ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

Ультрафиолетовая компонента солнечного света является главной причиной гибели микробов в наружном воздухе. Смертность микроорганизмов на открытом воздухе достигает 90-99%, но зависит от вида микроорганизма и может варьировать от нескольких секунд до пары минут. Споры и некоторые виды бактерий окружающей среды имеют стойкость к воздействию солнечного света и могут переносить длительное облучение светом без особого вреда своему организму. Энергия ультрафиолетовой компоненты солнечного света вызывает повреждения микроорганизмов на клеточном и генетическом уровнях, тот же самый ущерб наносится людям, но он ограничен кожей и глазами. Искусственные источники Ультрафиолетового Излучения (далее УФИ) используют гораздо более сконцентрированные уровни излучения, нежели те, что представлены в обычном солнечном свете.
Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей было обнаружено около 100 лет назад. Первые лабораторные испытания УФИ в 1920х годах были настолько многообещающими, что полное уничтожение воздушно-капельных инфекций казалось возможным в самое ближайшее время. УФИ стало активно применяться с 1930х годов и в 1936 г. было впервые использовано для стерилизации воздуха в хирургической операционной комнате. В 1937 г. первое применение УФИ в вентиляционной системе одной из американских школ впечатляюще снизило уровень заболеваемости учащихся корью и другими инфекциями. Тогда казалось, что найдено замечательное средство для борьбы с воздушно-капельными инфекциями. Однако, дальнейшее изучение УФИ и опасных побочных действий серьезно сузило возможности его использования в присутствии людей.
Сила проникновения ультрафиолетовых лучей невелика и распространяются они только по прямой, т.е. в любом рабочем помещении образуется множество затенённых зон, которые не подвержены бактерицидной обработке. По мере удаления от источника ультрафиолетого излучения биоцидность его действия резко снижается. Действие лучей ограничивается поверхностью облучаемого предмета и его чистота имеет большое значение.
Известны три метода применения ультрафиолетового излучения:
1.                   Прямое облучение - используется лишь при отсутствии людей в обрабатываемом помещении.
2.                   Непрямое облучение (отраженными лучами) - используется в присутствии людей с ограничениями по времени эксплуатации.
3.                   Закрытое облучение (в системах вентиляции и автономных рециркуляционных устройствах) - используется в присутствии людей с ограничениями по времени эксплуатации.
Прямое облучение осуществляется с помощью ламп, подвешенных к потолку и направляющих прямой поток лучей к низу. Оно может также осуществляться лампами, укрепленными на стенах или специальных штативах, стоящих на полу. Прямое облучение может осуществляться лишь при отсутствии людей (в перерывах, перед началом работы) или при обеспечении специальных мер безопасности.
Наибольшее распространение получило непрямое облучение помещений. Для этого источник УФИ подвешивают на высоте 1,8-2 м от пола с рефлектором, обращенным кверху таким образом, чтобы поток прямого излучения попадал в верхнюю зону помещения; нижняя зона помещения защищена от прямых лучей рефлектором лампы.
Воздух, проходящий через верхнюю зону помещения, фактически подвергается прямому облучению. Кроме того, отраженные от потолка и верхней части стен (для лучшего отражения стены должны быть окрашены в белый цвет) ультрафиолетовые лучи облучают нижнюю зону помещения, в которой могут находиться люди. Однако эффективность обеззараживания воздуха нижней зоны практически нулевая, так как интенсивность отраженной радиации в 20-30 раз меньше прямой.

Закрытое облучение проточного воздуха активно применяется как дополнительная ступень бактерицидной обработки воздуха и внутренней поверхности фильтров в системах вентиляции. В последние годы налажен выпуск автономных рециркуляционных устройств для обработки внутреннего объёма воздушной среды помещений с заявляемыми высокими характеристиками эффективности “бактерицидной очистки” и “полной безопасности” для здоровья присутствующих людей. К сожалению, объективных экспериментальных и научно-обоснованных подтверждений этим заявлениям в отечественной и зарубежной литературе не представлено.
Технические средства, обеспечивающие обеззараживание УФИ воздуха и поверхностей в помещениях, включают в себя:
1.                   Источники УФИ (бактерицидные лампы);
2.                   Бактерицидные облучатели;
3.                   Бактерицидные установки, представляющие собой группу облучателей, установленных в помещении.

1. Источники ультрафиолетового бактерицидного излучения.
В качестве источников УФИ используются разрядные лампы, у которых в процессе электрического разряда генерируется излучение, содержащие в своем составе диапазон длин волн 205-315 нм (остальная область спектра излучения играет второстепенную роль). К таким лампам относятся ртутные лампы низкого и высокого давления, а также ксеноновые импульсные лампы.
Ртутные лампы низкого давления конструктивно и по электрическим параметрам практически ни чем не отличаются от обычных осветительных люминесцентных ламп, за исключением того, что их колба выполнена из специального кварцевого или увиолевого стекла с высоким коэффициентом пропускания УФИ, на внутренней поверхности которой не нанесен слой люминофора. Эти лампы выпускаются в широком диапазоне мощностей от 8 до 60 Вт. Основное достоинство ртутных ламп низкого давления состоит в том, что более 60 % излучения приходится на линию с длиной волны 254 нм, лежащей в спектральной области максимального бактерицидного действия. Они имеют большой срок службы 5.000-10.000 ч и мгновенную способность к работе после их зажигания.
Колба ртутно-кварцевых ламп высокого давления выполнена также из кварцевого стекла. Достоинство этих ламп состоит в том, что они имеют при небольших габаритах большую единичную мощность от 100 до 1.000 Вт, что позволяет уменьшить число ламп в помещении, но обладают низкой бактерицидной отдачей и малым сроком службы 500-1.000 ч. Кроме того, нормальный режим горения наступает через 5-10 минут после их зажигания.
Существенным недостатком непрерывных излучательных ламп является наличие риска загрязнения парами ртути окружающей среды при разрушении лампы. В случае нарушения целостности бактерицидных ламп и попадания ртути в помещение должна быть проведена тщательная демеркуризация загрязненного помещения.
В последние годы интерес к УФИ обусловлен появлением нового поколения излучателей—короткоимпульсных, обладающих гораздо большей биоцидной активностью. Принцип их действия основан на высокоинтенсивном импульсном облучении воздуха и поверхностей УФИ сплошного спектра. Импульсное УФИ получают при помощи ксеноновых ламп, а также с помощью лазеров. Данные об отличии биоцидного действия импульсного УФИ от такового при традиционном УФИ на сегодняшний день отсутствуют.
Преимущество ксеноновых импульсных ламп обусловлено более высокой бактерицидной активностью и меньшим временем экспозиции. Достоинством ксеноновых ламп является также то, что при случайном их разрушении окружающая среда не загрязняется парами ртути.
Основными недостатками этих ламп, сдерживающими их широкое применение, является необходимость использования для их работы высоковольтной, сложной и дорогостоящей аппаратуры, а также ограниченный ресурс излучателя (в среднем1-1,5 года).
Бактерицидные лампы разделяются на озонные и безозонные.
У озонных ламп в спектре излучения присутствует спектральная линия с длиной волны 185 нм, которая в результате взаимодействия с молекулами кислорода образует озон в воздушной среде. Высокие концентрации озона могут оказать неблагоприятное воздействие на здоровье людей. Использование этих ламп требует контроля содержания озона в воздушной среде и тщательного проветривания помещения.
Для исключения возможности генерации озона разработаны так называемые бактерицидные “безозонные” лампы. У таких ламп за счет изготовления колбы из специального материала (кварцевое стекло с покрытием) или её конструкции исключается выход излучения линии 185 нм.
Бактерицидные лампы, прогоревшие срок службы или вышедшие из строя, должны храниться запакованными в отдельном помещении и требуют специальной утилизации согласно требованиям соответствующих нормативных документов.

2. Бактерицидные облучатели.
Бактерицидный облучатель—это электротехническое устройство, в котором размещены: бактерицидная лампа, отражатель и другие вспомогательные элементы, а также приспособления для его крепления. Бактерицидные облучатели перераспределяют поток излучения в окружающее пространство в заданном направлении и подразделяются на две группы - открытые и закрытые.
Открытые облучатели используют прямой бактерицидный поток от ламп и отражателя (или без него), который охватывает широкую зону пространства вокруг них. Устанавливаются на потолке или стене. Облучатели, устанавливаемые в дверных проемах, называются барьерными облучателями или ультрафиолетовыми завесами, у которых бактерицидный поток распределяется в небольшом телесном угле.
Особое место занимают открытые комбинированные облучатели. В этих облучателях, за счет поворотного экрана, бактерицидный поток от ламп можно направлять в верхнюю или нижнюю зону пространства. Однако эффективность таких устройств значительно ниже из-за изменения длины волны при отражении и некоторых других факторов. При использовании комбинированных облучателей бактерицидный поток от экранированных ламп должен направляться в верхнюю зону помещения таким образом, чтобы исключить выход прямого потока от лампы или отражателя в нижнюю зону. При этом облученность от отраженных потоков от потолка и стен на условной поверхности на высоте 1,5 м от пола не должна превышать 0,001 Вт/м2.
У закрытых облучателей (рециркуляторов) бактерицидный поток от ламп распределяется в ограниченном небольшом замкнутом пространстве и не имеет выхода наружу, при этом обеззараживание воздуха осуществляется в процессе его прокачки через вентиляционные отверстия рециркулятора. При применении приточно-вытяжной вентиляции бактерицидные лампы размещаются в выходной камере. Скорость воздушного потока обеспечивается либо естественной конвекцией, либо принудительно с помощью вентилятора. Облучатели закрытого типа (рециркуляторы) должны размещаться в помещении на стенах по ходу основных потоков воздуха (в частности, вблизи отопительных приборов) на высоте не менее 2 м от пола.
Согласно перечню типовых помещений, разбитых по категориям (ГОСТ), рекомендуется помещения I и II категорий оборудовать как закрытыми облучателями (или приточно-вытяжной вентиляцией), так и открытыми или комбинированными—при их включении в отсутствии людей.

3. Бактерицидные установки.
Под бактерицидной установкой понимается группа облучателей, установленных в помещении, для обеспечения заданного уровня снижения микробной обсемененности. Обеззараживание помещений с помощью бактерицидных облучателей сопровождается достаточно высоким энергопотреблением.
К помещениям, оборудованным бактерицидными облучателями, разработан перечень требований, выполнение которых обязательно с целью исключения возможности вредного воздействия на человека УФИ, озона и паров ртути:
-                     C внешней стороны помещения комплектуются световым табло над дверью с надписью: "Не входить. Опасно. Идет обеззараживание ультрафиолетовым излучением";
-                     Высота помещения должна быть не менее 3 м;
-                     Помещение должно быть либо оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией, либо иметь условия для интенсивного проветривания через оконные проемы, обеспечивающих однократный воздухообмен за время не более 15 минут;
-                     Помещения разделяются на два типа: первые - это помещения, в которых обеззараживание осуществляется в присутствии людей, и вторые - в отсутствии, для которых предусмотрено хранение средств индивидуальной защиты персонала от прямого облучения УФИ (очки, лицевые маски и перчатки);
-                     Содержание озона в воздушной среде помещения с бактерицидными облучателями не должно превышать 0,03 мг/м3, а паров ртути—0,0003 мг/м3 (среднесуточные ПДК для атмосферного воздуха);
-                 Все помещения с бактерицидными установками, действующими или вводимыми вновь, должны иметь Акт ввода их в эксплуатацию и Журнал их регистрации и контроля.
Эксплуатация ультрафиолетовых бактерицидных установок требует постоянного контроля со стороны органов Госсанэпиднадзора и к их эксплуатации должен допускаться персонал, прошедший необходимый инструктаж.
В лабораторных опытах УФИ достигает высоких показателей летальности микроорганизмов при создании идеальных условий. В реальных применениях эффективность оборудования значительно ниже и зависит от множества факторов, включая следующие:
-                    Напряжение сети. С ростом напряжения сети срок службы бактерицидных ламп уменьшается.
-                     Срок эксплуатации. По мере работы ламп идет снижение бактерицидного потока, чтобы это компенсировать, необходимо после истечения 1/3 номинального срока службы ламп увеличивать начально установленную длительность облучения в 1,2 раза и после 2/3 срока в 1,3 раза. Особенно быстрое снижение бактерицидного потока отмечается за первые десятки часов горения и может достигать 10 %. Через несколько сотен часов работы параметры ламп не соответствуют расчетной норме (при заявляемой изготовителями сроком годности не менее 1.000 часов). Учет времени работы облучателей и изменения длительности облучения должны заноситься в Журнал регистрации и контроля работы бактерицидной установки.
-                     Количество включений/выключений лампы.
-                     Запыленность поверхности отражателя и колбы лампы. Осевшие частицы резко снижают выход бактерицидного потока. Протирка от пыли и замена ламп должна проводиться ежемесячно.
-                     Движение воздуха. Охлаждающий эффект движущегося воздуха на поверхность лампы, в свою очередь, охлаждает плазму внутри лампы, от температуры которой зависит эффективность УФИ.
-                     Скорость и перемешивание воздуха в помещении не должны мешать микроорганизмам получать летальную дозу облучения.
-                     Запыленность воздуха частицами, обеспечивающими защиту микроорганизмов от УФ лучей (явление экранирования).
-                     Относительная влажность. Увеличение влажности влечет уменьшение уровня распада под УФИ экспозицией. При повышении относительной влажности в помещении до 80—90 % бактерицидный эффект снижается на 30—40 %.
-                     Температура окружающего воздуха. С понижением температуры окружающего воздуха затрудняется зажигание ламп. При температурах менее 100С значительное число ламп могут не зажигаться. При температуре свыше 300С возможен перегрев приборов включения и загорание оборудования.
-                     Время экспозиции. Должно быть достаточным для облучения максимального спектра микроорганизмов.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ.
Ультрафиолетовые лучи распространяются по прямой и действуют преимущественно на нуклеиновые кислоты, оказывая на микроорганизмы как летальное, так и мутагенное воздействие. Бактерицидными свойствами обладают только те лучи, которые адсорбируются протоплазмой микроклетки.
Биофизическое действие УФИ на генетический или функциональный аппарат бактерий выглядит следующим образом: УФИ вызывает деструктивно-модифицирующее повреждение ДНК, нарушает клеточное дыхание и синтез ДНК, что приводит к прекращению размножения и лизису микробных клеток. В нарушении синтеза ДНК основным является окисление сульфгидрильных групп, что вызывает инактивацию нуклеотидазы и гибель микробной клетки в первом или последующих поколениях.
Сила проникновения ультрафиолетовых лучей невелика. Тонкий слой стекла достаточен для того, чтобы не пропустить их. Действие лучей ограничивается поверхностью облучаемого предмета и его чистота имеет большое значение: УФИ высокоактивно, если микроорганизмы и частицы пыли расположены в один слой, при многослойном расположении верхние защищают нижележащие (явление экранирования).
Защитная оболочка вокруг бактериальной клетки препятствует достижению антимикробного действия. В любой живой клетке существуют биохимические механизмы, способные полностью или частично восстанавливать исходную структуру поврежденной молекулы ДНК. Благодаря радиационному мутагенезу, уцелевшие микроорганизмы способны образовывать новые колонии с меньшей восприимчивостью к облучению.
Вероятностный характер стерилизации УФИ изучен в достаточной степени и существуют различные уравнения, характеризующие процесс отмирания бактерий. В среднем, резистентные микроорганизмы составляют около 0,01 % от микробиологической популяции, но некоторые исследования предполагают что для определенных видов она может достигать 10 %.

С увеличением сопротивляемости распределение микроорганизмов можно представить следующим образом: вирусы и грамотрицательные бактерии, грамположительные, грибы и простейшие микроорганизмы, возбудитель туберкулеза, споровые формы бактерий и плесневых грибов. Вместе с тем, имеются существенные различия внутри видов и даже между молодыми и старыми культурами одного штамма. Известны также данные о проявлении механизмов защиты микробной клетки от летального действия УФИ, получивших название фотореактивации.
ЭФФЕКТ СТЕРИЛИЗАЦИИ.
Эффективность биоцидного действия УФИ зависит от длины волны, интенсивности облучения, времени воздействия, видовой принадлежности обрабатываемых микроорганизмов, расстояния от источника, а также от состояния воздушной среды помещения: температуры, влажности, уровня запыленности, скорости потоков воздуха.
Бактерицидные системы, использующие непрерывные излучательные лампы, имеют малую эффективность стерилизации из-за сложности подбора необходимой дозы облучения и недостаточного уровня мощности. Доза облучения является функцией интенсивности импульса и времени экспозиции, индивидуальной для каждого вида микроорганизмов и вирусов. Крайне сложно совместить параметры интенсивности импульса, времени экспозиции, состояние воздуха в помещении и длины волны таким образом, чтобы можно было единовременно воздействовать на весь спектр микроорганизмов и вирусов.
При работе импульсных ламп в течении 15 минут доза облучения на расстоянии 1 м от лампы составляет 510 м.Дж/см2, а снижение обсемененности воздуха в помещении 100 м3 достигает 87-91 %. Гибель микроорганизмов на поверхностях, прямо расположенных в 2 м от импульсного источника УФИ через 15 минут достигает 99,99 % при дозе 50 м.Дж/см2. При этом, на поверхностях, повернутых к источнику на 45-90 градусов, гибель микробов варьирует уже в пределах 57,6-99,99 %.
Эффективность применения УФИ для обеззараживания воздуха и поверхностей в каждом конкретном случае рассчитывается отдельно с учетом всех параметров, влияющих на процесс облучения микроорганизмов. Для инактивации движущейся микрофлоры в воздухе (по исследованиям американских ученых) доза УФИ должна быть в 4 раза больше той, что используется для инактивации микрофлоры, неподвижно расположенной на поверхностях. УФИ высокоактивно, если микроорганизмы и частицы пыли расположены в один слой, при многослойном расположении верхние защищают нижележащие (явление экранирования).

ЭФФЕКТ ФИЛЬТРАЦИИ.
Эффект фильтрации отсутствует. Для осуществления фильтрации УФ облучатели включают в состав вентилирующих систем с различными фильтрами очистки.

ПРИСУТСТВИЕ ЛЮДЕЙ.
УФИ при попадании на открытые участки кожи человека и сетчатку глаз может вызвать ожоги I-II степени, обострение сердечно-сосудистых недугов, а в некоторых случаях привести к заболеванию раком.
Открытые облучатели предназначаются для обеззараживания помещений только в отсутствии людей, открытые комбинированные только при кратковременном пребывании людей, а закрытые—в присутствии людей.
Обеззараживание поверхностей, стен и пола помещений может осуществляться с помощью открытых, комбинированных и передвижных облучателей, только в отсутствии людей.
В случае обнаружения характерного запаха озона надо немедленно удалить людей из помещения и тщательно его проветрить до исчезновения запаха озона. Периодичность контроля не реже 1-го раза в 10 дней, согласно ГОСТ. ССБТ. 12.1.005-88 "Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны".
Запрещается в помещениях для детей и легочных больных применять облучатели с безозонными лампами. Искусственное ультрафиолетовое облучение, даже непрямое, противопоказано детям с активной формой туберкулеза, нефрозо-нефрита, лихорадочным состоянием и резким истощением.
Использование ультрафиолетовых бактерицидных установок требует строгого выполнения мер безопасности, исключающих возможное вредное воздействие на человека ультрафиолетового бактерицидного излучения, озона и паров ртути.
Недостатки данного метода:
-                     Оказывает лишь поверхностное действие в зоне прямой досягаемости УФ лучей;
-                     Эффективность метода зависит от множества внешних факторов;
-                     Изменяет ионный и газовый состав воздуха, порой, превышая ПДК;
-                     УФИ инициирует процессы окисления и другие химические реакции, протекающие в воздухе.

РЕЗЮМЕ
Данный метод заслуженно считается эффективным для обеззараживания поверхностей, при этом доказаны микробиологическое и экономическое преимущество УФИ или его эквивалентная эффективность химическим методам. Для обеззараживания воздуха (особенно движущегося и запыленного) в присутствии людей его эффективность низкая. Потенциальная экологическая опасность для здоровья человека вынуждает использовать различные виды защиты, что существенно сужает области его применения.
При использовании УФ-облучателей лимитирующим фактором является предельно допустимая доза облучения людей, а не доза, требуемая для уничтожения микроорганизмов в воздухе помещения.