Статья в формате pdf.

Обеззараживание воздуха в системах вытяжной
вентиляции лечебно-профилактических учреждений
В. В. Якименко, к. ф.-м. н., сотрудник технологической дирекции
А. И. Васильев, к. х. н., главный научный сотрудник
НПО «ЛИТ», г. Москва
Перевод названия
Э
пидемиологическая ситуация в урбанизированном
пространстве современных городов обосновывает
повышенное внимание к профилактике инфекционных
заболеваний и рост требований к качеству дезинфекционных мероприятий, направленных на уничтожение возбудителей инфекций на объектах, являющихся факторами
их передачи.
Одним из таких мероприятий является обязательное
оснащение вытяжных вентиляционных систем инфекционных, в том числе туберкулезных отделений лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ), устройствами
обеззараживания воздуха. В соответствии с требованиями
СанПиН 2.1.3.2630–10 «Санитарно-эпидемиологические
требования к организациям, осуществляющим медицинскую деятельность» эффективность задержки или инактивации микроорганизмов в таких устройствах должна
быть не менее 95 %.
В настоящее время наметилась положительная тенденция оснащать такими устройствами все вытяжные
вентиляционные системы современных медицинских
учреждений.
Основной причиной этого является необходимость
решения проблемы распространения внутрибольничных
инфекций (ВБИ).
По определению европейского регионального бюро
ВОЗ, «Внутрибольничная (другие названия: нозокомиальная, госпитальная) инфекция — любое клинически
распознаваемое инфекционное заболевание, которое поражает больного в результате его поступления в больницу
или обращения за лечебной помощью, или инфекционное
заболевание сотрудника больницы вследствие его работы в данном учреждении вне зависимости от появления
симптомов заболевания до или во время пребывания
в больнице».
Проблема внутрибольничных инфекций в последние годы приобрела исключительно большое значение
для всех стран мира. Бурные темпы роста лечебных
учреждений, создание новых видов медицинского
(терапевтического и диагностического) оборудования,
применение новейших препаратов, обладающих иммунодепрессивными свойствами, искусственное подавление иммунитета при пересадке органов и тканей — эти,
а также многие другие факторы усиливают угрозу распространения инфекций среди пациентов и персонала
лечебных учреждений.
e-mail: medalfavit@mail.ru
Современные научные факты, приводимые в работах
зарубежными и отечественными исследователями, позволяют утверждать, что ВБИ возникают, по меньшей мере,
у 5–12 % больных, поступающих в лечебные учреждения.
Так, в США ежегодно регистрируются более 2 млн заболеваний в стационарах, в Германии 500–700 тыс., что
составляет примерно 1 % населения этих стран. В США
из 120 тыс. и более больных, зараженных ВБИ, погибают
около 25 % заболевших, и, по оценкам экспертов, ВБИ
представляют собой основную причину летальных исходов.
Особую опасность представляет резистентность микроорганизмов — агентов нозокомиальных инфекций
к антибиотикам, устойчивость к дезинфицирующим
средствам и сохранение вирулентности в течении продолжительного времени пребывания в мелкоядерной
и пылевой фазе воздушных аэрозолей.
Проблема профилактики ВБИ является многоплановой
и весьма трудна для решения.
Эффективность борьбы с ВБИ определяется тем,
соответствует ли конструктивное решение здания ЛПУ
последним научным достижениям, а также современным
оснащением ЛПУ и строгим выполнением требований
противоэпидемического режима.
В ЛПУ независимо от профиля должны выполняться
три важнейших требования:
• сведение к минимуму возможности заноса инфекции;
• исключение внутригоспитальных заражений;
• исключение выноса инфекции за пределы лечебного
учреждения.
Одним из этапов выполнения этих требований является оснащение вытяжных вентиляционных систем ЛПУ
устройствами обеззараживания воздуха. Практическая
реализация такого решения выдвигает жесткие требования к методу и установкам обеззараживания: помимо
бактерицидной эффективности применяемые системы
должны обладать высокой степенью встраиваемости
в систему вентиляции (то есть обладать низкими потерями
напора, малым энергопотреблением и габаритами и т. д.),
простотой в эксплуатации, высокой экологичностью
(в частности, не приводить к изменениям физико-химического состава воздуха).
Наиболее распространенным методом очистки воздуха в вентиляционных системах является применение
фильтров класса F7–F8 (или MERV-13, 14).
Медицинский алфавит 23 / 2014. Эпидемиология и гигиена № 4
43
Таблица 1
По материалам Aerobiological Engineering Handbook: A Guide to Airborne Disease Control Technologies
Вид
Количество зарегистрированных
за год случаев инфицирования
нозокомиальными инфекциями (США)
Эффективность задержания
микроорганизма фильтром тонкой
очистки,%
Influenza A virus
Вирус
2 000 000
47,6
Measles virus
Вирус
500 000
38,2
Streptococcus pneumoniae
Бактерия
500 000
76,6
Streptococcus pyogenes
Бактерия
213 962
86,0
Respiratory syncytial
Вирус
75 000
37,1
Varicella–Zoster virus
Вирус
46 014
37,4
37,0
Микроорганизм
Parainfluenza virus
Вирус
28 900
Mycobacterium tuberculosis
Бактерия
20 000
71,8
Bordetella pertussis
Бактерия
6 564
38,5
62,3
Rubella virus
Вирус
3 000
Staphylococcus aureus
Бактерия
2 750
84,9
Pseudomonas aeruginosa
Бактерия
2 626
60,0
Klebsiella pneumoniae
Бактерия
1 488
74,2
Legionella pneumophila
Бактерия
1 163
62,3
Haemophilus influenzae
Бактерия
1 162
41,0
Aspergillus
Спора
666
99,0
Serratia marcescens
Бактерия
479
71,5
Acinetobacter
Бактерия
147
94,4
Histoplasma capsulatum
Спора
1 000
98,9
Однако эффективность применения таких фильтров
для предотвращения выброса микроорганизмов вызывает
сомнение.
В соответствии с требованиями СанПиН 2.1.3.2630–10
эффективность задержания микроорганизмов такими
фильтрами должна быть не менее 95 %
Эффективность фильтров в задержании механических
частиц, как правило, оценивается самим производителем.
Механизм фильтрации механических частиц изучен в достаточной степени, однако механизм фильтрации микроорганизмов остается одним из последних малоизученных
условий применения фильтров.
Аэрозольные биологические частицы отличаются
от других частиц особыми характеристиками: индивидуальными размерами, формой, специфичной оболочкой и плотностью живой клетки, особыми условиями
сцепления с материалами, способностью самостоятельно передвигаться и переносить неблагоприятные
воздействия. Учет этих характеристик производителями
фильтров практически не ведется, и микроорганизмы
рассматриваются исключительно как механические
частицы.
Теоретически фильтры тонкой очистки должны быть
эффективны против биологических частиц. Но результаты
эксплуатации фильтров показали, что параметры работоспособности, полученные в испытательских лабораториях,
никогда не достигаются в реальных условиях.
К настоящему времени механизм удерживания частиц
фильтрами рассмотрен в предположении, что соприкоснувшись с волокном, частица присоединяется к нему
статическим электрическим притяжением или же просто
физическим креплением. Благодаря этим поверхностным
силам (силы Ван-дер-Ваальса) частицы удерживаются
в фильтрующем элементе.
44
Это бесспорно для частиц небиологического происхождения. Механика взаимодействия биологических частиц
с волокнистой структурой фильтра имеет иную природу.
Прежде всего, необходимо принять во внимание тот
факт, что биологические частицы являются динамическими
живыми организмами, которые не хотят оставаться прикрепленными к сухим поверхностям без питательной среды.
Способность бактерий и простейших микроорганизмов
к целенаправленному движению обусловлена наличием
на их поверхности разного рода жгутиков и ворсинок.
С помощью жгутиков и ворсинок бактерии передвигаются.
Некоторые бактерии перемещаются, выбрасывая слизь.
Подвижные микроорганизмы двигаются к химическим аттрактантам (привлекающим веществам — питательной среде) и уклоняются от химических репеллентов
(неприятельских веществ). Подвижные бактерии сами
могут освобождать себя от прикрепления к фильтрационным волокнам и вновь возвращаться в воздушный поток и,
таким образом, двигаться вдоль волокон в поисках влаги,
сырости и питательных веществ.
Фильтры не предназначены для задержания частиц
с размерами менее 0,3 мкм, а это размеры нанобактерий
и всех вирусов.
В табл. 1 показаны результаты по фактическому
применению фильтрации в помещениях с патогенной
микрофлорой и количественные данные о реальной
эффективности этого метода, опубликованные в статье
Wladislav J. Kowalski «Air-treatment systems for controlling
hospital-acquired infection».
Рис. 1 поясняет причины полученных результатов.
Подробный анализ биологических частиц, проникающих через фильтры, показывает, что подавляющее большинство «проскакивающих» микроорганизмов являются
агентами нозокомиальных инфекций.
Медицинский алфавит 23 / 2014. Эпидемиология и гигиена № 4
e-mail: medalfavit@mail.ru
Накопленные в фильтрах живые микроорганизмы способны расти на среде без добавления питательного вещества. Концентрация биологических частиц приводит к ускорению их размножения и «прорастанию» сквозь фильтр.
Осажденные на фильтре микроорганизмы размножаются
и растут, проникая сквозь волокнистый слой фильтра далее
в воздушную среду. При конденсации в фильтрах влаги
или недостаточном уходе существует риск развития в них
плесени. Размножение микрофлоры ведет к интенсивному
забиванию пор фильтра и резкому снижению его фильтрующей способности. В этих случаях концентрация частиц биологического происхождения может быть на выходе фильтра
больше, чем на входе. На рис. 2 представлено фото фильтра,
на котором в процессе эксплуатации осела и размножилась
плесень, которая впоследствии с проходящим через фильтр
потоком воздуха привносилась в операционное помещение
одной из больниц США.
Фильтры тонкой очистки имеют низкую пылеемкость
и высокое аэродинамическое сопротивление. Поэтому в состав установки очистки воздуха обязательно должен входить предфильтр грубой очистки класса G 3, 4 и вентилятор.
Падение давления на таком стэке в пределах номинальных
значений скоростей потока воздуха составит от 200 Па
в начале срока службы до 600 Па в конце. При расходе воздуха 1 000 м 3 в час для преодоления такого сопротивления
потребуется вентилятор мощностью 0,5 кВт (причем для
обеспечения постоянной производительности системы
вытяжной вентиляции он должен быть регулируемым).
Ресурс работы такого стэка не превышает шести
месяцев.
Отработавшие установленный ресурс фильтры не подлежат регенерации и после накопления предельного количества загрязнений должны заменятся новыми. Если
фильтры использовались для очистки воздуха от опасных
микроорганизмов, то их демонтаж и утилизация требуют
специального комплекса мероприятий.
Таким образом, установки очистки воздуха с фильтрами тонкой очистки малоэффективны для обеззараживания воздуха в системах вытяжной вентиляции,
сложны в эксплуатации и обладают высоким энергопотреблением.
Другим методом обеззараживания воздуха является
применение УФ-облучения.
Установки УФ-облучения давно и успешно применяются для обеззараживания воздуха в помещениях ЛПУ.
Наибольшее распространение в установках УФ-обеззараживания благодаря высокоэффективному преобразованию
электрической энергии в бактерицидное излучение получили ртутные лампы низкого давления на основе разряда
в инертных газах и парах ртути.
Практический опыт использования устройств УФ-обеззараживания воздуха в палатах медицинских учреждений
в США привел к снижению случаев возникновения ВБИ
на 80 % (Wladislav J. Kowalski «Air-treatment systems for
controlling hospital-acquired infection”).
Реализация этого метода в системах вентиляции обеспечивается включением в их состав бактерицидных облучателей (модулей и ячеек). Применение таких облучателей
e-mail: medalfavit@mail.ru
Рисунок 1. Количество зафиксированных в США случаев инфицирования людей различными микроорганизмами и их относительные
размеры.
регламентируется руководством Р
3.5.1904–04 «Использование ультрафиолетового бактерицидного
излучения для обеззараживания
воздуха в помещениях».
Недостатком применения этого метода в системах вентиляции
является относительно малая
мощность традиционных ламп Рисунок 2. Фильтр
низкого давления на основе раз- очистки воздуха, зараряда в инертных газах и парах женный плесенью.
ртути. Бактерицидный поток таких ламп Фбкл не превышает 30 Вт
(при потребляемой мощности до 100 Вт). В результате
для обеззараживания больших потоков воздуха бактерицидный облучатель должен содержать большое их
количество.
Это, в свою очередь, снижает коэффициент использования бактерицидного потока ламп Кф. Лампы, размещенные в облучателе, неизбежно перекрывают друг
друга, что не позволяет использовать их бактерицидный
поток в полном объеме. В результате значение Кф для
многоламповых модулей не превышает 0,3.
С учетом вышеизложенного, для обеспечения нормативного обеззараживания воздуха в системе вентиляции
производительностью 4 000 м 3/час необходим бактерицидный модуль, содержащий не менее 36-ти традиционных
ламп низкого давления на основе разряда в инертных газах
и парах ртути. Таким образом, возможности применения
бактерицидных модулей с лампами низкого давления
в системах промышленной вентиляции ограничены их
производительностью.
Резюмируя вышеизложенное, следует признать, что
основными причинами, сдерживающими применение
эффективного метода обеззараживания воздуха — ультрафиолетового облучения — в системах вентиляции,
являются низкие эксплуатационные характеристики
традиционного источника — лампы низкого давления
на основе разряда в парах ртути и инертных газов.
Медицинский алфавит 23 / 2014. Эпидемиология и гигиена № 4
45
Рисунок. 3. Амальгамная лампа производства НПО «ЛИТ».
Рисунок 4. Бактерицидный модуль «МЕГАЛИТ 6» (габаритные размеры
880 × 915 × 1 000 мм). Масса: 37,1 кг. Потребляемая мощность: 540 Вт.
Потери напора: не более 20 Па.
С целью обеспечения приемлемых эксплуатационных
характеристик бактерицидных модулей в таких системах
следует обратить внимание на целесообразность использования в них источников УФ-излучения нового поколения — амальгамных ламп.
При производстве такой лампы в колбу закладывается
не жидкая ртуть, а амальгама: твердый сплав ртути с одним или несколькими металлами.
Основным преимуществом амальгамных ламп является их высокая мощность.
В настоящее время серийно выпускаются амальгамные
лампы с бактерицидным потоком Фбкл до 150 Вт (потребляемая электрическая мощность не более 450 Вт), что
в пять раз превышает мощность традиционных ламп
низкого давления (рис. 3).
Кроме того, такие лампы обеспечивают экологическую
безопасность, и в случае их механического повреждения
исключено попадание жидкой ртути в систему вентиляции
и окружающий воздух.
Обеззараживание воздуха УФ-установками энергоэффективно (потребляемая мощность не более 0,2 Вт/м 3
в час), удобно в эксплуатации (обслуживание ограничивается заменой отработавших ресурс ламп один раз в 1,5
года), установки обладают высокой степенью встраиваемости в системы вытяжной вентиляции (потери напора
не более 20 Па).
На рис. 4 показан бактерицидный модуль «МЕГАЛИТ
6». В этом модуле используется всего шесть амальгамных
ламп высокой мощности, что обеспечивает нормативное
обеззараживания воздуха в системах вентиляции производительностью до 8 000 м 3 в час. На сегодняшний день
налажен промышленный выпуск модулей единичной
производительностью до 35 000м 3 в час (16 амальгамных ламп).
Для оснащения уже существующих вентиляционных
систем установками УФ-обеззараживания можно использовать УФ-ячейки. Ячейки легко встраиваются в воздуховоды таких систем (рис. 5).
Наиболее эффективным является применение УФ-установок вместе с фильтрами класса G-3, 4. Такие
фильтры обладают высокой пылеемкостью и не создают
большого аэродинамического сопротивления. В то же
время они успешно удаляют из воздуха крупные аэрозоли, пыль, споры бактерий, грибов и плесени, устойчивые
к действию УФ-излучения. УФ-установка эффективно
инактивирует бактерии и вирусы, проходящие сквозь
фильтры.
Выводы
Обеззараживание воздуха в системах вытяжной
вентиляции ЛПУ является необходимым требованием
соблюдения условий санитарно-эпидемиологической
безопасности. Применение традиционных установок
очистки воздуха с фильтрами тонкой фильтрации малоэффективно для решения таких задач. Современное УФ-оборудование позволяет обеспечить надежное
и эффективное обеззараживание воздуха в системах
вытяжной вентиляции.
Рисунок 5. Схема подсоединения УФ-ячейки к воздуховоду вентиляционной системы и общий вид установки.
46
Медицинский алфавит 23 / 2014. Эпидемиология и гигиена № 4
e-mail: medalfavit@mail.ru
e-mail: medalfavit@mail.ru
Медицинский алфавит 23 / 2014. Эпидемиология и гигиена № 4
47