Обеззараживание воздуха в помещении ультрафиолетом и озоном: сравнение эффективности

С появлением короновируса задача обеззараживания воздуха в помещении приобрела особую важность. Раньше, когда нам угрожали обычные простуды, ОРВИ и грипп, вопросом дезинфекции задавались только в больницах. И разве что самые продвинутые сады и школы устанавливали бактерицидные рециркуляторы.

Короновирус изменил наш мир буквально за пару месяцев. Каждый из нас столкнулся с необходимостью носить маску, обрабатывать руки антисептиком. И по возможности  избегать тесного личного контакта. Поэтому многие стали задаваться вопросом: "Как избежать заражения короновирусом? Или хотя бы снизить вероятность?"

Как не заболеть короновирусом?

С масками и антисептиками все понятно. Безусловную важность их применения хорошо донесли до большинства людей. Но одно дело - надеть медицинскую маску и обработать руки при кратковременном выходе из дома. Например, походе в магазин за продуктами. Или поездке в общественном транспорте на работу. 

И совсем другое - находиться весь день в офисе, магазине или производственном цеху. Где постоянно присутствует много других людей. И не только тех, кто работает здесь каждый день. Но и новых посетителей, клиентов, заказчиков. Да и просто проходящих мимо людей. Ходить целый день в маске и обрабатывать руки каждый час крайне затруднительно. Хотя многие честно пытаются. 

Поэтому для помещений со скоплением людей логично озаботиться обеззараживанием воздуха. Ведь постоянная дезинфекция, безусловно, снижает число патогенных микроорганизмов. И в за счет этого сокращается вероятность заразиться от больного. Если таковой вдруг окажется внутри. 

Однако существуют ли эффективные методы обеззараживания воздуха ОТ ВИРУСОВ? Дело в том, что раньше основную угрозу здоровью людей составляли бактерии. Поэтому все исследования были направлены на изучение способов обеззараживания (ультрафиолета, озона, хлора) в первую очередь на грибки и бактерии. 

Обеззараживание воздуха - хорошая профилактика короновируса

Поэтому, когда короновирус ворвался в нашу жизнь, сначала было не понятно, как с ним бороться. В первую очередь удалось выяснить, что он хорошо подвержен воздействию спиртовых антисептиков. Таким образом, вопрос дезинфекции рук и поверхностей решился очень быстро. А вот с обеззараживанием воздуха все оказалось намного сложнее. 

Итак, коротко о том, о чем пойдет речь в нашей статье:

1. Ультрафиолет - самый известный способ обеззараживания воздуха в помещении.

1.1. UV излучение.

Ультрафиолет - невидимый спектр солнечного света. В зависимости от длины волны подразделяется на три диапазона: короткий, средний и длинноволновой. 

1.2. Воздействие ультрафиолета на бактерии.

UV лучи обладают достаточно сильным бактерицидным эффектом. Особенно восприимчивы ультрафиолету грамотрицательные бактерии. При этом существуют бактерии,  абсолютно невосприимчивые к таким лучам.

1.3. Влияние UV лучей на вирусы.

Также как и бактерии, вирусы обладают разной степенью чувствительности к UV излучению. И зависит она от размера вируса. Чем крупнее вирион вируса - тем выше его восприимчивость к ультрафиолету. Кстати, наиболее эффективны против вирусов лучи длинноволнового диапазона UV-A. Однако средние и короткие лучи также способны уничтожить вирус. Правда, только при длительном времени воздействия.

1.4. Эффективность ультрафиолета от короновируса.

Как показали исследования, ультрафиолет способен уничтожить короновирус. Но только при соблюдении двух условий. Первое - высокая мощность излучения. Второе - длительное время контакта (не менее 25 секунд).

2. Бактерицидный рециркулятор для обеззараживания воздуха - не панацея.

К сожалению, рециркулятор не гарантирует 100% результата. Основная проблема - короткое время контакта воздуха с УФ лампой. Из-за этого необходимо многократное прохождение воздуха через прибор. Другая разновидность УФ обеззараживателей - облучатели обеспечивают необходимое время воздействия. Но имеют серьезные ограничения по применению. Из-за которых их сложно использовать в быту.

3. Другие методы стерилизации: озонирование и фотокатализ.

Помимо УФ существует еще 2 метода дезинфекции: озонирование и фотокатализ. Основной альтернативой UV облучению является озонирование. Так как озон обладает очень высокой активностью. И способен быстро уничтожать практически любые микроорганизмы. 

4. Озон - мощнейший способ дезинфекции помещений.

4.1. Воздействие озона на бактерии.

При достаточном времени воздействия и концентрации озоном можно уничтожить любые бактерии. Deinococcus radiodurans - практически единственная бактерия, устойчивая к озонированию.

4.2. Влияние озона на вирусы.

Вирусы подвержены влиянию озона даже сильнее, чем бактерии. При этом степень чувствительности вирусов к озонированию зависит от липидной оболочки. Вирусы с липидной оболочкой сильнее подвержены воздействию озона. Вирусы без оболочки - менее.

4.3. Эффективность озонирования против короновируса.

Короновирус, как и вирус гриппа, хорошо уничтожается методом озонирования. Однако для уничтожения вируса нужны высокие концентрации озона. Которые, во-первых, сложно создать в большом объеме помещения. А во-вторых, озон в большом количестве опасен для человека. Поэтому применение классических генераторов озона - озонаторов возможно только в отсутствие людей.

Однако есть приборы, которые отлично обеззараживают и при этом совершенно безопасны. Это очистители-обеззараживатели воздуха.

5. Почему очиститель-обеззараживатель эффективнее, чем рециркулятор или озонатор.

  • 5.1. Максимальная эффективность дезинфекции. Очиститель-обеззараживатель принципиально отличается тем, что сначала задерживает микроорганизмы внутри. После чего эффективно уничтожает их внутри ультрафиолетом или озоном. За счет того, что уничтожение вирусов происходит внутри корпуса, обеспечивается 2 основных условия для эффективной стерилизации. Во-первых, длительное время контакта. Во-вторых, высокая концентрация дезинфектанта.
  • 5.2. Абсолютная безопасность. Важно, что при такой технологии опасный озон не выходит за пределы корпуса. Поэтому его применение безопасно в присутствии людей, животных и растений. Благодаря этому такой прибор может работать 24 часа в сутки.
  • 5.3. Расширенные возможности. Очиститель - это не только обеззараживание воздуха. Но и очистка от пыли, экологических загрязнителей. Плюс ионизация - насыщение отрицательными ионами кислорода. Такой кислород на 20% лучше усваивается нашим организмом. И поэтому отрицательные ионы очень полезны для здоровья. В итоге за счет комбинации разных функций обеспечивается более мощный оздоравливающий эффект.
Обеззараживание воздуха в помещении ультрафиолетовыми лучами

Обеззараживание воздуха в помещении ультрафиолетовыми лучами

Пожалуй, ультрафиолет является самой известной технологией обеззараживания. Те, кто постарше, знакомы с ультрафиолетовым излучением по кварцевым лампам. Объявление "Осторожно! Идет кварцевание!" раньше часто можно было увидеть на дверях в поликлиниках, больницах. 

Бактерицидный облучатель - современный аналог кварцевателя . Это мощный обеззараживатель с открытой ультрафиолетовой лампой. Так как источник ультрафиолета открыт, такой прибор можно включать только в отсутствие людей.

Чуть позже появились рециркуляторы - бактерицидные приборы, в которых UV лампа скрыта в стальном корпусе. Благодаря тому, что лучи ультрафиолета не попадают наружу, рециркулятор можно применять в присутствии людей. Комнатный воздух постоянно проходит через прибор (рециркулирует). Внутри он обеззараживается ультрафиолетовыми лучами. В результате воздух на выходе содержит меньше живых микроорганизмов. 

Ультрафиолет - невидимый компонент света

По данным Википедии, ультрафиолетовое излучение было открыто еще в конце 19 века. На тот момент уже было известно инфракрасное излучение (тепловой спектр света). И немецкий физик Иоганн Риттер начал поиски другого конца видимого излучения с волнами короче, чем у фиолетового излучения. Он обнаружил, что хлорид серебра быстрее разлагается под действием невидимого излучения. Которое находится за пределами видимого фиолетового спектра. 

Тогда ученые пришли к выводу, что свет состоит из 3 составляющих: 

  • окислительный тепловой компонент (инфракрасный свет);
  • осветительный компонент (видимый свет);
  • восстановительный компонент (ультрафиолет). 
Ультрафиолетовое излучение - невидимый компонент солнечного света

Далее ультрафиолетовое излучение разделили на 3 спектра:

  • Длинноволновой диапазон А (УФ-А) - длина волны 315-400 nm;
  • Средневолновой диапазон В (УФ-В) - длина волны 280-300 nm;
  • Коротковолновой диапазон С (УФ-С) - длина волны 100-200 nm.

Кстати, длинноволновой диапазон А часто называют "Черным светом". Так как он не распознается человеческим глазом. Именно его т используют для защиты паспортов и документов от подделки. Элементы, нанесенные особой краской, светятся только в таком ультрафиолете.

Основным источником ультрафиолетового излучения на Земле является Солнце. При этом поверхности Земли достигают 100% лучей UVA и примерно 10 % UVB. Именно от них нас защищают солнцезащитные крема. В то время как коротковолновой диапазон UVC практически полностью поглощается атмосферой.

Кстати, искусственные источники ультрафиолета начали применять в 60-70 годах 20 века. Первыми были эритемные лампы, которые использовали для ускорения синтеза витамина Д в организме. Их применяли для профилактики заболеваний у людей, чья профессия связана с недостатком солнечного света. Например, шахтеров и горных рабочих. 

Затем появились и другие источники ультрафиолетового излучения:

  • Ртутно-кварцевые лампы. В зависимости от спектра их используют для дезинфекции или освещения;
  • УФ лампы для соляриев. Для получения быстрого загара они генерируют излучение диапазона А;
  • Лазеры. Именно лазеры УФ спектра используют в микрохирургии глаза.

Обеззараживающий эффект ультрафиолета

Теперь что касается обеззараживания ультрафиолетовыми лучами. Эта тема широко исследовалась учеными. Причем не только химиками и биологами. Но и специалистами по изучению микробиологии аквариумов и рыбных хозяйств. Как известно, в жидкой среде создается идеальная среда для размножения бактерий. Поэтому вопрос обеззараживания от бактерий и их спор активно изучался и в этом ключе.

Общий итог - безусловно, УФ обладает хорошим бактерицидным эффектом. Однако полной стерилизации при помощи UV-излучения добиться невозможно. Как оказалось, на ультрафиолетовое излучение разные патогены реагируют по-разному. Кроме того, есть бактерии и грибки, полностью невосприимчивые к УФ лучам.

Обеззараживание ультрафиолетовым излучением - самый известный способ стерилизации воздуха
Воздействие УФ на бактерии

В общем и целом UV лучи оказывают сильный бактерицидный эффект. Например, обеззараживание ультрафиолетом намного эффективнее, чем рентгеновскими или гамма-лучами. Однако степень восприимчивости бактерий разная. Поэтому для уничтожения бактерий необходима разная суммарная доза излучения.  

Механизм воздействия УФ на клетки микроорганизмов

Обеззараживающий эффект УФ основан на том, что что ДНК клетки интенсивно поглощает ультрафиолет 240-300 нм - лучи среднего диапазона УФ-В. При этом  UV лучи поглощаются в основном нуклеиновыми кислотами, из которых состоит ДНК. 

Поэтому под влиянием UV излучения в ДНК возникают необратимые нарушения. К примеру, разрушение сшивок ДНК с белком, разрывы цепочки, нарушение целостности ДНК. В итоге повреждение ДНК приводит к нарушению механизмов движения, замедлению роста. А также снижению способности клетки к размножению. Постепенно накапливаясь, эти нарушения приводят к полной гибели микроорганизма. 

Так как пик поглощения приходится на область 254 нм., ультрафиолет этого диапазона обладает наиболее сильным бактерицидным эффектом. Причем чем выше интенсивность облучения, тем более серьезные повреждения получает клетка за то же время. 

Однако степень чувствительности к УФ разных бактерий сильно отличается. И существует масса бактерий, устойчивых к УФ-излучению. 

Итак, бактерицидная эффективность ультрафиолета зависит от 2 факторов:

  • Чувствительности к UV лучам. В зависимости от строения защитной оболочки некоторые виды более восприимчивы, другие - менее.
  • Суммарной дозы излучения, которая зависит от мощности и времени воздействия.
Дозы ультрафиолета, необходимые для уничтожения бактерий и вирусов

Выяснилось, что наиболее устойчивыми к UV являются грамположительные бактерии. В то время как грамотрицательные, наоборот, очень чувствительны и быстро погибают под их воздействием. В таблице справа приведены данные по суммарной дозе UV, нужной для уничтожения разных бактерий, простейших и вирусов.

В первую очередь это объясняется разницей в строении клеточной стенки. У грамположительных бактерий она толстая и прочная, благодаря множеству слоев пептидогликана (муреин). Тогда как у грамотрицательных бактерий муреин полностью отсутствует. Либо количество его слоев незначительно.

Поэтому UV легко проникает сквозь оболочку грамотрицательных бактерий, воздействуя на ДНК с большой разрушительной силой.

В то время как для проникновения внутрь грамположительной бактерии необходимо большее время воздействия. И более высокая мощность излучения. 

Например, из кишечно-тифозной группы бактерий самой устойчивой является кишечная палочка. Она полностью не погибает даже при 5-секундном УФ облучении диапазона 254 нм. Поэтому именно кишечная палочка служит показателем степени дезинфекции при исследовании разных методов.

Воздействие УФ на вирусы

Как и бактерии, вирусы имеют разную восприимчивость к ультрафиолету. Однако у вирусов она зависит не от строения защитной стенки клетки (у вирусов ее просто нет). А от размера вириона (так называется общая структура вируса). 

Общее правило здесь - чем меньше вирион вируса, тем более он устойчив к UV. Например, наиболее устойчивые вирусы: РНК-содержащие вирусы IPNV рода Aquabirnavirus (семейство Birnaviridae) и AHNV (семейство Nodaviridae) имеют вирионы размером 60 и 30 нм соответственно. 

И, наоборот, самими восприимчивыми к воздействию УФ являются крупные вирусы. Например, герпесвирусы Herpesviridae, такие как KHV, CCV и OMV, с диаметром вириона 120-200 нм. 

При этом многие вирусы среднего размера также относятся к легко разрушаемым. Например, Isavirus (ISA, семейство Orthomyxoviridae) с диаметром 90-140 нм. 

Ультрафиолетовые лампы против короновируса - оценка эффективности

Обеззараживание ультрафиолетом от короновируса

Короновирус имеет средний размер вириона диаметром 100-120 нм. Поэтому он достаточно легко разрушается ультрафиолетом. Первые предположения об этом были сделаны еще весной 2020 года. А лабораторные подтверждения были получены уже к началу лета. 

В июне 2020 года заголовки газет и новостных сайтов пестрели заголовками: "Короновирус убивается ультрафиолетом! Доказали ученые Бостонского университета". 

Данное исследование чувствительности короновируса к лучам УФ-С было проведено по инициативе крупного производителя ламп - компанией Signify. Совместно с Национальной Лабораторией по инфекционным заболеваниям Бостонского Университа (США) они оценили чувствительность короновируса к ультрафиолету диапазона С (длина волны 200 нм). 

16 июня 2020 года они опубликовали на своем официальном сайте результаты, которы показали что: 

  • при облучении в дозе 5 мДж\кв.см. в течении 6 сек. погибло 99% возбудителей короновируса;
  • облучение дозой 5 мДж\кв.см. в течение 25 секунд инактивирует 99,9% возбудителей. 
Исследование восприимчивости короновируса к УФ-С

Таким образом, лабораторно была доказана высокая чувствительность короновируса к УФ-излучению. С учетом того, что даже коротковолновое излучение УФ-С дает такой результат, то можно предположить, что более длинные лучи УФ-В и УФ-А обладают еще большей активностью. 

Известно, что чем больше длина волны, тем быстрее и глубже УФ проникает внутрь. Так как механизм обеззараживания УФ основан на повреждении внутренних структур: ДНК или РНК. Поэтому луч с большей длиной волны сильнее разрушает вирусы. Другими словами, длинноволновой луч УФ-А (315-400 нм) глубже проникает внутрь клетки. Также, как более длинная игла.

Нам удалось найти еще одно фундаментальное исследование на эту тему. 

В июне 2020 года Центр радиологических исследований Колумбийского Университета изучал воздействие на короновирус UVC с длиной волны 222 нм. 

В результатах указано, что, безусловно, средневолновой УФ-В диапазона 254 нм. оказывает более мощное воздействие на вирусы. Однако он оказывает негативное воздействие на кожу и глаза. Поэтому целью исследования было оценить эффективность воздействия на короновирус более мягкого излучения UVC диапазона 222 нм. 

Предыдущие исследования Центра показали эффективность диапазона 207-222 нм от вируса гриппа. Поэтому ученые предположили, что близкий по размеру короновирус может продемонстрировать схожую чувствительность. В итоге они получили следующие результаты: 

Облучение УФ-С в дозе 3 мДж\кв.см\час уничтожает:

  • 90% короновируса за 8 минут;
  • 95% за 11 минут;
  • 99% за 16 минут;
  • 99,9% за 25 минут. 

Данные результаты получены 19 апреля 2020, подтверждены 4 июня и опубликованы 24 июня 2020 года.

Обратите внимание, насколько сильна разница во времени, необходимом для уничтожения вируса. В первом исследовании речь идет о секундах, здесь - о минутах. При этом в первом была использована доза облучения 5 мДж\кв.см. Во втором - 3 мДж\кв.см. Таким образом, интенсивность облучения имеет огромную роль. 

Так что эффективность обеззараживания УФ-лучами зависит от 2 факторов:

  • дозировка облучения. Чем она выше, тем быстрее уничтожается вирус;
  • время облучения. Чем больше время обработки, тем больший процент возбудителя погибает. 

Другими словами, короновирус можно уничтожить с помощью ультрафиолета. Но только при условии высокой мощности излучения и длительном времени обработки. 

Бактерицидный рециркулятор благодаря закрытой ультрафиолетовой лампе безопасен при дезинфекции помещений

Бактерицидный рециркулятор для обеззараживания воздуха

Бактерицидный рециркулятор воздуха - пожалуй, самый известный прибор для дезинфекции. Многие из тех, кто задумался о профилактике короновируса, начали искать именно рециркуляторы. 

Рециркулятор - это УФ облучатель, источник ультрафиолета в котором скрыт внутри корпуса. Источником излучения могут быть одна или несколько УФ ламп разной мощности. 

Принцип работы рециркулятора очень прост. Комнатный воздух прогоняется через прибор вентилятором (рециркулирует). И во время прохождения через корпус обеззараживается ультрафиолетом. Конструкция, при которой источник излучения скрыт внутри, имеет свои плюсы и минусы. 

Плюсы рециркулятора воздуха:

1. Полная безопасность

Так как UV-лампа стоит внутри корпуса, бактерицидное воздействие оказывается только на воздух внутри прибора. С одной стороны, это обеспечивает полную безопасность использования. Ведь при попадании на кожу и слизистые UV может вызвать ожоги разной степени. А в рециркуляторе опасные лучи скрыты внутри стального или пластикового корпуса. Поэтому они не попадают на кожу, слизистые, глаза человека. 

2. Возможность круглосуточного использования

Благодаря скрытому источнику бактерицидный рециркулятор может быть включенным 24 часа в сутки. Более того, в период пандемии или опасности заражения рекомендуется именно круглосуточная работа. Такая постоянная обработка воздуха заметно снижает общую вирусную и бактериальную нагрузку на организм. 

Минус рециркулятора: короткое время воздействия

Как мы уже отмечали выше, для эффективного уничтожения вирусов необходимы 2 фактора. Во-первых, мощность излучения. Как правило, рециркуляторы с 2 лампами мощностью 15 Вт уже обеспечивают необходимую суммарную мощность излучения. 

Второй фактор - длительность воздействия. Вот тут-то и возникают сложности. Дело в том, что воздух через рециркулятор прогоняет вентилятор. То есть скорость прохождения достаточно высокая.  Поэтому воздух проходит обеззараживание всего 1-2 секунды. 

Как показывают лабораторные исследования, этого времени недостаточно для полного уничтожения. За столь короткое время вирус может получить лишь некоторые повреждения. Поэтому для полного уничтожения патогена необходимо многократное прохождение воздуха через рециркулятор. Постепенно накапливаясь, эти нарушения приобретают необратимый характер и обеспечивают ожидаемый эффект. А именно разрушение цепочки ДНК (РНК) и потерю способности к размножению. 

Бактерицидный облучатель - обеззараживатель с открытым источником ультрафиолетового излучения

Бактерицидный облучатель и рециркулятор - не одно и то же!

Давайте подробнее остановимся на отличиях бактерицидных рециркуляторов и облучателей. Некоторые путают рециркулятор с ультрафиолетовым облучателем. Основное различие между ними в том, где (снаружи или внутри) стоит УФ-лампа.  Рециркулятор - это прибор закрытого типа, то есть лампа стоит внутри. В то время как бактерицидные облучатели имеют полностью открытую UV лампу. Поэтому УФ облучатели - это приборы открытого типа. 

Кстати, открытое облучение ультрафиолетом также имеет свои плюсы и минусы. 

Преимущества ультрафиолетового облучателя:

1. Воздействие на весь объем воздуха.

За счет того, что UV лампа открыта, ее бактерицидное воздействие распространяется на гораздо больший объем воздуха. По большому счету, весь воздух, на который попадают лучи, проходит дезинфекцию. Обрабатываемый объем зависит от мощности излучения. Чем мощнее лампа, тем больший объем она может обеззаразить. 

2. Доп. обеззараживание поверхностей.

Так как ультрафиолетовые лучи распространяются во всем пространстве, дезинфекцию проходят в том числе и поверхности. Например, стены, пол, мебель, предметы интерьера. Любые предметы и поверхности, на которые падает ультрафиолетовый луч, стерилизуются.  Степень дезинфекции также зависит от мощности источника УФ и времени облучения. 

3. Высокая эффективность обеззараживания за счет длительного контакта.

Как правило, ультрафиолетовый облучатель включается на 10-20 минут. Как показывают исследования, этого времени более чем достаточно, чтобы уничтожить не только бактерий и грибки. Но и вирусы. Правда, такая обработка может проводиться всего 1-2 раза в сутки. 

Недостатки УФ-облучателя:

1. Строгие меры безопасности.

Дело в том, что ультрафиолет в высокой дозировке вызывает ожог слизистой оболочки глаз, носа, кожи. Так как в облучателе лампа полностью открыта, работа прибора возможна только при отсутствии в комнате людей. Человек при включении облучателя должен надевать специальные защитные очки. Кроме того, после окончания обработки необходимо проветривание помещения. Так как в процессе работы мощной лампы выделяется много озона. 

Также в комнате во время дезинфекции не должно быть животных. Растения нужно или вынести, или прикрыть плотной тканью.

2. Ограниченные возможности применения.

В общем, применять ультрафиолетовый облучатель дома или в офисе неудобно. Такой прибор подходит разве что для обработки в медицинских целях. Например, дезинфекции больничных палат, операционных, приемных кабинетов врачей. 

Итак, за счет длительного контакта облучатель более эффективен против вирусов, чем рециркулятор. Однако он имеет серьезные ограничения по применению. 

В итоге ни рециркулятор, ни облучатель не является идеальным обеззараживателем воздуха для дома: 

  • Рециркулятор - из-за короткого времени контакта с источником УФ. 
  • Облучатель - из-за серьезных ограничений по применению. 
Способы обеззараживания воздуха: озонирование и фотокаталитическая очистка

Озонирование и фотокатализ - другие методы обеззараживания 

Помимо ультрафиолета существует еще 2 метода уничтожения бактерий и вирусов в воздушной среде: 

  • Озонирование;
  • Фотокатализ.

Все эти методы подробно рассматриваются в статье "Обеззараживание воздуха: бактерицидный рециркулятор и не только". 

Принципиальное отличие этих методов обеззараживания от УФ излучения

UV разрушает ДНК, а озонирование и фотокатализ - защитную оболочку

Ультрафиолет воздействует на внутренние структуры клетки - ДНК или РНК. Чем выше длина волны, тем глубже проникает ультрафиолетовый луч. Воздействия на защитную оболочку здесь практически нет. Взаимосвязь между наличием защитной оболочки и устойчивостью микроорганизма к УФ объясняется лишь тем, что прочная оболочка препятствует быстрому проникновению UV луча внутрь. Чем толще и надежнее оболочка - тем больше времени нужно, чтобы луч смог проникнуть вглубь и повредить ДНК. Можно сказать, что оболочка защищает клетку от УФ также, как это делает озоновый слой Земли. 

В то время как озонирование и фотокатализ разрушают именно защитную оболочку. Основа работы этих методов - мощное окисление, в процессе которого разрывается мембрана клеточной стенки. В результате бактерия или вирус оказываются неспособными к жизнедеятельности и размножению. Более того, даже микроорганизмы без защитной оболочки - а есть и такие (например, некоторые вирусы), получают необратимые разрушения. Например, вирусы без защитной оболочки теряют способность соединяться с клетками организма-хозяина. В результате чего они быстро погибают.

UV имеет накопленный эффект, а озонирование и фотокатализ разрушают клетку быстрее

И еще такой момент - при воздействии ультрафиолетом происходит постепенное ослабление микроорганизма. Для того, чтобы ультрафиолет полностью разрушил бактерию или вирус, необходим накопленный эффект. Либо длительное время воздействия, либо неоднократное повторение UV облучения. 

При озонировании и фотокатализе запускается процесс окисления, в ходе которого клетка получает необратимые разрушения сразу же. Безусловно, для достижения такого эффекта нужна определенная степень воздействия. Для озонирования - это концентрация озона. Для фотокатализа - интенсивность процесса фотокаталитической очистки. 

Однако если необходимая интенсивность достигнута, данные технологии обеспечивают во-первых, мгновенное, во-вторых, полное разрушение посторонних компонентов. Причем не только органических, но и неорганических веществ. 

Озон - мощное обеззараживание воздуха от микроорганизмов

Озонирование как метод дезинфекции и стерилизации

Озон - один из наиболее мощных природных дезинфектантов. Всем нам хорошо знаком запах озона после грозы. Кстати, этот специфический запах ощущается при концентрации озона 7-10%.

Озон - это аллотроп (модификация) кислорода. Можно сказать, что это активированный кислород. И образуется озон из кислорода под влиянием электричества или ультрафиолета. 

Озон - газ, который образуется из кислорода под воздействием электромагнитного или УФ излучения

Химическая формула озона - О3. Он образуется из молекулы кислорода О2 путем присоединения еще одного дополнительного атома кислорода. Происходит это следующим образом. 

Под воздействием UV или электричества разрываются связи в молекулах кислорода О2. Из-за этого образуются свободные атомы кислорода. Которые при объединении с полной молекулой О2 и создают озон О3. 

В природе озон образуется:

  • во время грозы под воздействием электростатического разряда молнии; 
  • в верхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетового излучения. 

Основная его особенность - это очень сильный окислитель. Благодаря этому озон применяют в основном в целях дезинфекции и стерилизации.

Цикл превращения кислорода в озон и обратно

Дело в том, что озон запускает мощнейшую реакцию окисления. Он вступает в реакцию с веществами, присутствующими в атмосфере. В результате разрушаются молекулы практически любых веществ, содержащихся в воздухе. 

Полностью погибают любые живые микроорганизмы. А также мгновенно разрушаются молекулы летучих химических соединений. Другими словами вещества, присутствующие в атмосфере, окисляются. В результате чего распадаются на безвредные компоненты: воду, углекислый газ. 

Причем после обеззараживания озоном не остается никаких запахов. Так как озон после окончания процесса окисления превращается обратно в кислород. 

Если в атмосфере чувствуется запах озона - значит реакция окисления до конца не завершена. Как только окисление закончится, в воздухе останутся только его чистые компоненты: азот и кислород. 

А так как молекулы озона очень неустойчивы и легко разлагаются, то даже высокие концентрации озона полностью разлагаются обратно в кислород за достаточно короткое время. 

Для озонирования в бытовых целях применяют озонаторы воздуха. К примеру, озонаторы активно применяются для:

  • устранения сильных запахов в помещениях и салонах автомобилей (табачный дым, запах животных, пожара, краски и пр.);
  • уничтожения плесени, грибка в подвалах, овощехранилищах, складах продовольственных товаров; 
  • дезинфекции воздуха, поверхностей, воды. 

Кроме того, на выделении озона основана технология электростатической (плазменной) очистки.  Суть ее проста - блок генерирует мощный электростатический разряд, который запускает процесс преобразования кислорода в озона. В результате создается концентрация озона, достаточная для запуска реакции окисления (очистки воздуха) внутри прибора.

Принципиальным отличием озонатора от очистителей является то, что озонатор предполагает обработку всего помещения. В то время как очиститель проводит дезинфекцию и очистку воздуха внутри прибора. 

Ниже мы подробно рассмотрим, почему очистители-обеззараживатели более удобны для дезинфекции внутри жилых помещений. 

Фотокаталитическая очистка воздуха - еще один способ обеззараживания

Обеззараживание воздуха фотокатализом

Фотокатализ - еще один метод запуска окислительной реакции для глубокой очистки и дезинфекции. По сути фотокаталитическая очистка это тот же процесс окисления. Однако в данном случае он запускается катализатором. В основном в качестве катализатора используют двуокись титана. Это белый порошок, который при облучении ультрафиолетом запускает сильную окислительную реакцию. 

Надо отметить, что окисление обычно всегда протекает в воздухе. Однако катализатор усиливает этот процесс в сотни раз, переводя уровень его эффективности на совершенно иной уровень. По мощности очищающего воздействия фотокатализ сравнивают с пламенем огня. 

В общем и целом, по своему эффекту фотокатализ очень напоминает озонирование. В результате запуска мощной реакции окисления разрушается мембрана защитной оболочки клетки. По окончании процесса окисления вещество распадается на безвредные компоненты. А именно воду и углекислый газ. 

Принцип фотокаталитической очистки и стерилизации воздуха

Важно отметить, что фотокатализу подвержены молекулы любых веществ. Например, для озона существуют нереагентные вещества. К примеру, оксиды титана, кремния, кальция не вступают в реакцию с озоном. В то время как фотокатализ воздействует на любые известные науке органические и неорганические вещества. 

В ходе фотокаталитической очистки воздуха разрушаются:

  • любые живые микроорганизмы (бактерии, вирусы, грибки, споры);
  • летучие химические вещества (запахи, выбросы, табачный дым);
  • аллергены (цветочная пыльца, пылевые клещи, их экскременты). 

Несмотря на столь высокую эффективность, фототаталитическая очистка не нашла широкого применения. Так как: 

  • Для высокой эффективности процесса окисления нужна большая площадь контакта воздуха с катализатором. С учетом того, что бытовые приборы должны иметь небольшие размеры, реализовать это требование непросто; 
  • Скорость окисления при фотокатализе довольно невысокая. Поэтому при большом объеме воздуха, прокачиваемого через прибор, сложно обеспечить должную скорость реакции. 

Из-за этого в бытовых приборах фотокатализ применяется чаще в качестве дополнительной ступени. В то время как основная нагрузка ложится на другие, более быстрые методы очистки. Например, плазменный (электростатический) блок или фильтр НЕРА. 

Поэтому основной альтернативой ультрафиолету для обеззараживания воздуха является озонирование.

Эффективность озона против разных микроорганизмов

Как окислитель озон действует гораздо эффективнее многих других дезинфектантов. В том числе хлора и хлоргексидина. Считается, что по степени активности окисления одна частица озона равняется 3-5 тысячам частиц хлора.

Преимущества дезинфекции озоном:

  • Высокая активность в отношении любых форм живых микроорганизмов. В том числе бактерий, вирусов, грибков и спор;
  • Высокая скорость уничтожения микрофлоры. Особенно вирусов. 
  • Так как озон - это газ, он хорошо распространяется по всему помещению;
  • За счет этого появляется возможность стерилизовать не только воздух. Но и поверхности, стены, мебель, предметы интерьера;

Воздействие озона на бактерии

Так как озон применяется для дезинфекции воды и поверхностей уже довольно давно, его воздействие на бактерии хорошо изучено. Лабораторные исследования показали очень высокую эффективность уничтожения озоном разных патогенов. При достаточном времени воздействия и концентрации озон уничтожает практически все бактерии. Например, концентрация озона от 1 до 5 мг\литр при обработке в течении 5-20 минут приводит к гибели кишечной палочки, клебсиеллы, стрептококков. 

Для начала давайте подробнее рассмотрим механизм воздействия озона на бактерию. 

Главное, что делает озон - разрушает защитную оболочку. Происходит это за счет окисления липидов и белков, входящих в состав клеточной стенки. Защитная стенка разрушается. И клетка бактерии просто перестает существовать. 

Уничтожение бактерии озоном

Рис.1. Здесь представлена здоровая защитная оболочка бактерии. Основная ее задача - обеспечивать целостность микроорганизма. 

Молекула озона вступает в реакцию с защитной стенкой бактерии

Рис.2. Озон О3 (на рисунке это синяя молекула) вступает в окислительную реакцию с клеточной стенкой. 

Озон проникает внутрь бактерии и разрушает ДНК клетки

Рис.3. Через несколько секунд контакта в защитной оболочке образуется разрыв благодаря окислению липидов и белков. Эта реакция называется окислительным взрывом. 

В результате действия озона клетка теряет способность к размножению

Рис.4. В результате воздействия в стенке образуются пробоины. Из-за этого нарушаются все процессы жизнедеятельности в клетке. Так как она больше не является цельной структурой. 

Озонирование приводит к полному уничтожению бактерий, грибков и вирусов

Рис.5. Клетка бактерии постепенно теряет свою форму. Если процесс окисления не закончен, молекула озона продолжает повреждать стенку. Если окисление завершено, озон превращается обратно в кислород. 

Рис.6. После воздействия озона клеточная стенка теряет способность сохранять целостность. И клетка погибает.

Однако высокая эффективность уничтожения микроорганизмов достигается при выполнении 2 условий:

  • Времени воздействия;
  • Концентрации озона.

При достаточном времени воздействия и концентрации ПРАКТИЧЕСКИ ВСЕ бактерии можно уничтожить с помощью озонирования. 

Однако если концентрация или время воздействия ниже необходимого, то ЭФФЕКТ НЕЗНАЧИТЕЛЬНЫЙ или НУЛЕВОЙ - "все или ничего". 

Кстати, критическое значение концентрации, при котором происходит полное разрушение клетки, называется пороговым значением.  И в зависимости от разновидности бактерии, для уничтожения ее клетки нужна разная концентрация и время воздействия. Например:

Вид бактерии Результат воздействия озоном
Bacillus sp. Клетки погибают при концентрации озона 0,2 мг\л в течение 30 секунд
Bacillus subtilis 90% клеток погибает при концентрации озона 0,1 мг\л в течение 33 минут
Clavibacter michiganense 99% клеток гибнет при концентрации озона 1,1 мг\л в течение 5 минут
Escherichia coli (из фекалий) 99% клеток разрушается при концентрации озона 0,2 мг\л в течение 30 секунд
Escherichia coli (из чистой воды) 99% клеток погибает при концентрации озона 0,25 мг\л в течение 2 минут
Escherichia coli (из грязной воды) 99% клеток гибнет при концентрации озона 2,2 мг\л в течение 19 минут
Salmonella sp.Pseudomonas sp.Virbrio cholera Сверхчувствительные клетки, погибают даже при низкой концентрации 
Staphylococcus sp. 99% клеток уничтожаются при концентрации озона 2,2 мг\л в течение 30 секунд 
Streptococcus sp. 99% клеток гибнет при концентрации озона 0,2 мг\л в течение 30 секунд
Deinococcus radiodurans Практически единственная бактерия, устойчивая к озону
Вирусы озоном уничтожаются быстро и эффективно

Воздействие озона на вирусы

Вирус (лит. virus - яд) принципиально отличается от бактерии, тем, что живет только внутри другого организма. Это микроскопические частицы состоят из молекул нуклеиновых кислот - ДНК или РНК, заключенных в белковую оболочку (капсид). У некоторых вирусов есть еще липидная оболочка. Она выполняет такую же защитную функцию, как и клеточная стенка бактерии.

Так как вирус не является клеткой, его структуру называют "вирион". Вирион жизнеспособен, только когда внедряется в живую клетку другого организма - "клетку-хозяин". При внедрении вируса в клетку живого организма он значительно нарушает ее деятельность. Поэтому вирусы вызывают ряд серьезных заболеваний.

Как вирус попадает внутрь клетки-хозяина?

Приближившись к клетке, вирус проникает через защитную оболочку - впрыскивает внутрь свою нить ДНК. Внутри клетки начинается процесс многократного воспроизведения вирусной ДНК. После того, как клетка погибает, наружу выходит множество других вирусов. И они с большой скоростью начинают захватывать другие клетки.

Так как сегодня вирусы стали серьезной угрозой, было проведено немало исследований на тему влияния озона на вирусы. 

Как оказалось, вирусы сильно подвержены влиянию озона. 

Также как и у бактерий, степень чувствительности здесь разная. Например, полиовирус в 40 раз устойчивее к озону, чем вирус Коксаки. 

Чувствительность вируса к озону определяется в первую очередь наличием или отсутствием липидной оболочки. 

И это вполне понятно. Ведь озон воздействует именно на оболочку, разрушая ее липиды. 

Поэтому вирусы, имеющие липидную оболочку, наиболее чувствительны к озонированию. К таким вирусам относятся: 

  • Hepadnaviridae (гепатит B);
  • Flaviviridae (гепатит C, желтая лихорадка);
  • Herpesviridae – семейство, включающее ветряную оспу, ЦМВ (цитомегаловирус) и вирус Эпштейна-Барра; 
  • Orthomyxoviridae (вирус гриппа); 
  • Paramyxoviridae (свинка, корь); 
  • Coronaviridae
  • Rhabdoviridae (вирус бешенства); 
  • Togaviridae (краснуха, энцефалит); 
  • Bunyaviridae; Poxviridae (оспа); 
  • Retroviridae (ВИЧ), 
  • Filoviridae (вирус Эбола).

Для вирусов с липидной оболочкой разрушительный механизм озона аналогичен воздействию на бактерии. Нарушается структура фосфолипидов и липопротеинов. Разрушаются связи между ними. Благодаря этому в липидной оболочке образуются разрывы, что приводит к гибели вириона. 

При этом существуют вирусы, не имеющие липидной оболочки - так называемые "голые вирусы".  Их вирион включает в себя только ДНК (РНК) и белковую оболочку. Как правило, такие вирусы меньше подвержены воздействию озона. Однако это не значит, что озонирование их не убивает. Просто для этого нужно больше времени. Или болоее высокая концентрация озона. 

Итак, вирусы без липидной оболочки менее чувствительны к озону. К ним относятся: 

  • Adenoviridae (респираторные инфекции), 
  • Picornaviridae (полиовирус, вирус Коксаки), 
  • Caliciviridae (гепатит E), 
  • Papillomaviridae (вирус папилломы).

Так как у этих вирусов нет липидной оболочки, механизм воздействия на них иной. В данном случае молекулы озона влияют на способность вируса внедряться в клетку-хозяина. Изменяется структура выступов, которые отвечают за взаимодействие вириона с мембраной клетки-хозяина (гликопротеиновые выступы или пепломеры). Из-за этого вирион оказывается неспособен к внедрению в другие клетки. 

По результатам некоторых исследований озон также способен изменять и структуру ДНК (РНК) вируса. Однако механизм этого пока изучен недостаточно. 

Примеры степени чувствительности разных вирусов к озону приведены ниже. 

Вирус Результат воздействия озоном
Энтеровирус 100% вирионов погибают при концентрации от 0,1 до 0,8 мг\л в течении 30 секунд
Вирус Коксаки В5 99,9% вирионов гибнут при концентрации 0,4 мг\л в течении 2,5 минут (реакция в грязных сточных водах)
Вирус герпеса  100% вирионов погибают при концентрации 0,5 мг\л в течении 30 секунд
Вирус гриппа  Пороговое значение концентрации - 0,5 мг\л
Вирус полиомелита  100% вирионов погибают при концентрации 0,3-0,4 мг\л в течении 3-4 минут

Исходя из этих данных, для уничтожения вирусов нужны меньшие концентрации озона и время, чем для гибели бактерий.

Так что озонирование является мощнейшим способом дезинфекции, в том числе и от вирусов. 

Эффективность озонирования против короновируса

Воздействие озона на короновирус

После распространения короновируса ученые стали проводить разные исследования. В том числе и на тему воздействия озона на данный вирус.

На сайте Научного сообщества Озоновой Терапии (International Scientific Committee of Ozone Therapy ISCO3) 13 марта 2020 года былы опубликованы результаты исследования, проведенного в марте 2020 г.

Еще до появления короновируса было известно, что озон способен за короткое время уничтожать большинство вирусов. В исследовании неоднократно упоминается о том, что данный факт уже многократно доказан и не подлежит никакому сомнению.  

Также озон также может использоваться и для дезинфекции помещений от COVID-19. В том числе больниц, общественного транспорта. Кроме того, в исследовании приводят данные о лечебном воздействии озона для облегчения течения самого заболевания. Оказывается, в медицине есть целое направление - озонотерапия. Которая изучает возможности применения озона именно как лекарства, способного снизить число осложнений. 

Мы не будем заострять внимание на медицинском аспекте применения озона. Все данные по этому вопросу приведены в тексте самого исследования. И ознакомиться с ними можно на официальном сайте организации. 

Нас озон интересует в первую очередь как средство дезинфекции. В данном документе указаны рекомендованные дозы для обеззараживания помещений - 39-49 мг\куб.м.: 

Сложности применения озонирования для обеззараживания воздуха в помещении

Итак, обработка озоном является эффективным методом дезинфекции помещений. Однако для уничтожения бактерий и вирусов необходимо создать определенную концентрация озона в воздухе помещения. Которая создается за счет включения в комнате озонатора воздуха.

То есть в закрытой комнате, освобожденной от людей и животных (в больших количествах озон опасен) включается озонатор. Как правило, прибор  выделяет определенное количество озона в час. И время обработки рассчитывается исходя объема помещения. И того, какой эффект нужно получить. 

Так вот, чтобы создать в комнате концентрацию озона, необходимую для обеззараживания, прибор должен работать долгое время. В качестве примера можно привести исследование эффективности обработки озоном от вируса гриппа, проведенное в 2009 году японскими учеными. 

В нем показано, что для уничтожения 99,9% вирионов вируса необходима обработка озоном: 

  • в концентрации 10 ppm - в течении 210 минут; 
  • в концентрации 20 ppm - в течении 150 минут. 
Лабораторная оценка концентрации озона для уничтожения вируса гриппа

Обращаем внимание, что данные цифры приведены для исследуемого объема всего 160 литров. 

Исходя из этого, для создания должной концентрации в комнате площадью 10-12 кв.м. генератор озона должен работать десятки часов! 

А ведь во время работы озонатора воздуха в комнате нельзя находиться людям и животным. Так как при вдыхании даже незначительных концентраций озон оказывает раздражающее воздействие на слизистые оболочки. Также он может вызвать обострение бронхита, астмы и головных болей. 

В соответствии с рекомендациями ВОЗ, безопасная средняя за 8 часов концентрация озона не должна превышать 100 мкг/м3. При этом выраженная бактерицидная активность озона достигается при концентрациях не менее 6000 мкг/м3. А это в сотни раз больше безопасных значений.

Да, озон действительно обладает способностью уничтожать бактерии, вирусы и другие патогены. 

Однако безопасные для человека концентрации озона не имеют бактерицидного эффекта. А создать бактерицидные концентрации возможно только при отсутствии людей в помещении. 

Поэтому озонатор может работать ТОЛЬКО В ОТСУТСТВИИ ЧЕЛОВЕКА. 

Например, в приведенном исследовании озонатор рекомендуется только "для дезинфекции офисов от вируса гриппа в ночное время".

Однако применительно к теме нашего исследования - "Дезинфекция помещений для профилактики короновируса" нам нужен способ обработки В ПРИСУТСТВИИ людей. То есть нужен обеззараживатель воздуха для дома эффективный и безопасный одновременно. И он есть!

Чтобы снизить вероятность заражения короновирусом, нужны обеззараживатели воздуха

Очистители-обеззараживатели воздуха с УФ или озоном - оптимальный способ обеззараживания в помещении

Итак, основная сложность обеззараживания озоном в том, что нужна высокая концентрация и длительное время воздействия. И если ставить задачу бактерицидного воздействия на весь объем воздуха в комнате, то возникают серьезные ограничения. Ведь бактерицидные концентрации озона, если их создавать во всем объеме помещения, опасны для здоровья. 

При этом можно легко уничтожить вирус, если задержать его ВНУТРИ прибора. Идея проста -

  • Для начала задержать опасные микроорганизмы внутри. Для этого нужны фильтры, способные задерживать очень мелкие частицы (бактерии, вирусы);
  • После этого их будет намного проще уничтожить. Ведь внутри прибора можно создать высокую концентрацию. И обеспечить длительное время контакта. Ведь задержанные на фильтре вирусы никуда "не убегут". И будут подвергаться бактерицидному воздействию УФ или озона до полного уничтожения. 

Поэтому для обеззараживания в помещении в присутствии людей лучше использовать очистители-обеззараживатели воздуха. Это приборы, которые действуют по описанной выше технологии - задержать патоген и уничтожить его, не допуская выхода жизнеспособного микроорганизма наружу. 

Важные преимущества очистителей-обеззараживателей воздуха:

  • Абсолютная безопасность. УФ, озон остаются внутри и не попадают наружу. Поэтому такой способ дезинфекции помещения совершенно безопасен.  
  • Никаких ограничений. Соответственно, в момент обработки внутри могут спокойно находиться люди, животные или растения. 
  • Максимальная эффективность обеззараживания. Во-первых, в небольшом внутреннем объеме можно создать серьезную дозу УФ излучения или концентрацию озона. Во-вторых, задержанные на фильтрах патогены подвергаются воздействию дезинфектантов длительное время. Поэтому эффективность стерилизации ЗА 1 ПРОХОД здесь несоизмеримо выше. 
  • Возможность использования 24 часа в сутки. Очиститель-обеззараживатель может быть включенным круглосуточно. За счет этого общая бактериологическая чистота в комнате намного выше. 
  • Очень комфортная работа: без шума, запахов и прочих побочных эффектов. Важно, что здесь не образуется запаха озона, как при работе УФ ламп или озонатора. Плюс в таких моделях стоят современные бесшумные вентиляторы. Кроме того, они намного удобнее в управлении. Например, имеют несколько ступеней мощности, различные режимы и настройки. 
  • Дополнительные функции: очистка, ионизация и увлажнение воздуха. Помимо обеззараживания, Вы получаете функцию очистки воздуха. В том числе от любой пыли и аллергенов. Многие такие приборы ионизируют - придают молекулам кислорода отрицательный заряд, делая их более полезными для здоровья. Есть и такие, которые еще и увлажняют воздух естественным способом. 

Таким образом, Вы получаете не просто обеззараживатель. А целый комплекс по созданию здорового микроклимата в комнате. 

1 Этап. Задержка вирусов и бактерий внутри прибора

Функцию задержки таких мелких частиц, таких как микроорганизмы, могут выполнять следующие фильтры:

  • Противопылевой фильтр НЕРА высокой эффективности;
  • Осадительные пластины электростатического фильтра. 

Фильтр НЕРА

Это самый первый фильтр, придуманный человечеством для очистки воздуха. Это ткань из волокон, которые задерживают частицы пыли размером до 0,1 мкм. Для сравнения - толщина человеческого волоса составляет 100 мкм. Вентилятором воздух прогоняется через фильтр, и частицы в нем просто застревают. Таким образом, на выходе воздух получается более чистым. 

Такая технология широко используется во всем мире. В США и странах Европы она получила название НEPA (High Efficiency Particulate Air). В дословном переводе – высокоэффективный уловитель частиц. В СССР такие фильтры назывались "ткань Петрянова". 

НЕРА фильтр для воздуха позволяет задержать частицы пыли внутри очистителя

Кстати, эффективность очистки здесь сильно зависит от размера волокон. В зависимости от этого по международным стандартам НЕРА-фильтры разделяются на 17 классов. В зависимости от размера улавливаемой частицы фильтр может иметь класс очистки от G1 до U17. Чем больше число, тем более мелкие частицы способна удержать фильтрующая ткань. 

Классификация НЕРА-фильтров по классу чистоты

Группа фильтров

Класс фильтра

Фильтры грубой очистки

G1
G2
G3
G4

Фильтры тонкой очистки

F5
F6
F7
F8
F9

Фильтры высокой эффективности

H10
H11
H12
H13
H14

Фильтры сверхвысокой эффективности

U15
U16
U17

То есть для удержания микроорганизмов подходят только фильтры высокой эффективности - от H10 до U17. 

И еще один важный момент. Емкость таких фильтров ограничена. Поэтому их надо регулярно заменять (раз в 2-4 месяца). Кроме того, в приборе должен присутствовать блок обеззараживания, который будет инактивировать задержанные микроорганизмы. В противном случае НЕРА-фильтр может сам стать средой для размножения бактерий. 

Электростатические пластины

Осадительные пластины являются основным элементом блока плазменной (электростатической очистки). Классическое название - электростатический фильтр. Однако более современные и мощные вариации производители называют "плазменный фильтр". Или "блок стримерного разряда". 

Принцип действия основан на простом законе притяжения частиц разной полярности. Блок электростатической очистки - это набор металлических пластин, между которыми натянуты металлические нити. Между нитями и пластинами создается очень сильное электрическое поле. 

Под воздействием этого поля загрязняющие частицы приобретают положительный заряд. И затем притягиваются к отрицательно заряженным металлическим пластинам. 

Принцип работы электростатического фильтра

Таким образом, электростатические пластины способны надежно задержать многие загрязнители воздуха

  • аэрозольные частицы (копоть, табачный дым и содержащиеся в нем смолы);
  • механические частицы (крупная и мелкая пыль, сажа, пыльца),
  • биологические частицы (вирусы, бактерии, грибки, споры).

Электростатические пластины - один из самых мощных и быстрых способов задержать загрязнители в процессе очистки воздуха. 

Кроме того, при работе электростатического (плазменного) блока неизбежно образуется озон. Так как в основе лежит электрическое воздействие, запускающее процесс преобразования кислорода в озон. Озон, как мы знаем, имеет очень мощную дезинфицирующую и очищающую функцию. Так что любой элекктростатический фильтр сочетает в себе и удержание, и уничтожение загрязняющих частиц. 

2 Этап. Уничтожение задержанных микроорганизмов

После того, как патогены оказались задержанными на внутреннем фильтре, необходимо их уничтожить. Выше мы уже много говорили о том, что обеззараживание может производиться следующими способами: 

  • Ультрафиолетовое излучение;
  • Озонирование;
  • Фотокатализ. 

При этом в одном очистителе-обеззараживателе может использоваться как один из этих способов, так и их комбинация. Например, модели с фотокаталитической очисткой могут иметь мощные УФ лампы. Которые будут не только активировать катализатор в виде диоксид титана, но и выполнять дополнительную бактерицидную функцию.

Также есть электростатические очистители, в которых дезинфицирующий эффект озона усиливается УФ лампами. Есть даже такие, которые используют все три технологии обеззараживания. 

3 Этап. Доочистка воздуха

Конечная очистка воздуха на выходе является также важным этапом. Ведь, как известно, при работе УФ лампы или плазменного блока неизбежно образуется озон. Внутри он выполняет функцию обеззараживания и очистки. Однако наружу он выходить не должен. 

Поэтому при высокой мощности УФ излучения или концентрации озона внутри прибора наличие ступени доочистки очень желательно. Это позволит полностью избежать попадания озона в комнату. Функцию такой доочистки могут выполнять: 

Угольный фильтр эффективно задерживает аэрозольные частицы
  • Угольный фильтр;
  • Фотокаталитический фильтр. 

Адсорбционный (угольный) фильтр

Это фильтр, созданный на основе активированного угля. Основное его предназначение - адсорбция летучих ароматических веществ. Например, неприятного запаха, дыма, остатков озона и пр. 

При этом активированный уголь - это фильтр, созданный самой природой. Пустоты разного размера и формы, которые составляют структуру угля, отлично задерживают ароматические углеводороды с массой более 40 атомных единиц. 

Дело в том, что в пустотах угля действует сила межмолекулярного притяжения. По своей сути она схожа с силой гравитации. Но действует на молекулярном, а не астрономическом уровне. Благодаря этому притяжению уголь отлично задерживает ароматические вещества. 

В последнее время производители создают комбинированные угольно-цеолитные фильтры. Это комбинация угольного и фотокаталитического фильтра. Благодаря добавлению к углю других адсорбентов (например, цеолита) они начинают выполнять роль катализатора и запускают процесса окисления. 

То есть такой модифицированный угольно-адсорбентный фильтр не только задерживает загрязнители. Но и постепенно разрушает их на своей поверхности. Правда, скорость окисления здесь намного меньше, чем в классическом фильтре фотокаталитической очистки. 

Фотокаталитический фильтр 

Фотокатализ - это усиление скорости химических реакций под воздействием света в присутствии веществ-катализаторов. Говоря проще, фотокатализ усиливает реакции окисления в сотни раз. И запускается это процесс при наличии катализатора и ультрафиолета. 

Классический фотокатализатор - модифицированный диоксид титана (TiO2). Это порошок белого цвета, который наносится на пористый фильтр. Катализатор активируется ультрафиолетом длинноволнового диапазона УФ-Ф (340-400 нм). 

Фотокаталитический фильтр - не только очистка, но и стерилизация воздуха

То есть фотокаталитический фильтр сначала задерживает загрязнители на своей поверхности. Затем под воздействием катализатора и ультрафиолета они окисляются (разрушаются). По окончании процесса окисления любое органическое или неорганическое вещество разлагается на 3 составляющие: углекислый газ, азот и воду. 

Это технология очистки одинаково эффективно работает на любые летучие и химические загрязнения. Органика, летучие химические вещества, аэрозоли - по большому счету, все, кроме крупных частиц пыли разрушается. 

Единственное - скорость реакции окисления здесь намного ниже, чем окисления в процессе озонирования. Поэтому фотокаталитический фильтр чаще используют в качестве дополнительной степени тонкой очистки. 

Зато в этом плане фотокатализу нет равных. Причем, в отличие от угольного, фотокаталитический фильтр не требует замены. Так как он восстанавливается (регенерирует) под воздействием все того же ультрафиолета. Так что он способен служить без замены много лет. 

Итак, чтобы эффективно дезинфицировать воздух в помещении, очиститель должен иметь:

  • Фильтр НЕРА или электростатические пластины для задержки микроорганизмов внутри корпуса; 
  • Плазменную очистку или фотокатализ для дезактивации патогенов. 

Естественно, чем лучше выполнены внутренние фильтры, тем выше общая эффективность обеззараживания и очистки воздуха. 

Очиститель-обеззараживатель - комбинация разных фильтров и методов дезинфекции воздуха в комнате

Итак, очиститель-обеззараживатель обеспечивает:

А. Максимальную эффективность. За счет того, что:

  • Патогены задерживаются на внутренних фильтрах. И их не нужно отлавливать по всему объему помещения; 
  • Время воздействия на микроорганизм неограниченно. Задержанные на фильтрах, патогены находятся под влиянием УФ или озона до их полного уничтожения; 
  • Внутри можно легко создать высокую концентрацию дезинфектанта. 

Б. Полную безопасность. Так как:

  • Зона воздействия УФ или озона строго ограничена корпусом прибора;
  • На выходе стоят фильтры, благодаря которым озон не выходит наружу.

В. Современный уровень комфорта для пользователя. Благодаря:

  • полному отсутствию запаха озона, свечения либо других посторонних эффектов;
  • бесшумным вентиляторам; 
  • 3-4 режимам производительности;
  • наличию датчиков загрязненности воздуха. 

Г. Широкие функциональные возможности. Не только обеззараживание, но и:;

  • очистка воздуха от пыли, сажи, городских, экологических загрязнителей; 
  • ионизация (насыщение отрицательными ионами кислорода); 
  • увлажнение воздуха (при наличии увлажняющей губки). 

Преимущества очистителя-обеззараживателя воздуха по сравнению с другими приборами:

Бактерицидным рециркулятором:

  • Длительное время воздействия;
  • Возможность создать более высокую концентрацию УФ или озона внутри прибора без ущерба безопасности. 

Ультрафиолетовым излучателем и озонатором воздуха:

  • Абсолютная безопасность;
  • Возможность круглосуточного использования. 

Безусловно, эффективность работы каждого прибора зависит от его исполнения. Не только тем, какие технологии в нем использованы. Но и уровнем их исполнения (площадью фильтров), производительностью, количеством ступеней очистки и пр.

Чуть позже мы планируем подготовить обзор разных моделей очистителей-обеззараживателей с подробным разбором их внутреннего исполнения.

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ ОЧИСТИТЕЛЕЙ-ОБЕЗЗАРАЖИВАТЕЛЕЙ ВОЗДУХА

Список использованной литературы:

1. Kitamura S., Kamata S., Nakano S., Suzuki S. Solar UV radiation does not inactivate marine birnavirus in coastal seawater. Dis Aquat Organ. 58 (2-3) : 251-4. 2004

2. Liltved H., Vogelsang C., Modahl I., Dannevig B.H. High resistance of fish pathogenic viruses to UV irradiation and ozonated seawater. Aquacultural Engineering. 34 (2) : 72–82. 2006

3. Russell A. D. 1982. The destruction of bacterial spores. Academic Press, Inc., New York 

4. Sharifi-Yazdi M. K., Darghahi H. Inactivation of pathogenic bacteria using pulsed UV-light and its application in water disinfection and quality control. Acta Medica Iranica. 44 (5). 2006

5. Yoshimizu M., Takizawa H., Kimura T. UV susceptibility of some fish pathogenic viruses. Fish Pathol. 21 : 47–52. 1986

6. "Экология бактерий и их роль в природе" - электронная библиотека дидакционных материалов Новосибирского Аграрного университета 

7. Конев С.В. Волотовский И.Д. Фотобиология. Издательство БГУ им. В.И. Ленина, г. Минск, 1979 

8. Д.Е. Ли "Действие радиации на живые клетки" (перевод с англ.) Государственное издательство литературы по атомной науке и технике г. Москва, 1963 

9. "Справочник по химии" Издательство Высшая школа, Москва 1986

10. Некрасов Б.В. "Основы общей химии" Издательство Химия Москва, 1965 

11. Дж. Спинкс, Р. Вудс "Введение в радиационную химию" (перевод с анг. В.В. Громова) Атомиздат, Москва, 1967 

12. Otter JA, Donskey C, Yezli S, Douthwaite S, Goldenberg SD, Weber DJ. Transmission of SARS and MERS coronaviruses and influenza virus in healthcare settings: the possible role of dry surface contamination. J Hosp Infect. Mar 2016; 92(3):235-250.

13. Roy D, Wong PK, Engelbrecht RS, Chian ES. Mechanism of enteroviral inactivation by ozone. Appl Environ Microbiol. Mar 1981; 41(3):718-723.

14. Murray BK, Ohmine S, Tomer DP, et al. Virion disruption by ozone-mediated reactive oxygen species. J Virol Methods. Oct 2008; 153(1):74-77.

15. Lin YC, Wu SC. Effects of ozone exposure on inactivation of intra- and extracellular enterovirus 71. Antiviral Res. Jul 2006; 70(3):147-153.

16. Kekez MM, Sattar SA. A new ozone-based method for virus inactivation: preliminary study. Phys Med Biol. Nov 1997; 42(11):2027-2039.

17. Barker J, Vipond IB, Bloomfield SF. Effects of cleaning and disinfection in reducing the spread of Norovirus contamination via environmental surfaces. J Hosp Infect. Sep 2004; 58(1):42-49.

18. Hudson JB, Sharma M, Petric M. Inactivation of Norovirus by ozone gas in conditions relevant to healthcare. J Hosp Infect. May 2007; 66(1):40-45.