дезинфекцията с такива диоди е невъзможна (виж фиг. 11).
За дезинфекция могат да се използват късовълнови UVC-диоди с дължина на вълната 265 нм. Цената на модула с диоди, който да замени ртутната бактерицидна лампа, надвишава цената на лампата три пъти, поради което на практика такива решения не се използват за дезинфекция на големи площи. Но се появяват компактни устройства на УФ-диоди за дезинфекция на малки площи – инструменти, телефони, места с увреждане на кожата и т.н.
Ртутни лампи с ниско налягане
Ртутната лампа с ниско налягане е стандарт, спрямо който се сравняват всички останали източници.
Основната част от енергията, излъчвана от парите на ртутта при ниско налягане по време на електрически разряд, попада в дължината 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 вълните, включително видимия диапазон.
В обикновените ртутни флуоресцентни лампи с бяла светлина стъклото на колбата не пропуска излъчваните от парите на ртутта ултравиолетови лъчи. Но люминофорът, бял прах по стените на колбата, под действието на ултравиолетовата светлина свети в видимия диапазон.
Лампите UVB или UVA са устроени по подобен начин, стъклената колба не пропуска пиковете 185 нм и 254 нм, но люминофорът под действието на късовълновата ултравиолетова светлина излъчва невидима светлина, а дълговълновата ултравиолетова светлина. Това са лампи с техническо предназначение. И тъй като спектърът на лампите UVA е подобен на слънчевия, такива лампи се използват и за тен. Сравнението на спектъра с кривата на бактерицидна ефективност показва, че употребата на лампи UVB и особено UVA за дезинфекция е нецелесъобразна.
Рис. 11 Сравнение на кривата на бактерицидната ефективност, спектралния обхват на лампата UVB, спектралния обхват на лампата UVA "за загар" и спектралния обхват на диода 365 нм. Спектрите на лампите са взети от сайта на Американската асоциация на производителите на бои [].
Следва да отбележим, че спектърът на флуоресцентната лампа UVA е широк и обхваща UVB диапазона. Спектърът на диода 365 нм е значително по-тесен, това е "честен UVA". Ако е необходим UVA, за да предизвика люминесценция за декоративни цели или за откриване на замърсявания, използването на диода е по-безопасно в сравнение с използването на ултравиолетова флуоресцентна лампа.
Ртутната бактерицидна лампа с ниско налягане UVC се различава от флуоресцентните по това, че на стените на колбата няма люминофор и колбата пропуска ултравиолетова светлина. Основната линия 254 нм винаги се пропуска, а линията, генерираща озон 185 нм, може да бъде включена в спектъра на лампата или да бъде премахната от колбата от стъкло с селективно предаване.
Рис. 12 Диапазонът на излъчване е указан на етикета на ултравиолетовите лампи. Бактерицидната лампа UVC може да бъде разпозната по отсъствието на люминофор на колбата.
Озонът упражнява допълнително бактерицидно действие, но е канцероген, затова, за да не се чака разсейването на озона след дезинфекция, се използват лампи, които не образуват озон, без линия 185 нм в спектъра. Тези лампи имат почти идеален спектър — основна линия с висока бактерицидна ефективност 254 нм, много слабо излъчване в небактерицидните диапазони на ултравиолетовото излъчване и малко "сигнално" излъчване в видимия диапазон.
Рис. 13. Спектърът на ртутната лампа с ниско налягане UVC (предоставен от списание lumen2b.ru) е съчетан със спектъра на слънчевото излъчване (от Уикипедия) и кривата на ефективността на бактерицидното действие (от ESNA Lighting Handbook []).
Синьото свечение на бактерицидните лампи позволява да се види, че ртутната лампа е включена и работи. Светенето е слабо и това създава заблуждаващо впечатление, че гледането на лампата е безопасно. Ние не усещаме, че излъчването в UVC диапазона представлява 35…40% от общата мощност, консумирана от лампата.
Рис. 14 Малка част от енергията на излъчване на парите от ртут е в видимия диапазон и се вижда като слабо синьо свечение.
Бактерицидна ртутна лампа с низко налягане има същия цокъл, както обикновената флуоресцентна, но е направена в различна дължина, за да не може бактерицидната лампа да се поставя в обикновени осветителни тела. Осветителят за бактерицидна лампа, освен размерите, се отличава с това, че всички пластмасови части са устойчиви на ултравиолетово, проводниците от ултравиолетово са покрити и няма разсейвател.
За домашни бактерицидни нужди авторът използва бактерицидна лампа от 15 W, която преди е използвана за дезинфекция на хранителен разтвор в хидропонна установка. Нейният аналог може да бъде намерен с търсене „aquarium uv стерилизатор“. При работа на лампата се отделя озон, което не е хубаво, но за дезинфекция, например, на обувки, е полезно.
Рис. 15 Ртутни лампи с ниско налягане с цокли от различни типове. Изображения от сайта Aliexpress.
Ртутни лампи със средно и високо налягане
Увеличаването на налягането на парите от живак води до усложняване на спектъра, спектърът се разширява и в него се появяват повече линии, включително на дължините на вълните, произвеждащи озон. Въвеждането на добавки в живак води до още по-голямо усложнение на спектъра. Съществуват много разновидности на подобни лампи и спектърът на всяка е уникален.
Рис. 16 Примери на спектри на ртутни лампи със средно и високо налягане
Увеличаването на налягането намалява КПД на лампата. На примера на марката Aquafineuv лампи с средно налягане в областта на UVC излъчват само 15-18% от консумираната мощност, вместо 40%, както при лампите с ниско налягане. И цената на оборудването на ват поток UVC се оказва по-висока [].
Намаляването на КПД и увеличаването на цената на лампата се компенсира от компакността. Например, дезинфекцията на проточна вода или сушенето на нанесения бързосъхнещ лак в полиграфията изискват компактни и мощни източници, където специфичната цена и ефективност не са важни. Но използването на такава лампа за дезинфекция е некоректно.
УФ-облъчвател от горелка ДРЛ и лампи ДРТ
Има „народен“ начин относително евтино да получите мощен източник на ултравиолетова светлина. Излизат от употреба, но все още се продават лампи ДРЛ с бяла светлина 125…1000 Вт. В тези лампи, вътре в външната колба, се намира „горелка“ — ртутна лампа с високо налягане. Тя излъчва широкоспектърен ултравиолет, който се задържа от външната стъклена колба, но кара люминофора на стените ѝ да свети. Ако разбивате външната колба и свържете горелката към мрежата чрез стандартен дросел, ще получите мощен излъчвател на широкоспектърен ултравиолет.
Такъв самостоятелно изработен излъчвател има недостатъци: ниска ефективност в сравнение с лампите с ниско налягане, голямо количество ултравиолетова светлина извън бактерицидния диапазон, и не може да се остава в помещението известно време след изключване на лампата, докато озонът не се разпадне или не се изветри.
Но несъмнено има и плюсове: ниска цена и голяма мощност при компактни размери. К плюсовете може да се добави и генерирането на озон. Озонът дезинфекцира потъмнелите повърхности, на които не попадат лъчите на ултравиолета.
Рис. 17 Ултравиолетов излъчвател, направен от лампи ДРЛ. Снимката се публикува с разрешение на автора, български стоматолог, който използва този излъчвател в допълнение към стандартната бактерицидна лампа Philips TUV 30W.
Аналогични източници на ултравиолетова светлина за дезинфекция под формата на ртутни лампи с високо налягане се използват в излъчватели от тип ОУФК-01 „Солнышко“.
Например, за популярната лампа „ДРТ 125-1“ производителят не публикува спектър, но в документацията посочва параметри: интензивност на облъчване на разстояние 1 м от лампата UVA – 0,98 Вт/м2, UVB – 0,83 Вт/м2, UVC – 0,72 Вт/м2, бактерицидна мощност 8 Вт, и след употреба е нужно проветряване на помещението от озона []. На пряк въпрос за разликата между лампата ДРТ и горелката ДРЛ, производителят в блога си отговори, че ДРТ има изолиращо зелено покритие на катодите.
Рис. 18 Източник на широкоспектърен ултравиолет — лампа ДРТ-125
Според посочените характеристики е видно, че спектърът е широколентов, с почти равни дялове на излъчване в мекото, средното и твърдото ултравиолетово, включително генерирания озон от твърдото UVC. Бактерицидният поток съставлява 6,4% от консумираната мощност, тоест КПД-то е 6 пъти по-ниско в сравнение с тръбната лампа с ниско налягане.
Производителят не публикува спектъра на тази лампа, а в интернет циркулира една и съща картинка от спектър на някоя от лампите ДРТ. Първоизточникът не е известен, но съотношението на енергията в UVC, UVB и UVA диапазони не отговаря на заявеното за лампата ДРТ-125. За ДРТ е посочено приблизително равно съотношение, а по спектъра е видно, че енергията в UVB е многократно по-висока от тази в UBC. А в UVA е многократно по-висока в сравнение с UVB.
Рис. 19. Спектър на дъговата ртутна лампа с високо налягане, която най-често илюстрира спектъра, широко използван в медицински цели ДРТ-125.
Ясно е, че лампите с различно налягане и добавки в ртутта излъчват малко по-различно. Също така е ясно, че неинформираният потребител е склонен да си представя желаните характеристики и свойства на продукта, да придобие увереност на база собствени предположения и да направи покупка. Публикуването на спектъра на конкретната лампа ще предизвика дискусии, сравнения и изводи.
Авторът веднъж купи инсталация ОУФК-01 с лампа ДРТ-125 и няколко години я използва за изпитвания на UV-устойчивост на пластмасови изделия. Облъчваше едновременно два продукта, едно от които беше контролно и изработено от UV-устойчив пластмасов материал и наблюдаваше кое ще пожълтее по-бързо. За такова приложение знанието за точната форма на спектъра не е задължително, важно е само излъчвателят да е широколентов. Но за какво да се прилага широколентов ултравиолетов, ако се изисква дезинфекция?
В назначението на ОУФК-01 е посочено, че облъчвателят се прилага при остри възпалителни процеси. Тоест в случаи, когато положителният ефект от дезинфекцията на кожата надвишава възможната вреда от широколентовия ултравиолет. Очевидно е, че и в такъв случай по-добре е да се използва тяснолентов ултравиолет, без дължини на вълните в спектъра, които оказват друго действие освен бактерицидно.
Дезинфекция на въздуха
Ултравиолетовата светлина се счита за недостатъчен метод за дезинфекция на повърхности, тъй като лъчите не могат да проникват там, където, например, може да проникне алкохол. Но ултравиолетовата светлина ефективно дезинфекцира въздуха.
При кихане и кашляне се образуват капчици с размери на няколко микрометра, които остават във въздуха от няколко минути до няколко часа []. Изследванията по туберкулоза показаха, че за заразяване е достатъчна една аерозолна капка.
На открито сме в относителна безопасност поради огромните обеми и подвижността на въздуха, който може да разпръсне и дезинфектира всеки кихане с времето и слънчевата радиация. Дори в метрото, докато процентът на заразените хора е малък, общият обем на въздуха в пряка зависимост от един заразен е голям, а добрата вентилация прави риска от разпространение на инфекцията малък. Най-опасното място по време на пандемии на заболявания, предавани по въздушно-капков път, е асансьорът. Затова кихащите трябва да бъдат под карантина, а въздухът в обществените помещения с недостатъчна вентилация се нуждае от дезинфекция.
Рециркулационни устройства
Един от вариантите за дезинфекция на въздуха са затворените УФ-рециркулационни устройства. Нека обсъдим едно такова рециркулационно устройство - "Дезар 7", известно с това, че е забелязано дори в кабинета на първоначалното лице на държавата.
В описанието на рециркулационното устройство се казва, че то провежда 100 м3 на час и е предназначено за обработка на помещение с обем 100 м3 (приблизително 5 × 7 × 2,8 метра).
Обаче, способността да се дезинфекцира 100 м3 въздух на час не означава, че въздухът в стаята с обем 100 м3 ще бъде обработен толкова ефективно за един час. Обработеният въздух разрежда мръсния въздух и по такъв начин отново и отново попада в рециркулационното устройство. Не е трудно да се построи математически модел и да се изчисли ефективността на този процес:
Рис. 20 Влияние на работата на УФ-рециркулационното устройство върху количеството микроорганизми във въздуха на стаята без вентилация.
За да се намали концентрацията на микроорганизми във въздуха с 90%, рециркулационното устройство трябва да работи повече от два часа. При отсъствие на вентилация в помещението, това е възможно. Но помещенията с хора и без вентилация обикновено не съществуват. Например, [] предписва минимален разход на външен въздух при вентилация 3 м3 на час на 1 м2 площ на апартамента. Това съответства на пълна подмяна на въздуха веднъж на час и обезсмисля работата на рециркулятора.
Ако разглеждаме модела на непълно смесване, а не ламинарни струи, които преминават по установената сложна траектория в стаята и изчезват в вентилацията, ползата от дезинфекцията на една от такива струи е още по-малка, отколкото в модела на пълно смесване.
Във всеки случай УФ-рециркуляторът не е по-ефективен от открехнат прозорец.
Една от причините за ниската ефективност на рециркуляторите е, че бактерицидният ефект на ват на УФ-stream е изключително малък. Лъчът преминава около 10 сантиметра в инсталацията, след което се отразява от алуминия с коефициент около k=0,7. Това означава, че ефективният пробег на лъча в инсталацията е около половин метър, след което той безполезно се абсорбира.
Рис. 21. Кадър от ролика на Youtube, в който разглеждат рециркулятора. Видими са бактерицидните лампи и алуминиевата отражателна повърхност, която отразява значително по-зле ултравиолетовото, отколкото видимата светлина [].
Бактерицидната лампа, която е открито окачена на стената в кабинета на поликлиниката и се включва по график от лекаря, е многократно по-ефективна. Лъчите от откритата лампа преминават няколко метра, дезинфекцирайки първо въздуха, а след това и повърхностите.
Облъчватели на въздуха в горната част на помещението
В стаите на болниците, в които постоянно се намират лежащи пациенти, понякога се използват УФ-устройства, облъчващи циркулиращите въздушни потоци под тавана. Основният недостатък на такива устройства е, че решетката, покриваща лампите, позволява да преминават само лъчите, които вървят строго в една посока, абсорбирайки безполезно над 90% от останалия поток.
Може допълнително да се пресушава въздуха през такъв облъчвател, за да полученият результат е рециркулятор, но това не се прави, вероятно поради нежелание да се получи прахосъбирач в палатата.
Рис. 22 Под тавана УФ-облъчвател на въздуха, изображение от сайта [].
Решетките защитават хората в помещението от пряка ултравioletова светлина, но потока, който преминава през решетката, попада на тавана и стените и дифузно се отразява, с коефициент на отражение около 10%. Помещението се запълва с многопосочно ултравioletово излъчване и хората получават доза ултравiolet, пропорционална на времето, прекарано в помещението.
Рецензенти и автор
Рецензенти:
Артём Балабанов, инженер-електронщик, разработчик на системи за УФ-отверждение;
Румен Василев, к.т.н., светотехник, ООД «Интерлукс», България;
Вадим Григоров, биофизик;
Станислав Лермонтов, инженер-светотехник, 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, началник на светотехническата изпитвателна лаборатория «ЦСОТ НАН Беларуси»
Автор: Антон Шаракшанэ, к.ф.-м.н, светотехник и биофизик, Първи МГМУ им. И.М. Сеченова
Връзки
Връзки
[Airsteril]
[Aquafineuv]
[CIE 155:2003] CIE 155:2003 УЛТРАВИОЛЕТОВО ДЕЗИНФЕКЦИРАНЕ НА ВЪЗДУХА
[DIN 5031-10] DIN 5031-10 2018 Физика на оптичните излъчвания и светотехника. Част 10: Фотобиологично активна радиация, количества, символи и спектри на действие.
[ESNA] Ръководство по осветление на ESNA, 9-то издание, редакция Rea M.S. Осветителното инженерство на Северна Америка, Ню Йорк, 2000
[IEC 62471] ГОСТ Р МЭК 62471-2013 Лампи и лампови системи. Светобиологична безопасност
[Kowalski2020] Wladyslaw J. Kowalski и др., 2020 COVID-19 Коронавирусна уязвимост към ултравiolet, DOI: 10.13140/RG.2.2.22803.22566
[Lisma]
[Mitsuichemicals]
[Nejm]
[Paint]
[TUV]
[ВОЗ] Световна здравна организация. Ултравioletово излъчване: Официален научен преглед на въздействието на УФ излъчването върху околната среда и здравето, с упоменаване на глобалното изтощаване на озоновия слой.
[Дезар]
[Р 3.5.1904-04] Р 3.5.1904-04 Използване на ултравioletово бактерицидно излъчване за дезинфекция на въздуха в помещения
[СП 60.13330.2016] СП 60.13330.2016 Отопление, вентилация и климатизация.
Източник: habr.com
