CC BY
18
НАРОДНЫЙ КОМИССАРИАТ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ СССР
ГИГИЕНА И САНИТАРИЯ
Отв. редактор А. Я. КУЗНЕЦОВ, зам. отв. редактора А. Н. СЫСИН, Члены редколлегии: Н. А. БАРАН, Ф. Е. БУДАГЯН, Н. П. КОМИССАРОВА, А. В. МОЛЬКОВ, Н. А. СЕМАШКО, 3. Б. СМЕЛЯНСКИЙ, Т. Я. ТКАЧЕВ Отв. секретари-. Р. М. БРЕЙ НИНА, Ц. Д. ПИК
¡д45 ю-й год издания
I " м -----■А&-./>
I Ничв^.л \
& сс" Л,
Проф. А. И. ШАФИР
К вопросу о стерилизации воздуха физическими методами электропреципитации и ультрафиолетовой радиации
Из кафедры общей гигиены Военно-морской медицинской академии
Стерилизация воздуха является Исключительно важной проблемой, которой в последнее время уделяется очень большое внимание отечественными и иностранными, главным образом американскими, учеными.
В настоящее время для очистки воздуха от микроорганизмов применяют: 1) электрические лампы, излучающие ультрафиолетовые лучи; 2) электрофильтры; 3) фильтры механического действия; 4) химические реагенты.
Ультрафиолетовая радиация и химические бактерицидные средства предназначены специально для дезинфекции и стерилизации воздуха, а электрофильтры и фильтры механического действия могут быть использованы одновременно для обеспложивания воздуха и его обеспыливания.
Постановка наших опытов с электрофильтрами и ультрафиолетовыми лампами преследовала двоякую цель: 1) установить условия и возможность применения электрофильтров и ультрафиолетовой радиации для очистки воздуха от микроорганизмов в обычных {непроизводственных) помещениях и 2) испытать центрифужный прибор автора для микробиологического анализа воздуха и параллельно аспирацион-лый метод Дьяконова с целью учета стерилизующего действия названных способов.
Испытание электрофильтров было организовано совместными усилиями кафедры общей гигиены Военно-морской медицинской академии и лаборатории им. Смурова Ленинградского электротехнического института им. В. И. Ульянова (Ленина).
Непосредственное участие в опытах принимали автор и инженер А. В. Дмитриев |(ЛЭТИ). Консультантами по оборудованию опытной установки были проф. Л. Машкиллейсон и доц. К. Архангельский (ЛЭТИ).
Действующая модель электрофильтра, установленная в кабинете кафедры общей гигиены академии, состояла из следующих элементов:
1. Металлический цилиндр с эффективной длиной 700 м'м. Диаметр коронирующего электрода А — 0,5 мм, диаметр осадительного электрода Ь = 60 мм.
2. Передвижная рентгеновская установка типа ПД-85 (модель 3), служившая источником выпрямленного тока высокого напряжения. Схема выпрямления однополупериодная. Минимальное напряжение лимитировалось схемой установки (14 кУшах), максимальное — пробивным напряжением фильтра (35 кУта*).
Измерение величины напряжения на фильтре производилось подключенным параллельно шаровым вольтметром (диаметр шаров £) = 6,25 см). Сила тока в цепи фильтра не измерялась ввиду отсутствия приборов.
3. Воздушная магистраль с двумя измерительными диафрагмами, воздухоотборной трубкой и вентилем. Воздух через фильтр и в дальнейшем через магистраль протягивался с помощью пылесоса. Одна из диафрагм (бблыпая) служила для регистрации количества просасываемого воздуха.
4. Центрифужный прибор автора. Количество просасываемого через прибор воздуха определялось посредством малой диафрагмы. Для облегчения условий работы контрольного прибора его выхлопное отверстие с помощью добавочного воздухопровода включалось в главную магистраль.
Параллельные опыты бактериологического исследования воздуха ставились с прибором Дьяконова, причем воздух через склянку Дрек-селя в этом случае протягивался воздуходувкой, снабженной реометром.
5. Два диференциальных микроманометра системы Кудачкова с переменными углами наклона трубок.
Взятие проб воздуха для посева при различных режимах работы опытного электрофильтра производилось в следующих точках: 1) на уровне 35 см от пола у входного отверстия установки и 2) из воздухо-проводящей магистрали за электрофильтром.
Вычисление эффективности действия электрофильтра определялось по формуле:
»1= -100,
где т] — степень очистки от микроорганизмов в процентах в 1 м3 воздуха; 0! — обсемененность 1 м3 воздуха до подачи Напряжения на фильтр; 0, — обсемененность 1 м3 воздуха после электрофильтрации.
Наибольший интерес при испытании электрофильтра представляли следующие зависимости: 1) уменьшение обсемененности протягиваемого с постоянной скоростью воздуха при переменном напряжении, подаваемом на фильтр; 2) уменьшение обсемененности протягиваемого с меняющейся скоростью воздуха при постоянном напряжении.
Контрольные приборы '(автора и Дьяконова) включались в установку через 20—30 секунд по достижении устойчивого режима действия электрофильтра. Выключение контрольных приборов осуществлялось после выключения пылесоса и снятия напряжения с фильтра. Эти условия обеспечивали засасывание в контрольные приборы стерильного воздуха из главного воздухопровода. С другой стороны, взятие проб воздуха из главной воздухопроводящей магистрали до начала каждой серии опытов и после них производилось при снятом напряжении на работающем пылесосе.
Сравнение результатов определения содержания микроорганизмов в 1 м3 воздуха непосредственно в помещении (у входного отверстия установки) и из воздухопроводящей магистрали (до подачи напряжения) почти неизменно показывало некоторое снижение (на 15—20%) обсемененности воздуха в магистрали. Объяснялось это двумя причи-
нами: 1) часть микроорганизмов успевала осесть на протяжении фильтра и начального отрезка воздухопровода и 2) благодаря имевшемуся в магистрали колену определенная часть аэрозолей отбрасывалась по инерции к верхней части воздухопровода, где их концентрация, естественно, становилась наибольшей; отбор же контрольных проб воздуха по конструкции установки производился с нижней части воздухопровода.
Ввиду несовершенства использованной для опытов аппаратуры поставленные эксперименты не преследовали задачи получения окончательных числовых результатов. Основной целью работы являлось установление общих закономерностей электрофильтрации мелкодисперсных частиц воздуха обычных помещений. Несмотря на имеющуюся погрешность в 10—15%, полученными результатами действия установки можно воспользоваться при ориентировочных расчетах опытного образца электрофильтра для стерилизации воздуха.
В ряде случаев при работе с описанной небольшой моделью электрофильтра удавалось добиться весьма высокой степени очистки воздуха от микроорганизмов:
1. Воздух рентгеновского кабинета ЛОРклиники Ы-ского госпиталя 4.У1.1941 г. содержал до поступления на фильтр 14 664 микроорганизма в 1 м3; после прохождения воздуха через фильтр микробное число уменьшилось до 15. Таким образом, электрофильтр задержал 99,9% бактерий и плесеней.
2. Бактериологическое исследование воздуха кабинета кафедры общей гигиены 28.У.1941 г. показало присутствие 7 600 микроорганизмов в 1 м3; при просасыванви того же количества воздуха через электрофильтр в нем было обнаружено всего 76 микроорганизмов. Эффективность очистки составляет 99%.
Близкие к этим данным результаты были получены в серийных опытах с меняющимися режимами работы установки.
Следующие условия можно было бы поставить проектировщикам электрофильтра, предназначенного для жилого или другого непроизводственного помещения:
1) производство минимального шума;
2) минимальные габариты всей установки;
3) легкость и полная безопасность управления Установкой, учитывая применение в электрофильтрах токов высокого напряжения;
4) быстрота и доступность очистки цилиндров от осевших на их стенках пыли и бактерий, среди которых могут оказаться сохранившие свою жизнеспособность патогенные для человека микроорганизмы;
5) экономичность;
6) отсутствие резкого изменения химического состава воздуха за счет газообразных примесей, которые могут появиться в большом количестве при электрических разрядах {озон, окислы азота).
Последнее требование выдвинуто в связи с литературными данными {Эйкен, Шнеерсон и Егоров) и собственными наблюдениями над работой опытной установки. В воздухе очень скоро после подачи напряжения начинал ощущаться запах озона.
Анализ проб воздуха, взятых в непосредственной близости от выхлопного отверстия пылесоса после 45—60 минут работы .электрофильтра, показал, что озона в воздухе содержалось от 0,002 до 0,0088 мт/л (определение Оэ производилось иодометрическим способом). Такие концентрации могут даже при непродолжительном вдыхании вызывать ясно выраженное раздражение слизистых оболочек, при вдыхании в течение '1 часа и 'более — кашель, сильную усталость, иногда сонливость и продолжительную головную боль (Флюри и Церник).
В 0,4 г налета со стенок осадительного электрода после трехдневной работы электрофильтра, установленного в кабинете кафедры, было
обнаружено около 280 ООО бактерий и свыше 48 ООО плесеней. Среди микроорганизмов были обнаружены стафилококки, стрептококки, очень много 'пигментных кокков, а также споровые палочковые формы и плесени. Говорить о бактерицидном и микоцидном действии на основании этих данных не приходится. Разработка вполне рационального способа очистки электродов от осевшей на них массы микроорганизмов составляет актуальную задачу, так как при несовершенных приемах удале-
1.10 о м/сек. 4.52 г м/сен 2.50 _ м/еас 4 80 ® м/сек
ния осадков со стенок цилиндра микроорганизмы могут быстро рассеяться в воздухе помещения.
Электрофильтры имеют по сравнению с другими способами обеспложивания воздуха одно только им свойственное преимущество, заключающееся в одновременном освобождении воздушной среды и от микроорганизмов, и от пыли, что для многих ответственных закрытых помещений имеет огромное значение.
По заключению научных сотрудников лаборатории им. Смурова Ленинградского электротехнического института им. Ульянова (Ленина), на основании предварительных исследований, произведенных совместно с кафедрой общей гигиены Военно-морской медицинской академии, для стерилизации и обеспыливания воздуха может быть изготовлен электрофильтр следующих параметров:
»
1. Объем очищаемого воздуха — 500 м3 в час.
2. Степень очистки при такой производительности 90—95%.
3. Потребляемая мощность 200—300 W <2—3 А при 110 V).
4. Вес установки 70—100 кг.
5. Внешнее конструктивное оформление — металлическая колонка или деревянный шкаф с отверстиями для поступления неочищенного воздуха и выхода очищенного воздуха.
6. Питание от осветительной сети переменного напряжения в 110 V.
7. Стоимость электрофильтра при серийном выпуске не должна превышать 2 000 рублей.
Из двух примененных методов учета стерилизующего эффекта электрофильтра (центрифужного — прибор автора и аспирационного —• прибор Дьяконова) все преимущества на стороне первого. Прибор автора, как явствует из графиков (рис. 1 и 2), хорошо регистрирует все изменения режимов работы фильтра, давая погрешности результатов, зависящие от самого прибора, в пределах 5—7%, в то время как прибор Дьяконова довольно часто устанавливал преуменьшенное содержание микроорганизмов, плохо отражая закономерности в работе установки.
* Второй физический метод стерилизации воздуха состоит в применении ультрафиолетовой радиации.
Америка является в настоящее время страной, где ультрафиолетовая радиация широко применяется в самых разнообразных отраслях промышленности, в частности, «а пищевых производствах. Особенно много работ по очистке воздуха от бактерий появилось в самые последние годы в связи с разработкой новых систем вентиляции и установок по кондиционированию воздуха.
Новейшие образцы американских ламп, излучающих ультрафиолетовые лучи (Рантшлера — фирмы Lamp Departement GEC Wella Park из Клевеленда в Огайо и др.), имеют очень небольшие размеры. Низкое потребление электрической энергии и невысокая стоимость обеспечивают их использование для многих видов стерилизации. В отличие от старых образцов ртутно-кварцевых ламп с мощностью в 250 W и больше новые бактерицидные лампы изготовляются всего на 3,5 и 15 W и оформляются в виде тонких трубок с электродами по концам. Дозировка газов и паров ртути подобрана в «стерилампах» так, что
80—95% потока радиации имеют длину волны в 2 537 А, т. е. находятся в зоне максимальной бактерицидности. Стерилампы не генерируют озона и при горении почти не дают теплового эффекта; в излучаемом световом потоке инфракрасные лучи отсутствуют. Стекло их не содержит железа и, таким образом, в отличие от обыкновенного стекла беспрепятственно пропускает активные лучи.
Все эти особенности выгодно отличают стерилампы от других источников ультрафиолетовой радиации.
Исключительно большой интерес должны вызвать предложения по обеззараживанию воздушной среды в таких ответственных учреждениях, как бактериологические институты, институты по изготовлению сывороток и вакцин, станции переливания крови, хирургические операционные и т. п.
С помощью излучения из узкой щели над дверью больничной палаты или даже открытого прохода из одного помещения в другое можно создать «ультрафиолетовые барьеры», которым, повидимому, суждено сыграть немалую роль в предотвращении внутригоспитальных заражений. Световые (бактерицидные завесы уже нашли себе практическое применение в некоторых детских клиниках Америки.
В госпитальных операционных ставились успешные опыты облуче-
ния с помощью ультрафиолетовых ламп операционного поля с целью его защиты от микробов из воздуха. Имеются данные, указывающие на то, что ранения и другие повреждения кожи, подвергшиеся освещению лампами, заживают быстрее, чем при лечении обычными методами.
Уже проделаны исследования по профилактике аэрогенных инфекций в школах, интернатах и других учреждениях путем организации облучения воздуха в верхней части комнат. Лампы при этом размещались выше уровня глаз и таким образом, чтобы циркулирующие в помещениях воздушные токи периодически проходили через зону облучения.
По поводу бактерицидного действия ультрафиолетовой радиации в литературе имеются противоречивые указания.
Получение различными авторами разных результатов воздействия ультрафиолетовой радиации на микроорганизмы объясняется, как нам кажется, пестротой применявшейся методики, неточностью дозировки времени облучения, игнорированием таких важных факторов, как состояние температуры и влажности окружающей воздушной среды, толщина, плотность и степень .прозрачности облучаемого объекта и многое другое. Были случаи, когда экспериментаторы пренебрегали таким элементарным условием, как содержание ламп в чистоте, тогда как очень тонкая пленка смазки или слой осевшей пыли способны резко уменьшить интенсивность ультрафиолетового излучения. Некоторыми исследователями игнорировался факт «старения» ламп. Установлено, что старые лампы дают менее интенсивное излучение, чем новые, так как на их внутренней поверхности образуется пленка (соединения ртути с кварцем?), поглощающая значительную часть коротковолновых компонентов излучения.
Изучением влияния ультрафиолетовой радиации на различные объекты и культуры микробов занимались в последние десятилетия очень многие авторы: Поттоф (Pottof), Линднер {Lindner), Франк, Углов и Лойбман и др.
Исследованию стерилизующего действия ультрафиолетовых лучей на воздух посвящено сравнительно мало работ. При этом большинство авторов допускало ту ошибку, что в качестве опытного микроба, на котором проверялось действие ультрафиолетовой радиации, использовалась кишечная палочка. Многообразная микрофлора воздуха состоит из большого количества бактерий и плесеней, биологически приспособившихся к неблагоприятным условиям внешней среды. Несомненно более существенное гигиеническое значение имеет оценка влияния ультрафиолетовой радиации на пигментных бактерий, плесени, на стрептококков, стафилококков и других типичных обитателей носоглотки и кожных покровов тела. Даниэльсон (Danielson) получил полную стерилизацию воздуха при обычных и низких температурах и значительных скоростях движения воздуха по воздухопроводам вентиляционной системы. Лампы ему, однако, пришлось устанавливать довольно близко друг от друга.
Д. К. Харт {Deryl К. Hart) опубликовал прекрасные результаты стерилизации воздуха в операционных с помощью ламп бактерицидного действия.
Подвижность воздуха является той отличительной особенностью, которая накладывает своеобразные черты на проведение его стерилизации ультрафиолетовой радиацией.
При испытании стерилизующего действия ультрафиолетовых лучей перед автором стояли следующие задачи:
1. Создание портативной установки для облучения воздуха из материалов и деталей отечественного производства и разработка рационального способа ее использования.
2. Учет обеспложивающего эффекта ультрафиолетовой радиации в камеральных условиях без предварительного увлажнения воздуха и с его увлажнением. ~
3. Проведение опытов над стерилизующим действием ультрафиолетовой радиации в условиях обычного невентилируемого помещения.
4. Определение влияния ультрафиолетовой радиации на темпера-турно-влажностный режим воздуха.'
5. Установление видового состава микрофлоры, отличающейся резистентностью к воздействию ультрафиолетовой радиации.
В качестве камеры, в которой ставились опыты с облучением воздуха без предварительного увлажнения и с увлажнением, был использован большой вытяжной шкаф учебной лаборатории кафедры. После заделки вытяжного отверстия в шкафу создавались хорошие условия для опытов, так как плотно закрывающиеся наружные дверцы шкафа достаточно герметично изолировали воздушное пространство экспериментальной камеры от воздуха лаборатории. Кубатура шкафа равнялась 7,5 м3.
Сконструированный автором портативный «воздушный стерилизатор» — установка для стерилизации воздуха с помощью ультрафиолетовой радиации — состоит из следующих частей:
1) автотрансформатора, помещенного в деревянном ящике с ручкой;
2) двух конденсаторов, установленных в том же ящике;
3) лампы АРК-2, укрепленной в рефлекторе, который монтируется как съемный и при работе устанавливается на крышке ящика;
4) одного, двух или трех вентиляторов настольного типа для эффективного перемешивания воздуха внутри облучаемого пространства.
Конденсаторы емкостью в 2 цР каждый, включаемые параллельно лампе, предусмотрены с целью облегчить ее зажигание.
Аргоно-ртутно-кварцевая лампа АРК-2 с номинальной мощностью в 380 Ш имеет форму дуги в 15 мм диаметром; высота дуги — 53 мм, расстояние между ножками — 40 мм.
Галанин |(цит. по Углову и Лойбман) произвел спектральный анализ светового потока лампы АРК-2.
По его данным, мощность лучей с длиной волны короче 280 т* составляет 34°/о к общей мощности излучения от лампы АРК-2. Таким образом, по силе своего бактерицидного действия лампа АРК-2 почти в два раза превосходит старую лампу Аронса-Купер-Хьюитта, стеклянные стенки которой задерживали большую часть ультрафиолетовых лучей, но в то же время значительно уступает новейшим американским •стерилампам.
Посевы воздуха в экспериментальной камере при проведении каждого опыта производились: 1) до облучения воздуха, 2) во время облучения, 3) тотчас после облучения (вслед за выключением стерилизатора), 4) через 1 час по окончании облучения.
В таком же примерно порядке производились посевы воздуха при практическом использовании воздушного стерилизатора в различных помещениях и, в частности, в кабинете кафедры с кубатурой в 99 м3, который был избран в качестве первоначального объекта для систематических опытов стерилизации воздуха в помещениях.
В этих опытах действовали не один, как з камере, а два воздушных стерилизатора с приданными к каждому из них двумя вентиляторами. Один стерилизатбр устанавливался на высоте 1 м от пола, другой — на высоте 2,5 м в противоположном конце помещения.
Для создания нормального режима действия лампы АРК-2 требуется 10—15 минут после ее зажигания. По истечении этого срока, который отмечался как начало опыта облучения, включались вентиляторы. Посевы воздуха во время облучения производились через 10 ми-
нут от зарегистрированного начала опыта при выключенных вентиляторах. Посевы воздуха тотчас после облучения производились после 25—30-минутной работы воздушного стерилизатора; время фактического облучения воздуха при достигнутом нормальном режиме лампы равнялось 15 минутам. В течение всего этого срока действовали вентиляторы.
Увлажнение воздуха в камере производилось испарением воды с поверхности одного или двух больших сосудов. Желаемая степень влажности, как и температурно-влажностный режим воздушной среды в камере и в кабинете, устанавливалась с помощью точно выверенных психрометров Ассмана. Искусственное увлажнение воздуха в кабинете не производилось, так как опытами в камере было достаточно установлено отрицательное влияние этого фактора на бактерицидное действие ультрафиолетовой радиации.
Эффективность ультрафиолетовой радиации от воздушного стерилизатора вычислялась процентным отношением остаточной микрофлоры к общей обсемененности воздуха до его облучения.
Всего было произведено 74 серии опытов, во время которых было выполнено свыше 700 бактериологических анализов воздуха. Средние данные учета стерилизующего эффекта ультрафиолетовой радиации в
Таблица!. Средние данные учета стерилизующего эффекта ультрафиолетовой радиации в камеральных опытах с увлажнением и без увлажнения воздуха
Количество микроорганизмов в 1 м' воздуха в процентах к его обсемененности до облучения
до облучения во время облучения тотчас после облучения через 1 час после облучения
Стерилизующий эффект ультрафиолетовой радиации в камеральных опытах без увлажнения ..... 100 1,05 1,55 2,54
То же с предварительным увлажне- НИ6М ••••«• 100 9,95 10,83 18,26
Таблица 2. Средние данные учета стерилизующего эффекта ультрафиолетовой радиации в опытах по облучению воздуха кабинета кафедры
Количество микроорганизмов в 1 м3 воздуха кабинета кафедры в процентах к первоначальной обсемене -ности роздуха
до облучения тотчас после облучения через 1 час после облучения
Полезный эффект работы воздушного стерилизатора . . 100 4.5 6,8
Таблица 3. Средние данные изменения температурно-влажностного режима при облучении воздуха ультрафиолетовыми лучами
Опыты в камере Опыты в кабинете
до облучения тотчас после облучения через 1 час после облучения до облучения тотчас после облучения через 1 час после облучения
Температура воздуха 18,1° 21,2° 20° 18,9° — 19,6°
Относительная влажность в процентах . . . 41 45 43 38 — 39
камеральных опытах с различным температурно-влажностным режимом воздушной среды и в кабинете кафедры представлены в табл. 1,2 и 3.
В итоге проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Целесообразность применения ультрафиолетовой радиации для ■стерилизации воздуха полностью доказывается поставленными опытами.
2. Предварительное искусственное увлажнение воздуха вредно отзывается на стерилизующем эффекте ультрафиолетовой радиации.
3. Изменение температурно-влажностного режима как в камеральных опытах, так и в помещении |(в кабинете кафедры) при облучении воздуха ультрафиолетовыми лучами незначительно.
4. Воздушные стерилизаторы автора с лампой АРК-2 при использовании по описанной методике отвечают своему назначению, что доказывается не только многократными опытами в кабинете кафедры, но и применением их в других помещениях.
Наилучшие результаты получаются при работе одного стерилизатора с приданными к нему двумя вентиляторами, поставленными перед прибором на расстоянии 0,70—0,80 м.
5. Один воздушный стерилизатор в состоянии, повидимому, обеспечить надежный эффект стерилизации приблизительно 40—50 м3 воздуха в течение 15 минут, не считая времени (10—15 минут), необходимого для установления нормального режима лампы АРК-2.
6. В остаточной микрофлоре подвергшегося облучению воздуха было установлено заметное преобладание стафилококков и, в частности, золотистого стафилококка, сарцин, а также споровых палочковых форм бактерий. Таким образом, гипотеза Уэллса о значении естественной группировки стафилококков и сарцин для их сохранения в неблагоприятных условиях внешней среды получает подтверждение в поставленных опытах.
Проф. П. Н- ЛАСТОЧКИН
О санитарном состоянии гидроминеральных и климатических ресурсов Кавказских минеральных вод
Наступило время поставить вопрос не только о восстановлении курортов Кавказские минеральные воды, но и об их реконструкции. Для этого прежде всего необходим точный учет современного состоя-
2 Гигиена и санитария № 6
