Эффективность дезинфекции УФ-облучением

В в некоторых условиях сложно проводить дезинфекцию непосредственно в присутствии людей. Один из наиболее эффективных способов обеззараживания воздуха в таких помещениях, а также в других объектах, – это использование бактерицидных установок. Ультрафиолетовое (УФ) облучение является методом дезинфекции, основанным на применении УФ-излучения с длиной волны 205–315 нм, которое обладает бактерицидным действием. Наибольшую эффективность показывают УФ-лучи с длиной волны 254–257 нм.

УФ-облучение в сравнении с химическими методами дезинфекции имеет несколько преимуществ: лампы ОБН обладают высоким бактерицидным эффектом, обеспечивают значительную производительность и могут служить до 5 лет. Лампы ОБН закрытого типа безопасны для людей и животных даже при длительном использовании, а процесс дезинфекции прост и не требует значительных усилий. Экономически выгоднее применять ОБН, чем химические дезинфицирующие средства.

Центры по контролю и профилактике заболеваний рекомендуют использовать УФ-лампы как дополнительный метод дезинфекции в лечебных учреждениях.

Работа ОБН основана на применении бактерицидных ламп низкого давления, которые излучают УФ-лучи с длиной волны 253,7 нм. Эти лучи эффективно подавляют жизнедеятельность микроорганизмов, ограничивая их способность к росту и размножению. ОБН показывают высокую эффективность против бактерий, микроскопических грибов и вирусов. Наиболее чувствительны к УФ-излучению вирусы и бактерии в вегетативной форме, тогда как плесневые грибы, дрожжи и споры бактерий обладают меньшей чувствительностью.

Сколько нужно энергии для дезинфекции?

При увеличении дозы ультрафиолетового излучения количество выживших микроорганизмов на поверхностях и в воздухе уменьшается по экспоненциальной зависимости. Например, доза, способная уничтожить 90% микобактерий туберкулеза, составляет 10 Дж/м². Две такие дозы уничтожат 99% микроорганизмов, три дозы — 99,9% и так далее. Важно отметить, что даже небольшая доза может уничтожить значительную часть микроорганизмов.

Среди упомянутых патогенных микроорганизмов наиболее устойчивой к ультрафиолету является сальмонелла. Доза, необходимая для уничтожения 90% ее бактерий, составляет 80 Дж/м². Согласно обзору, средняя доза, уничтожающая 90% коронавирусов, равна 67 Дж/м². Однако для большинства микроорганизмов эта доза не превышает 50 Дж/м². В практических целях можно запомнить, что стандартная доза для дезинфекции с эффективностью 90% составляет 50 Дж/м².

Согласно утвержденной Минздравом России методике использования ультрафиолета для обеззараживания воздуха, максимальная эффективность дезинфекции, достигающая 99,9% уничтожения микроорганизмов («три девятки»), необходима для операционных, родильных домов и т.п. Для школьных классов, общественных зданий и других подобных помещений достаточно эффективности в 90% («одна девятка»). Это означает, что в зависимости от типа помещения достаточно одной-трех стандартных доз 50–150 Дж/м².

Пример расчета необходимого времени облучения: предположим, требуется продезинфицировать воздух и поверхности в комнате с помощью одной лампы ОБН-150-02.

Согласно техническому описанию лампы, ее бактерицидный поток составляет 30 Вт. В идеальных условиях весь этот поток направляется на обрабатываемые поверхности, однако в реальных условиях примерно половина этого потока теряется, например, освещая стену за светильником. Таким образом, расчет будет основываться на полезном потоке в 15 Вт. Общая площадь обрабатываемых поверхностей в помещении (пол, потолок и стены) составляет 235 м².

Средний поток бактерицидного излучения на поверхности составит 15 Вт/235 м² = 0,064 Вт/м². За час, то есть за 3600 секунд, на эти поверхности поступит доза 0,064 Вт/м² × 3600 с = 230 Дж/м², что соответствует четырем стандартным дозам по 50 Дж/м², обеспечивая бактерицидную эффективность, необходимую для операционных. Кроме того, поскольку доза проходит через объем комнаты до того, как попасть на поверхности, с не меньшей эффективностью будет продезинфицирован и воздух.

Источники ультрафиолетового излучения

Диодные ламы

Самыми распространенными являются ультрафиолетовые диоды с длиной волны 365 нм (UVA), которые обычно используются в «полицейских фонариках» для выявления скрытых загрязнений, вызывая их люминесценцию. Однако такие диоды не подходят для дезинфекции. Для дезинфекции могут применяться коротковолновые UVC-диоды с длиной волны 265 нм. Однако стоимость модуля на таких диодах, способного заменить ртутную бактерицидную лампу, в тысячу раз превышает стоимость самой лампы, что делает их непрактичными для обработки больших площадей. Тем не менее, появляются компактные устройства на базе УФ-диодов, предназначенные для дезинфекции небольших объектов, таких как инструменты, телефоны, участки поврежденной кожи и т.д.

УФ-облучатель на основе горелки ДРЛ и лампы ДРТ

Существует «народный» способ создания мощного источника ультрафиолета по относительно низкой цене. Для этого можно использовать устаревающие, но все еще доступные в продаже лампы ДРЛ белого света мощностью 125…1000 Вт. Внутри таких ламп находится «горелка» — ртутная лампа высокого давления, излучающая широкополосный ультрафиолет. Обычно этот ультрафиолет поглощается внешней стеклянной колбой, которая заставляет светиться люминофор на своих стенках. Если разбить внешнюю колбу и подключить горелку к сети через стандартный дроссель, можно получить мощный источник широкополосного ультрафиолета.

Однако у такого самодельного излучателя есть свои недостатки: низкий КПД по сравнению с лампами низкого давления, значительная доля ультрафиолета вне бактерицидного диапазона, а также необходимость избегать присутствия в помещении некоторое время после выключения лампы, пока не исчезнет озон.

Вместе с тем, имеются и преимущества: низкая стоимость, высокая мощность при компактных размерах, а также генерация озона, который может продезинфицировать затененные участки, недоступные для ультрафиолетового излучения.

Ультрафиолет как средство дезинфекции

Ультрафиолет считается недостаточно эффективным для дезинфекции поверхностей, поскольку его лучи не могут проникнуть в труднодоступные места, куда, например, проникает спирт. Однако для дезинфекции воздуха ультрафиолет крайне эффективен.

При чихании и кашле в воздух выбрасываются капли размером в несколько микрометров, которые могут оставаться в подвешенном состоянии от нескольких минут до нескольких часов. Исследования туберкулеза показали, что для заражения может быть достаточно одной аэрозольной капли.

На открытом воздухе мы находимся в относительной безопасности благодаря огромному объему и движению воздуха, которые могут рассеять и обеззаразить любые частицы чиха под воздействием времени и солнечной радиации. Даже в метро, при низком проценте зараженных, большой объем воздуха на одного инфицированного и эффективная вентиляция снижают риск распространения инфекции. Самым опасным местом в условиях пандемий, передающихся воздушно-капельным путем, является лифт. Поэтому люди с симптомами должны находиться на карантине, а воздух в общественных местах с недостаточной вентиляцией нуждается в обеззараживании.

Облучатели воздуха потолочные

В палатах больниц, где пациенты находятся на постоянном постельном режиме, иногда используются УФ-установки для облучения воздуха, циркулирующего под потолком. Однако их основной недостаток заключается в том, что защитная решетка, прикрывающая лампы, пропускает лишь те лучи, которые направлены строго в одном направлении, что приводит к утрате более 90% излучения.

Хотя можно было бы организовать дополнительное продувание воздуха через такие устройства, превращая их в рециркуляторы, это не реализуется, вероятно, из-за опасений по поводу возможного накопления пыли в палате.

Решетки защищают находящихся в помещении людей от прямого воздействия ультрафиолетовых лучей, но оставшаяся часть излучения, проходящая через решетку, попадает на потолок и стены, где отражается диффузно с коэффициентом около 10%. В результате помещение наполняется ультрафиолетовым излучением, распространяющимся во всех направлениях, и люди получают дозу УФ-излучения в зависимости от времени, проведенного в помещении.