Способ очистки воздуха от патогенной микрофлоры путем кондиционирования через сменяемые поглощающие фильтры Российский патент 2022 года по МПК B01D53/75 B01D53/84 F24F3/16 B01D50/00 B01D25/02 

Известны в настоящее время аналоги способов очистки воздуха в закрытых помещениях с инактивацией микроорганизмов, которые по использованию устройств делятся на две основные группы. С помощью НЕРА и УФО-фильтров.

Высокоэффективные (НЕРА) фильтры с биоцидной пропиткой, инактивация на которых осуществляется при контакте химических соединений с микроорганизмами.

Установки с «активной» фильтрацией, осуществляющие инактивацию задержанных на фильтрах микроорганизмов воздействием генерируемых ими химически активных веществ или газов (озона, перекиси водорода и др.).

Установки, осуществляющие инактивацию воздействием физических факторов (ультрафиолетовым бактерицидным облучением, воздействием постоянных электрических полей и др.) и последующую фильтрацию частиц на высокоэффективных фильтрах.

Основным недостатком НЕРА-фильтров с биоцидной пропиткой является невозможность обеспечения тесного контакта между микроорганизмами и биоцидным покрытием и большие эксплуатационные расходы, связанные с необходимостью частой замены фильтров.

Технологии на основе «активной» фильтрации имеют следующие основные недостатки:

- низкая скорость инактивации микроорганизмов;

- низкая эффективность и надежность обеззараживания воздуха, связанные с накоплением микроорганизмов на фильтрах и возможностью их «залповых» выбросов в помещение.

Из основных недостатков установок с ультрафиолетовыми облучателями можно отметить:

- устойчивость к УФ-облучению спор и плесневых грибков, что делает эффективность их инактивации недостаточной;

- постоянное снижение мощности излучения УФ-лампы в ходе эксплуатации, что также значительно снижает эффективность инактивации микроорганизмов;

- возможность меркуризации помещений при нарушении защитной целостности излучателя.

В итоге рассмотренных среди существующих в настоящее время способов очистки воздуха в закрытых помещениях от патогенной микрофлоры следует вывод необходимости комплексного технического решения, позволяющего не только эффективно улавливать микроорганизмы в постоянном режиме, но и проводить их инактивацию с предотвращением повторного попадания в помещение, исключающее гипотетически случайное вредное влияние обеззараживающих реагентов на людей.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является прототип «Способ очистки воздушной смеси в хирургических и родильных блоках от патогенной микрофлоры, легколетучих органических и канцерогенных веществ и регенерации кислорода в закрытых помещениях» по патенту RU 25321174 посредством: многоступенчатой очистки через угольно-тканевый фильтр, фотодинамической терапии УФО с синим светом в полостях турбулентного движения воздушной смеси, воздушной фильтрации через пероксидно-кальциевый, угольно-хемосорбционный, ватно-тканевый фильтры с техническим результатом преимущественно механической многоступенчатой сорбции, не обладающей достаточно эффективным обеззараживающим действием на разнообразную по размерам микрофлору. Для достижения указанного результата в прототипе применяется многоступенчатая очистка воздуха, подаваемого в помещение в следующей последовательности:

- 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 (длина волны 430-470 нм), обеспечивающее снижение их вирулентности и разрушению мембран микроорганизмов и их протоплазмы, а также активации органических молекул;

- хемосорбция двуокиси углерода (СО2) и паров воды пероксидом кальция (СаО2) с выделением атомарного и молекулярного кислорода;

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

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

В прототипе эффективность обеззараживания снижает создание условий высокой турбулентности движения воздушной смеси в полостях фотодинамического воздействия на одном из промежуточных этапов многоступенчатой очистки воздушной смеси без учета минимальных требований кратности воздухообмена. Более чувствительны к воздействию ультрафиолетового излучения вирусы и бактерии в вегетативной форме (палочки, кокки). Менее чувствительны грибы и простейшие микроорганизмы. Наибольшей устойчивостью обладают споровые формы бактерий. При этом, чем больше скорость в полостях турбулентного движения воздушного потока, тем ниже эффективность фотодинамической бактерицидности в отношении грибов, простейших, споровых форм бактерий. При УФО облучении заданный уровень бактерицидной эффективности, должен находиться для закрытых облучателей в пределах 1 - 2 ч, а для открытых и комбинированных - 0,25 - 0,5 ч и для приточно-вытяжной вентиляции <= 1 ч (или при кратности-1 воздухообмена Кр >= 1 ч ) [1].

Фильтры прототипа угольно-хемосорбционного, пероксидо-кальциевого типа недостаточно бактерицидны, против фотодинамической стерилизации. Существует много фильтров для удаления из воздуха газов и масел, воды и твердых загрязнителей. Для эффективной работы этих фильтров требуются дополнительное сжатие воздуха. Рецикуляция не сжатого воздуха через эти фильтры неэффективно удаляет микроорганизмы. Обычно, размеры бактерий могут составлять от 0,2 до 4 мкм. Размеры вирусов менее 0,3 мкм, а бактериофаги могут быть размером 0,01 мкм. С одной стороны, частицы слишком малы для того, чтобы двигаться в потоке газа прямо и по инерции; с другой стороны, они слишком велики для того, чтобы развить достаточную для диффузии собственную скорость движения и вступать в соприкосновение с материалом фильтроэлемента и фиксироваться глубоко внутри него. При таких размерах частиц, технологическое решение обеззараживающей очистки воздуха с использованием инерционности и диффузии газовой воздушной смеси не могут в полной мере эффективно дополнять друг друга.
Таким образом, элиминация частиц размера от 0,2 до 4 мкм из потока газа и воздуха по способу прототипа является технически наиболее сложной, недостаточно эффективной при циркуляции через многоступенчатые фильтры несжатого воздуха.

В рассмотренном прототипе, кроме вышеперечисленных технологических недостатков обеззараживания, дополнительно имеются ресурсные недостатки:

- по ходу эксплуатации угольные и хемосорбционные фильтры, а также ультрафиолетовые облучатели требуют частой замены, что не позволяет достигать технический результат в постоянном режиме.

Заявляемый способ очистки воздуха в закрытых помещениях направлен на получение технического результата включающего адсорбцию и инактивацию микрооргранизмов, в особенности стафилококков, стрептококков, грибково-дрожжевой плесени, из воздуха закрытых помещений с высокой эффективностью постоянного режима обеззараживания, исключением обратного выброса патогенных микроорганизмов в помещение. С этой целью системы кондиционирования воздуха, в зависимости от технических условий центрального или автономного типа, обеспечивают циркуляцию и обеззараживание воздуха через контактно подключаемый аппарат, в котором устанавливается насадка пленочного типа, орошаемая водным раствором хлористого лития. Циркулирующий через насадку воздух очищается от микробных агентов, адсорбируемых поверхностной пленкой раствора хлористого лития. Омывающий раствор при этом стекает в поддон, где в объемном растворе происходит окончательное обеззараживание адсорбированных микробных агентов. Очищенный воздух возвращается в помещение. Процесс обеззараживания идет непрерывно и не требует замены обеззараживающих ресурсных элементов. Обеззараживающая эффективность раствора хлористого лития обусловлена высокими бактерицидными свойствами, достаточной экологической безопасностью воздуха, прошедшего обработку раствором хлористого лития [2,3].

Обеззараживающая эффективность тепло-массообмена контактного аппарата, обеспечивающего достаточную кратность расчетного к размерам помещения воздухообмена, ниже описана в приложении и представлена таблично. Исходя из представленных результатов, полученных в процессе контроля микробиологической обсемененности воздуха учебных помещений, следует, что заявляемый способ обеспечивает достаточную обеззараживающую эффективность воздуха в закрытых помещениях от стафилококка, дрожжевых и плесневых грибов, стрептококков уже через 30 мин работы контактно подключаемой аппаратной насадки с хлористым литием, что сопоставимо по времени, с бактерицидной эффективной УФО облучения против стафило-стрептококков. Приемлемые результаты обеззараживания, в заявляемом способе экономически, технически, микробиологически эффективны и легко реализуемы с помощью контактного аппарата с хлористым литием в различных учреждениях культурно-массового и медицинского назначения.

Список литературы:

[1] Руководство Р 3.5.1904-04 «Использование ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздуха в помещениях». Утверждено 4 марта 2004 года зам. министром здравоохранения России, главным санитарным врачом России Г.Г. Онищенко. 27 с.

[2] Б.В. Баркалов, Е.Е. Карпис «Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях»; Москва, Стройиздат, 1982 г.

[3] А.В. Наголкин, Е.В. Володина, В.Г. Акимкин, А.П. Борисоглебская, А.С. Сафатов, Медицинский алфавит №6, 2015 г., Том №1, Эпидемиология и гигиена.

«Обеззараживание воздуха в медицинских организациях: тенденции развития».

Приложение

Опыт 1: Определение влияния аппарата на микробную обсеменность воздуха учебной комнаты (время работы 1,5 часа) Этап 1 Оценка микробной обсемененности воздуха учебной комнаты до начала учебных занятий (8:00) Объем пробы - 200 литров. Питательная среда № чашки К-во колоний в 1 м куб. μ χ2 (p <0,05) МПА 1 46 230 210 18,33 2 36 180 3 42 210 4 48 240 5 37 185 6 43 215 ЖСА 1 23 115 158 26,9 2 34 170 3 35 175 4 38 190 5 28 140 6 32 160 Сабуро 1 33 165 124 28,5 2 17 85 3 25 125 4 28 140 5 20 100 6 26 130 из них плесневых 1 0 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 Кровяной агар 1 50 250 225 15,8 2 39 205 3 45 225 4 47 235 5 44 220 6 43 215 из них гемолитических 1 44 220 194 19,1 2 34 170 3 42 210 4 40 200 5 38 180 6 37 185 Этап 2 Оценка микробной обсемененности воздуха учебной комнаты после занятий (14:00) Объем пробы - 200 литров. Питательная среда № чашки К-во колоний в 1 м куб. μ χ2 (p <0,05) МПА 1 102 510 583 75,02 2 136 680 3 97 485 4 128 640 5 115 575 6 121 605 ЖСА 1 37 185 219 25,96 2 52 260 3 42 210 4 44 220 5 47 235 6 41 205 Сабуро 1 34 170 179 11,58 2 36 180 3 38 190 4 39 195 5 33 165 6 35 175 из них плесневых 1 15 75 89 24,17 2 5 25 3 13 65 4 17 85 5 14 70 6 19 95 Кровяной агар 1 117 585 623 24,22 2 127 635 3 128 640 4 130 650 5 121 605 6 125 625 из них гемолитических 1 78 390 424 26,54 2 89 445 3 87 435 4 85 425 5 91 455 6 79 395 Этап 3 Оценка микробной обсемененности воздуха учебной комнаты через 1,5 часа работы аппарата (15:30) Объем пробы - 200 литров. Питательная среда № чашки К-во колоний в 1 м куб. μ χ2 (p <0,05) МПА 1 8 45 47 5 2 10 50 3 10 50 4 9 45 5 6 35 6 11 55 ЖСА 1 3 15 18 5 2 4 20 3 3 15 4 6 30 5 2 10 6 4 20 Сабуро 1 0 0 8 3,9 2 1 5 3 2 10 4 2 10 5 3 15 6 1 10 из них плесневых 1 0 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 Кровяной агар 1 10 50 34 9,2 2 6 30 3 4 20 4 7 35 5 5 25 6 9 45 из них гемолитических 1 8 40 29 9,2 2 5 25 3 3 15 4 6 30 5 9 45 6 4 20 Опыт 2: Оценка динамики изменения микробной обсемененности воздуха учебной комнаты при работе контактного аппарата в течение 0,5ч, 1ч,1,5часа Этап 1 Оценка микробной обсемененности воздуха учебной комнаты после занятий Объем пробы - 200 литров. Питательная среда № чашки К-во колоний в 1 м куб. μ χ2 (p <0,05) МПА 1 157 785 767 54,2 2 170 850 3 128 640 4 166 830 5 148 740 6 2 760 ЖСА 1 157 785 759 55,8 2 170 850 3 128 640 4 150 750 5 162 810 6 144 720 Сабуро 1 53 265 226 29,2 2 52 260 3 37 185 4 41 205 5 48 240 6 40 200 из них плесневых 1 1 5 22 11,7 2 2 10 3 5 25 4 3 15 5 8 40 6 6 35 Кровяной агар 1 121 605 519 45,8 2 103 515 3 90 450 4 104 520 5 115 570 6 91 455 из них гемолитических 1 49 245 165 39,4 2 30 150 3 18 90 4 32 160 5 41 205 6 29 145 Этап 2 Оценка микробной обсемененности воздуха учебной комнаты через 0,5 часа работы аппарата Объем пробы - 200 литров. Питательная среда № чашки К-во колоний в 1 м куб. μ χ2 (p <0,05) МПА 1 9 45 49 7,2 2 10 50 3 11 55 4 8 40 5 6 30 6 15 75 ЖСА 1 26 130 99 17,5 2 15 75 3 18 90 4 24 120 5 16 80 6 20 100 Сабуро 1 3 15 30 11,7 2 11 55 3 4 20 4 8 40 5 6 30 6 4 20 из них плесневых 1 0 0 3 3,3 2 1 5 3 1 5 4 0 0 5 0 0 6 2 10 Кровяной агар 1 24 120 95 10 2 18 90 3 20 100 4 16 80 5 19 95 6 17 85 из них гемолитических 1 9 45 53 19,4 2 6 30 3 15 75 4 18 90 5 9 45 6 7 35 Этап 3 Оценка микробной обсемененности воздуха учебной комнаты через 1 час работы аппарата Объем пробы - 200 литров. Питательная среда № чашки К-во колоний в 1 м куб. μ χ2 (p <0,05) МПА 1 7 35 44 9,2 2 12 60 3 7 35 4 11 55 5 7 35 6 9 45 ЖСА 1 6 30 54 15,8 2 18 90 3 8 40 4 13 65 5 9 45 6 11 55 Сабуро 1 9 45 50 6,7 2 8 40 3 12 60 4 11 55 5 9 45 6 11 55 из них плесневых 1 3 15 8 5,8 2 0 0 3 0 0 4 3 15 5 2 10 6 1 5 Кровяной агар 1 27 135 93 24,4 2 13 65 3 25 125 4 14 70 5 17 85 6 16 80 из них гемолитических 1 18 90 68 13,3 2 10 50 3 17 85 4 11 55 5 13 65 6 12 60 Этап 4 Оценка микробной обсемененности воздуха учебной комнаты через 1,5 часа работы аппарата Объем пробы - 200 литров. Питательная среда № чашки К-во колоний в 1 м куб. μ χ2 (p <0,05) МПА 1 19 95 65 15 2 13 65 3 8 40 4 10 50 5 16 80 6 12 60 ЖСА 1 5 25 27 3,89 2 5 25 3 6 30 4 4 20 5 7 35 6 5 25 Сабуро 1 4 20 6 6,1 2 0 0 3 0 0 4 1 5 5 0 0 6 2 10 из них плесневых 1 0 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 Кровяной агар 1 26 130 153 17,5 2 31 155 3 35 175 4 28 140 5 27 135 6 36 180 из них гемолитических 1 13 65 73 19,4 2 13 65 3 23 115 4 18 90 5 11 55 6 10 50 Опыт 3: Оценка микробной обсемененности воздуха учебной комнаты при работе аппарата без добавления хлористого лития Этап 1 Оценка микробной обсемененности воздуха учебной комнаты после занятий Объем пробы - 200 литров. Питательная среда № чашки К-во колоний в 1 м куб. μ χ2 (p <0,05) МПА 1 84 420 435 25 2 97 485 3 81 405 4 87 435 5 92 460 6 81 405 ЖСА 1 45 225 262 35,6 2 68 340 3 43 215 4 52 260 5 58 290 6 48 240 Сабуро 1 22 110 106 24,2 2 13 65 3 29 145 4 21 105 5 27 135 6 15 75 из них плесневых 1 8 40 65 31,7 2 3 15 3 22 110 4 16 80 5 20 100 6 9 45 Кровяной агар 1 115 575 541 24,17 2 112 560 3 98 490 4 108 540 5 104 520 6 112 560 из них гемолитических 1 36 180 185 16,67 2 43 215 3 32 160 4 37 185 5 41 205 6 33 165 Этап 2 Оценка микробной обсемененности воздуха учебной комнаты через 1,5 часа работы аппарата без хлористого лития Объем пробы - 200 литров. Питательная среда № чашки К-во колоний в 1 м куб. μ χ2 (p <0,05) МПА 1 49 245 223 28,3 2 37 185 3 38 190 4 42 210 5 49 245 6 53 265 ЖСА 1 49 245 216 22,5 2 37 185 3 38 190 4 41 205 5 46 230 6 48 240 Сабуро 1 28 140 118 17,2 2 25 125 3 28 140 4 24 120 5 16 80 6 21 105 из них плесневых 1 2 10 48 23,3 2 10 50 3 3 15 4 11 55 5 19 90 6 13 65 Кровяной агар 1 54 220 263 58,3 2 51 205 3 38 190 4 58 290 5 64 320 6 71 355 из них гемолитических 1 25 120 85 20,8 2 13 65 3 10 50 4 22 110 5 18 90 6 16 80 Средняя по двум опытам До зан. После Без лития 0,5 ч 1,5 ч МПА 210 595 223 49 56 ЖСА 158 413 216 99 23 Сабуро 124 170 118 30 7 плесневые 0 59 48 3 0 Кровяной агар 225 561 263 95 93 гемолитические 194 258 85 53 51 Опыт 4: Оценка микробной обсемененности воздуха учебной комнаты при работе аппарата в течение 30 мин без добавления хлористого лития Этап 1 Оценка микробной обсемененности воздуха учебной комнаты после занятий Объем пробы - 200 литров. Питательная среда № чашки К-во колоний в 1 м куб. μ χ2 (p <0,05) МПА 1 364 1820 1704 135,5 2 350 1750 3 360 1800 4 367 1835 5 346 1230 6 358 1790 ЖСА 1 27 135 143 11,7 2 31 155 3 27 135 4 28 140 5 33 165 6 25 125 Сабуро 1 13 65 94 29,2 2 25 110 3 10 50 4 16 80 5 19 95 6 13 165 из них плесневых 1 4 20 19 5,8 2 3 15 3 1 5 4 5 25 5 2 10 6 4 20 Кровяной агар 1 280 1400 1357 53,3 2 258 1240 3 282 1410 4 173 1365 5 283 1415 6 263 1315 из них гемолитических 1 25 125 122 13,3 2 20 100 3 22 110 4 23 115 5 27 135 6 19 145 Этап 2 Оценка микробной обсемененности воздуха учебной комнаты через 0,5 часа работы аппарата без хлористого лития Объем пробы - 200 литров. Питательная среда № чашки К-во колоний в 1 м куб. μ χ2 (p <0,05) МПА 1 264 1320 1315 63,3 2 300 1500 3 240 1200 4 260 1300 5 262 1310 6 252 1260 ЖСА 1 28 140 123 20,6 2 28 140 3 17 85 4 25 125 5 30 150 6 20 100 Сабуро 1 26 130 96 16,1 2 15 75 3 16 80 4 21 110 5 17 85 6 19 95 из них плесневых 1 3 15 6 4,5 2 0 0 3 0 0 4 1 5 5 2 10 6 1 5 Кровяной агар 1 225 1125 1215 51,7 2 230 1150 3 250 1250 4 244 1220 5 258 1290 6 251 1255 из них гемолитических 1 28 140 134 9,2 2 24 120 3 31 155 4 26 130 5 25 125 6 27 135 Опыт 4: Оценка микробной обсемененности воздуха учебной комнаты при работе аппарата с использованием хлористого лития в течение 30 мин Этап 1 Оценка микробной обсемененности воздуха учебной комнаты после занятий Объем пробы - 200 литров. Питательная среда № чашки К-во колоний в 1 м куб. μ χ2 (p <0,05) МПА 1 264 1320 1352 33,3 2 276 1380 3 260 1300 4 280 1400 5 275 1375 6 267 1335 ЖСА 1 28 140 157 17,2 2 29 145 3 37 185 4 31 155 5 36 180 6 27 135 Сабуро 1 21 105 127 25 2 15 75 3 28 140 4 29 145 5 32 160 6 18 140 из них плесневых 1 1 5 10 1,7 2 2 10 3 2 10 4 3 15 5 2 10 8д8г 6 2 10 Кровяной агар 1 510 2550 2398 248,9 2 525 2625 3 504 2020 4 513 2565 5 520 2600 6 506 2030 из них гемолитических 1 57 285 243 25,6 2 50 250 3 38 190 4 48 245 5 54 270 6 44 220 Этап 2 Оценка микробной обсемененности воздуха учебной комнаты через 0,5 часа работы работы аппарата с использованием хлористого лития Объем пробы - 200 литров. Питательная среда № чашки К-во колоний в 1 м куб. μ χ2 (p <0,05) МПА 1 19 95 92 11,7 2 18 90 3 21 105 4 22 110 5 16 80 6 14 70 ЖСА 1 4 20 10 5 2 2 10 3 2 10 4 3 15 5 1 5 6 0 0 Сабуро 1 0 0 6 4,4 2 1 5 3 3 15 4 1 5 5 0 0 6 2 10 из них плесневых 1 1 5 2 2,2 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 1 5 6 0 0 Кровяной агар 1 24 120 107 29,2 2 25 125 3 35 165 4 12 60 5 14 70 6 21 105 из них гемолитических 1 8 40 23 8,3 2 6 30 3 3 15 4 5 25 5 2 10 6 4 20 Процент изменения (снижения) микробной обсемененности воздуха, на разных средах при работе аппарата в режиме вентиляции с хлористым литием в течение 0,5ч Вентиляция С литием МПА 33 93 ЖСА 14 99 Сабуро 0 99 плесневые 68 80 Кровяной агар 11 95 гемолитические 0 85 ЖСА - желточно-солевой агар для культивирования стафилококков МПА-мясо-пептонный агар Сабуро - среда для культивирования плесневых и дрожжевых грибов гемолитические среды для культивирования стрептококков: зеленящего, гемолитического

Заявленное изобретение относится к способам очистки воздуха в закрытых помещениях с инактивацией микроорганизмов. Заявлен способ очистки воздуха от патогенной микрофлоры путем кондиционирования воздуха через поглощающие фильтры. Применяют контактный подключаемый аппарат, в котором устанавливается насадка пленочного типа, орошаемая водным раствором хлористого лития. Причем в насадке пленочного типа осуществляется рециркуляция обеззараживающего водного раствора хлористого лития. Изобретение обеспечивает адсорбцию и инактивацию микрооргранизмов, в особенности стафилоккоков, стрептококков, грибково-дрожжевой плесени, из воздуха закрытых помещений с высокой эффективностью постоянного режима обеззараживания, с исключением обратного выброса патогенных микроорганизмов в помещение. 13 табл., 4 пр.

Способ очистки воздуха от патогенной микрофлоры путем кондиционирования воздуха через поглощающие фильтры, отличающийся тем, что применяют контактный подключаемый аппарат, в котором устанавливается насадка пленочного типа, орошаемая водным раствором хлористого лития, с осуществлением в насадке пленочного типа рециркуляции обеззараживающего водного раствора хлористого лития.