СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ В ХИРУРГИЧЕСКИХ И РОДИЛЬНЫХ БЛОКАХ ОТ ПАТОГЕННОЙ МИКРОФЛОРЫ, ЛЕГКОЛЕТУЧИХ ОРГАНИЧЕСКИХ И КАНЦЕРОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ И РЕГЕНЕРАЦИИ КИСЛОРОДА В ЗАКРЫТЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ Российский патент 2014 года по МПК B01D53/84 

Изобретение, относится к медицине, а именно к способу очистки воздушной смеси в хирургических и родильных блоках от патогенной микрофлоры, легколетучих органических и канцерогенных веществ, а также регенерации кислорода в момент проведения хирургических операций и при родовспоможении в закрытых помещениях.

В настоящее время используются некоторые способы для очистки воздуха в хирургических и родильных блоках. Основу здесь составляют встроенные кондиционеры и стационарные системы очистки воздуха, которые только осуществляют подачу воздуха в чистые помещения, предназначенные для проведения операций и выполнения иных действий, снижая тем самым лишь концентрацию нежелательных вредных веществ в помещениях. А так как фильтр кондиционера почти никогда не меняется, то скопившиеся остатки от фильтрации, как и сам фильтр, становится средой обитания микробов. По этому, кондиционер становится сам угрозой здоровью человека. Но особо опасной угрозой для здоровья человека являются вирусы, бактерии, стафилококки и стрептококки, которые также могут переноситься воздушной средой в помещениях.

Также отрицательное влияние (канцерогенное действие) оказывают многие химические вещества ароматического ряда (смолы, коксы, газы), некоторые простые химические соединения (спирты, винилхлорид, хлорметиловые эфиры, формальдегиды), а также неорганические соединения и вещества, это свинец, мышьяк, хром, кадмий. Особенно много этих веществ находится в атмосфере больших городов и центральных трасс. Применение «кислородных масок», в период проведения операции, дает положительный эффект, но после операции пациента возвращают в обычную палату, где он может получить фоновое заболевание из-за нахождения патогенной микрофлоры в палате в то время, когда иммунитет пациента приближен к самому минимуму.

В настоящее время существует способ очистки воздуха, который осуществляется в устройствах типа «АЭРОЛАЙФ» российского производства, где проводится очистка приточного, вытяжного и приточно-рециркуляционного воздуха в помещениях. Согласно технической документации производителя в состав установки входят - пылевой фильтр грубой очистки, электростатический блок, поляризованный «НЕРА фильтр» с системой осаждения аэрозолей, две ступени фотокаталитических фильтров и угольно-каталитический фильтр, где фильтр грубой очистки - удаляет из воздуха крупные частицы пыли; электростатический блок - зарядки аэрозолей и мелкодисперсных частиц пыли, поляризованный «НЕРА фильтр» - задерживает аэрозоли и мельчайшие частицы пыли до 0.01 мкм и на которых могут быть адсорбированы неприятные запахи, вирусы и бактерии; двухступенчатый фотокаталитический фильтр - где на первой ступени, все газофазные загрязнители воздуха (неприятные запахи, токсичные газы, аллергены, болезнетворные вирусы, бактерии, споры грибов и т.д) адсорбируются на поверхности фотокатализатора и под действием ультрафиолетового излучения (диапазон А) разлагаются до безвредных составляющих (до углекислого газа и воды). В процессе работы загрязнители не накапливаются на фильтре, а полностью разлагаются. Во второй ступени - эффективно улавливает, минерализует и уничтожает газофазные загрязнители, не уничтоженные на первой ступени фотокаталитического блока. Угольно-каталитический фильтр предотвращает проскок вредных веществ, адсорбируя их на поверхности адсорбента. Технология совместной работы адсорбционного и фотокаталитического фильтра позволяет сделать адсорбент каталитически активным и регенерируемым в процессе работы. Срок службы фильтра - 5 лет. Доля очистки от патогенной микрофлоры и мелкодисперсных аэрозолей - 99,9%. (http://www.vozdyx.ru/?m=50&t=27, патент №8634, 16.12.1998).

Недостатками данного устройства являются:

1. При такой конструкции устройства, где отсутствует принудительная подача воздушной смеси, что снижает его эффективность и скорость фильтрации воздуха, поэтому его работоспособность и заявленная эффективность являются крайне сомнительными, а заявления «…Технология совместной работы адсорбционного и фотокаталитического фильтра позволяет сделать адсорбент каталитически активным и регенерируемым в процессе работы» просто не поддаются никаким законам химии и физики.

2. Ультрафиолетовое излучение диапазона «А» (длина волн 315-400 нм) не может обеспечить разложение «…неприятные запахи, токсичные газы, аллергены, болезнетворные вирусы, бактерии, споры грибов…» на углекислый газ и воду, как заявляет производитель, ввиду низкой энергетической способности данного излучения ультрафиолетового спектра к разрушению межмолекулярных связей и особенно внутримолекулярных.

Также известен способ очистки воздуха способом облучения воздушной смеси ультрафиолетовым излучением диапазона «С» (длина волны 220-280 нм). Ультрафиолетовые облучатели предназначены для обеззараживания воздуха помещений с целью профилактики бактериального загрязнения воздуха и поверхностей помещений в отсутствие людей. Поэтому недостатком данного способа является применение данного способа при полном отсутствии людей, что просто неприемлемо при проведении операций или родовспоможении. И данный способ является лишь подготовительным этапом к очистке помещений или последующим этапом - после проведения операций.

В качестве аналога взят способ очистки воздушной смеси в (НПК «АВЕРС», патент на полезную модель №81684), где способ очистки воздушной смеси от твердых и капельно-жидких частиц, осуществляется с помощью угольных и хемосорбционных фильтров, а понижение вирулентности или разрушение патогенной микрофлоры осуществляется за счет применения жесткого УФ излучения в интервале длин волн 205-315 нм, интенсивного синего спектра света в диапазоне 430-480 нм, а также инфракрасного излучения в диапазоне 850-1600 нм. Данный способ обладает низкой эффективностью при использовании в медицинских учреждениях.

Задачей изобретения является разработка нового способа для постоянной очистки воздушной смеси в хирургических и родильных блоках, а также обогащение ее кислородом за счет хемосорбции двуокиси углерода и паров воды.

Достигаемым техническим результатом изобретения является многоступенчатая очистка подаваемой компрессором воздушной смеси, а именно:

- очистка от мелкодисперсных частиц и аэрозолей угольно-тканевым фильтром;

- адсорбция угольным и хемосорбционным фильтрами газов, паров спиртов, эфиров и других органических соединений;

- фотовоздействие на патогенную микрофлору и мелкодисперсные молекулы газов жестким ультрафиолетовым излучением (длины волн 200-290 нм) и монохроматическим спектром синего света (длины волн 430-470 нм), обеспечивающее снижение их вирулентности и разрушение мембран микроорганизмов и их протоплазмы, а также активизации органических молекул;

- хемосорбция двуокиси углерода (СО₂) и паров воды пероксидом кальция (CaO₂) с выделением атомарного и молекулярного кислорода;

- турбулентное смешивание патогенной микрофлоры и их токсинов с атомарным кислородом, их дезинфекция и окисление;

- адсорбция угольным и хемосорбционным фильтрами газов, паров спиртов, эфиров и других органических соединений;

- очистка от мелкодисперсных частиц угля и пероксида кальция ватно-тканевым фильтром.

Предложенный способ реализует новый подход в очистке, дезинфекции и регенерации кислорода в закрытом помещении за счет выдыхаемых человеком двуокиси кислорода и воды, а также удаление из атмосферы легколетучих органических веществ (пары спиртов, эфиров и т.д.) хемосорбционными фильтрами, где катализ и эффективную дезинфекцию патогенной микрофлоры обеспечивает фотовоздействие ультрафиолетовым и синим спектрами света, совместно с атомарным кислородом, образующимся в результате химической реакции CO₂ с пероксидом кальция.

Способ очистки воздушной смеси в хирургических и родильных блоках от патогенной микрофлоры, легколетучих органических и канцерогенных веществ и регенерации кислорода в закрытых помещениях, заключается в том, что очистка воздушной смеси, подаваемой принудительно в систему очистки, от мелкодисперсной пыли и аэрозолей осуществляется угольно-тканевым фильтром, а от паров органических и легколетучих соединений - угольным и хемосорбционным фильтрами, снижение вирулентности и фотокатализ органических веществ и микрофлоры осуществляется одновременно ультрафиолетовыми (длины волн 200-290 нм) и синими (длины волн 430-470 нм) монохроматическими излучателями, а хемосорбция двуокиси углерода и паров воды обеспечивается за счет использования фильтра из пероксида кальция, который при этом выделяет в воздушную смесь атомарный и молекулярный кислород, а при турбулентном смешении патогенной микрофлоры и их токсинов с атомарным кислородом происходит дезинфекция и окисление, а также обогащение воздушной смеси молекулами кислорода, при этом имеющиеся в воздушной смеси органические соединения адсорбируются вторичным угольно-хемосорбционным фильтром, а мелкодисперсные частицы угля и пероксида кальция фильтруются ватно-тканевым фильтром.

Разработанный способ поясняется схемой (фиг.А):

1. Угольно-тканевый фильтр;

2. Угольный фильтр №1;

3. Хемосорбционный фильтр №1;

4. Полость для создания турбулентности смеси и ее облучения №1;

5. Ультрафиолетовые и синие монохроматические излучатели;

6. Хемосорбционный фильтр из пероксида кальция;

7. Полость для создания турбулентности смеси и ее облучения №2;

8. Угольный фильтр №2;

9. Хемосорбционный фильтр №2;

10. Ватно-тканевый фильтр.

Способ может быть осуществлен следующим образом.

С помощью малошумного компрессора подается воздушная смесь, которая находится в хирургическом или родильном блоках.

Воздушная смесь последовательно проходит следующие виды очистки.

При подаче смеси осуществляется первичная очистка от мелкодисперсных частиц и аэрозолей посредством использования угольно-тканевого фильтра (1). Воздушная смесь, содержащаяся в данных помещениях, включает пары эфиров, спиртов, альдегидов и других органических соединений, а также мелкодисперсные частички твердых веществ, капельно-жидких аэрозолей, а также патогенную микрофлору, состоящую из респираторных и вирусов гриппа, стафилококков, стрептококков и болезнетворных бактерий. Очищение воздуха от газов, паров спиртов, эфиров и других органических соединений, происходит в результате адсорбции угольным (2) и хемосорбционным фильтрами (3).

Затем в полости (4), выполненной с возможностью создания турбулентного воздушного потока и в которой установлены монохроматические излучатели (5) ультрафиолетового (длины волн 200-290 нм) и синего (длины волн 430-470 нм) диапазонов, осуществляется фотовоздействие на патогенную микрофлору и мелкодисперсные молекулы газов, что приводит к снижению вирулентности и разрушению мембран микроорганизмов и их протоплазмы, а также активизации органических молекул.

При дальнейшем прохождении воздушной смеси, она проходит через фильтр из пероксида кальция (6), в результате чего происходит его химическая реакция с двуокисью углерода и парами воды, с выделением атомарного и молекулярного кислорода. Затем обогащенная смесь попадает в следующую полость.

Эта полость (7) также выполнена с возможностью создания турбулентного потока воздушной смеси. В данной полости осуществляется дезинфекция и окисление патогенной микрофлоры и их токсинов атомарным кислородом, а также обогащение воздушной смеси молекулами кислорода. Оставшиеся пары спиртов, эфиров и других органических соединений адсорбируются на угольном фильтре (8) или вступают в химическую реакцию на хемосорбционном фильтре (9), т.е на данном этапе очистка проходит угольно-хемосорбционный фильтр.

Завершающая очистка от мелкодисперсных частиц угля и пероксида кальция осуществляется ватно-тканевым фильтром (10).

Воздушная смесь, очищенная от мелкодисперсных частиц и аэрозолей, органических веществ, патогенной микрофлоры, их токсинов и обогащенная кислородом, вновь возвращается в помещение. При этом обогащение воздушной смеси кислородом, осуществляется пропорционально содержанию выдыхаемой двуокиси углерода, что очень важно для закрытых помещений. Фильтрация воздушной смеси, с объемом помещения 200-300 м³, осуществляется 10 раз в течение 60 минут.

При осуществлении способа предусматриваются сменные картриджи с упомянутыми фильтрами, с периодичностью - не чаще 1 раза в месяц, их утилизация должна осуществляться согласно санитарным нормам и правилам в РФ.

Это достигается за счет следующих факторов:

1. Угольно-тканевый фильтр, по своим техническим характеристикам, предусматривает полную фильтрацию от мелкодисперсных частиц до 0,1 мкм, а также абсорбцию аэрозолей угольным фильтром (ГОСТ 12.4.011-89).

2. Адсорбция газов и легколетучих спиртов и эфиров осуществляется на активированной угольной поверхности за счет Ван-дер-Ваальсовой силы (Адсорбция и Хемосорбция - Википедия).

3. При воздействии интенсивным синим светом (длина волн 440-460 нм) кванты света активно поглощаются парами аммиака, формалина и окиси углерода, переходя при этом в активное состояние, что способствует значительному увеличению адсорбции и хемосорбции, активированным углем (на 300%), при этом увеличивается температура сорбента с 76°С до 137°С.

4. УФ излучение в интервале длин волн 205-315 нм обладает высоким антимикробным действием, а излучение с длинами волн менее 200 нм образует в воздушной среде аллотропическое видоизменение кислорода - озон, который в свою очередь, тоже обладает сильными антимикробными свойствами (Вассерман А.Л. с соавт. «Ультрафиолетовое излучение в профилактике инфекционных заболеваний» М.: Медицина. 2003).

Синий спектр видимого света также обладает сильным антибактериальным действием, а также является сильнейшим активатором металлоорганических соединений (протоплазма) с их последующим разрушением при воздействии УФ излучения или хемосорбентов (Журнал Antimicrobical Agents and Chemotherapy, 2005, №49, с.1391-1396).

5. При взаимодействии:

6. Атомарный кислород по своим антибактериальным свойствам в 2,5 раза по эффективности превосходит УФ лучи и в 300 раз - хлор и хлорамины (Разумовский С.Д. Кислород - элементарные формы и свойства. М., 1979, Термодинамические свойства кислорода. М., 1981).

Предложенный способ является эффективным способом очистки воздушной смеси в закрытых помещениях от мелкодисперсных частиц и аэрозолей, паров спиртов, эфиров и других легколетучих органических соединений, а также от патогенной микрофлоры и регенерации кислорода за счет поглощения двуокиси углерода и пероксидом кальция и выделения им атомарного и молекулярного кислорода. У данного способа, где одновременно осуществляется фильтрация, фотоактивация сорбируемых объектов, адсорбция, хемосорбция, дезинфекция и регенерация кислорода за счет выделяемых человеком СО₂ и паров H₂O, в настоящее время конкурентно-способных аналогов нет.

Данный способ будет востребован в закрытых помещениях без дополнительного притока атмосферного воздуха. Разработанный способ синтеза пероксида кальция будет способствовать низкой стоимости основных компонентов фильтрационных установок, в основе которого будет лежать данный способ.

Примеры применения способа

В лаборатории «Средства индивидуальной защиты» ОАО «Сорбент» (г. Пермь) были проведены испытания по фильтрации воздуха закрытого лабораторного помещения, содержащего мелкодисперсные частицы, пары формальдегида и легколетучие органические соединения, атмосфера загрязнения была задана испарением и с помощью бытового вентилятора мощностью 1000 Вт.

Состав воздушной смеси:

формальдегид - 2.5 мг/л;

диэтиловый эфир - 7.6 мг/л;

этиловый спирт - 4.3 мг/л;

аммиак - 2.1 мг/л;

CO₂ - 1.1% от общего объема воздушной смеси в закрытом помещении;

O₂ - 16.82%;

мелкодисперсные частицы (до 0,2 мкм) - бытовая пыль в смеси с KNO₃ и K₂SO₄ - 3.4 мг/л.

После фильтрации предлагаемым способом в течение 15 мин состав воздушной смеси был следующим:

формальдегид - 0.01 мг/л;

диэтиловый эфир - менее 0.01 мг/л;

этиловый спирт - следы;

аммиак - следы;

СО₂ - 0.03% от общего объема воздушной смеси в закрытом помещении;

O₂ - 24.82%;

мелкодисперсные частицы (до 0,2 мкм) - бытовая пыль в смеси с KNO₃ и K₂SO₄ - следы.

На кафедре микробиологии и в Центральной научно-исследовательской лаборатории ГОУ «Новосибирского государственного медицинского университета» были проведены испытания по фильтрации воздуха закрытого хирургического помещения (после проведения операции - 4 часа непрерывно), содержащего пары легколетучих органических соединений и патогенную микрофлору - стрептококки, золотистый стафилококк, пневмококки, синегнойную палочку, кишечную палочку (было обнаружено от 34 до 178 колоний, питательная среда - куриный белок и агар-агар).

Состав воздушной смеси:

диэтиловый эфир - 2.3 мг/л;

этиловый спирт - 2.5 мг/л;

аммиак - 0.9. мг/л;

CO₂ - 0.12% от общего объема воздушной смеси в закрытом помещении;

O₂ - 15.64%.

После фильтрации разработанным способом в течение 20 мин результаты величин загрязнений воздушной смеси были следующие:

диэтиловый эфир - 0.02 мг/л;

этиловый спирт - 0.01 мг/л;

аммиак - следы;

СО₂ - 0.02% от общего объема воздушной смеси в закрытом помещении;

O₂ - 26.17%,

колонии стрептококков, золотистого стафилококка, пневмококков, синегнойной палочки, кишечной палочки в воздушной смеси отсутствовали (питательная среда куриный белок и агар-агар).

При проведении эксперимента в палате с 6 больными, на базе 57 городской клинической больницы г. Москвы, DS пневмония, трахеобронхит, хронический обструктивный бронхит легких, возможные фоновые заболевания - грипп и другие респираторно-вирусные заболевания, после обработки воздуха предлагаемым способом были получены следующие результаты.

Все пациенты говорили, что им лучше дышится после вентиляции воздуха. Сон стал более глубоким. Пациенты перестали просыпаться ночью.

У 4 пациентов кашель стал заметно реже, у всех пациентов исчез «лающий» кашель. После приема лекарств все пациенты чувствуют себя более энергичными и жизнерадостными, на 3-й день исчезла сонливость в утренние часы. Сроки госпитализации сократилась, в среднем, на 25-40%.

На стенах у пола исчезли плесень и грибок, которые не могли вывести более 5 лет, при ежегодном ремонте.

Очистка воздуха, без проветривания, осуществлялась 4 раза в день по 20 минут, а перед сном - 40 минут.

В соседней палате с 7 пациентами таких изменений не наблюдалось, в момент вспышки гриппа, все пациенты переболели гриппом, срок госпитализации увеличился на 7-9 дней.

Таким образом, предложенный способ имеет следующие достоинства:

1. Способ удобный в применении, высокоэффективный при очистке, дезинфекции и регенерации кислорода в замкнутых пространствах, что необходимо для родильных и хирургических блоков, без дополнительного оборудования приточно-вытяжным оборудованием.

2. Не требует дополнительной дезинфекции помещения от патогенной микрофлоры, возможность осуществления постоянной дезинфекции в присутствии людей.

3. Прост в исполнении, безопасен и не требует больших денежных затрат.

4. Возможность применения в хирургии, родовспоможении, реанимации, туберкулезных диспансерах и иных помещениях, требующих высокой степени чистоты и защищенности от патогенной микрофлоры.

Изобретение относится к способу очистки воздушной смеси от патогенной микрофлоры, легколетучих органических и канцерогенных веществ и регенерации кислорода в закрытых помещениях. Способ заключается в том, что воздушная смесь принудительно подается в систему очистки и поэтапно очищается: вначале воздушная смесь проходит через угольно-тканевый фильтр, затем через угольный и хемосорбционный фильтры, после чего смесь попадает в полость, выполненную с возможностью создания турбулентного воздушного потока, в которой установлены монохроматические излучатели ультрафиолетового и синего диапазонов, после фотовоздействия смесь очищается посредством прохождения через фильтр из пероксида кальция, поступая в следующую полость, выполненную с возможностью создания турбулентного воздушного потока, и проходит очистку угольно-хемосорбционным фильтром и ватно-тканевым фильтром. Технический результат - многоступенчатая очистка. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ очистки воздушной смеси в хирургических и родильных блоках от патогенной микрофлоры, легколетучих органических и канцерогенных веществ и регенерации кислорода в закрытых помещениях, заключающийся в том, что воздушная смесь принудительно подается в систему очистки и поэтапно очищается: вначале воздушная смесь проходит через угольно-тканевый фильтр, затем через угольный и хемосорбционный фильтры, после чего смесь попадает в полость, выполненную с возможностью создания турбулентного воздушного потока, в которой установлены монохроматические излучатели ультрафиолетового и синего диапазонов, после фотовоздействия смесь очищается посредством прохождения через фильтр из пероксида кальция, поступая в следующую полость, выполненную с возможностью создания турбулентного воздушного потока, и проходит очистку угольно-хемосорбционным фильтром и ватно-тканевым фильтром.

2. Способ по п.1, в котором используют монохроматические излучатели ультрафиолетового диапазона с длиной волны 200-290 нм.

3. Способ по п.1, в котором используют монохроматические излучатели синего диапазона с длиной волны 430-470 нм.