способ обеззараживания и очистки воздуха

Формула изобретения

Способ обеззараживания и очистки воздуха, включающий распыление бактерицидного препарата, электризацию препарата и воздуха и удаление обезвреженных частиц электростатическим рассеянием, отличающийся тем, что в качестве бактерицидного препарата используют 20-30%-ную свежеприготовленную водную вытяжку хвойных деревьев при расходе препарата 1-3 г/м³ воздуха, при этом распыленный препарат подвергают ультрафиолетовому облучению при плотности энергии излучения 700-1500 Дж/м³ в течение 10-20 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине и касается обработки воздуха. Оно может быть использовано для обеззараживания и очистки воздуха в закрытых помещениях, например, в животноводческих и птицеводческих помещениях.

Известно дезинфицирующее средство, применяемое для обеззараживания различных объектов и воздуха, содержащее формальдегид и воду, а также для повышения бактерицидной активности метанол, ацетальдегид, акролеин, кротоновый альдегид и смолы полимеризации акролеина [1] Хотя бактерицидная активность этого средства значительна, оно содержит токсичные химические вещества, загрязняющие обеззараживаемую среду и объекты и требующие удаления этих веществ после дезинфекции.

Известно также устройство обеззараживания воздуха [2] содержащее камеру с размещенным в ней источником ультрафиолетового излучения. Благодаря конструктивным особенностям достигнута повышенная активность работы устройства при обеззараживании воздуха в помещении. Однако для оперативного обеззараживания воздуха это устройство непригодно из-за сложности технического выполнения. Недостатком устройства является то, что при его работе воздух, особенно тогда, когда он загрязнен, может дополнительно загрязняться фотохимически.

Известен способ дезинфекции воздуха [3] при котором с целью повышения бактерицидного эффекта воздух и распыленный дезинфектант порционно подвергают раздельной электризации с интенсивностью от 10^-10 до 10^-7 А/м³ и электрической подвижностью от 10^-7 до 10^-4 м²/(В.с) и обезвреженные частицы удаляют электростатическим рассеянием. Этот способ выбран прототипом и базовым объектом.

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Обеззараживание и очистка воздуха этим способом сопровождается загрязнением воздуха дезинфектантами, например, аэрозолем фурацилина. Кроме того, этот способ не обеспечивает очистку воздуха от газовых загрязнителей, образующихся в животноводческих и птицеводческих помещениях в результате жизнедеятельности животных и птиц. Этого рода типичными загрязнителями являются аммиак, формальдегид, сероводород.

Целью предлагаемого способа является уменьшение загрязнения среды за счет фотохимических реакций между загрязнителями воздуха и распыленным жидким препаратом.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе дезинфекции воздуха путем распыления и электрического заряжения бактерицидного препарата с последующим удалением обезвреженных частиц электростатическим рассеянием в качестве препарата используют фитонцидный фитоорганический раствор при удельном расходе 1-3 г/м³ воздуха, а электрически заряженные частицы распыленного раствора подвергают бактерицидному ультрафиолетовому облучению (с длиной волны 220-300 нм) при расчетной плотности энергии излучения 700-1500 Дж/м³ в течение 10-20 мин. При этом, с целью удешевления обработки воздуха, фитоорганическим раствором служит, например, 20-30%-ная свежеприготовленная водная вытяжка хвои.

Сопоставленный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что в качестве препарата используют фитонцидный фитоорганический раствор, причем электрически заряженные частицы распыленного раствора подвергают бактерицидному ультрафиолетовому облучению. Благодаря бактерицидному ультрафиолетовому облучению в обрабатываемом воздухе происходят фотохимические реакции между частицами распыленного препарата и различными примесями воздуха. Эти реакции усиливаются за счет озона, образующегося при бактерицидном УФ-облучении. При этом озон разлагается и не загрязняет обрабатываемый воздух. Сказанное проверено экспериментально: концентрация озона далеко не превышала ПДК, установленной для рабочей зоны в условиях предлагаемой плотности энергии излучения. Сказанное относится также к окислам азота, сопутствующим образование озона.

Фотохимическая активация распыленного фитоорганического препарата бактерицидным ультрафиолетовым облучением составляет новизну предлагаемого способа. Ультрафиолетовое облучение в качестве обеззараживающего фактора общеизвестно. Также известно бактерицидное действие ряда фитоорганических препаратов. Однако их сочетанное обеззараживающее и очищающее действие превышает их суммарное действие в отдельности. Это обусловлено синергетическим эффектом между рассматриваемыми факторами. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "существенные отличия". С целью удешевления осуществления предлагаемого способа обеззараживания и очистки воздуха рекомендуется использовать фитоорганический раствор хвои в виде 20-30% -ной свежеприготовленной водной вытяжки хвои при расходе 1-3 г/м³ воздуха.

Способ приготовления названной водной вытяжки следующий. Взвешивают воздушно-сухие отходы хвои (в основном, хвойную лапку) в количестве 200-300 г на 1 л воды. Смесь хвои и воды подогревают до 70-80^o С и держат при этой температуре в течение 10-12 часов. После этого смесь фильтруют через ткань. Полученную вытяжку используют в качестве распыляемого фитоорганического раствора.

Предлагаемый способ обеззараживания и очистки воздуха осуществляют следующим образом: водную вытяжку хвои распыливают в обрабатываемый воздух при расходе 1-3 г/м³ воздуха с одновременной электрической зарядкой и бактерицидным ультрафиолетовым облучением частиц распыла. Температура обрабатываемого воздуха может быть 10-40^o С. При более низкой температуре обычно ультрафиолетовые облучатели работают нестабильно, а при более высокой температуре реакционно-способные активированные фитоорганические составляющие, а также образующийся озон, разлагаются слишком быстро, не успевая отреагировать с газовыми загрязнителями воздуха.

Рассмотрим бактерицидное действие и загрязнение воздуха при его обработке электрически заряженным распылом фитоорганического раствора и ультрафиолетовым облучением в отдельности и сочетанно.

1. Электрически заряженный распыл фитоорганического раствора действует на обрабатываемый воздух обеззараживающе благодаря содержанию в нем биологически активных, фитонцидных реакционноспособных компонентов, в основном терпеновых углеводородов и их производных. Однако большая часть загрязнителей воздуха (например, аммиак, сероводород, формальдегид и др.) с терпеновыми углеводородами и их производными без дополнительной активации последних не реагирует, так как практически сохраняется структура молекул терпеновых углеводородов. Электрическая заряженность распыла обеспечивает его электростатическое рассеяние вместе с загрязняющими аэрозольными частицами и обезвреженными микробами, захваченными распылом. Очистка воздуха от газовых загрязнителей происходит лишь в незначительной степени, поскольку эти примеси растворяются в каплях распыленного раствора в ограниченной мере.

Бактерицидное ультрафиолетовое облучение обеззараживает микробы обрабатываемого воздуха, но в то же время фотохимически загрязняет его. При этом эффект обеззараживания воздуха зависит от плотности энергии излучения и времени облучения. Длительное бактерицидное ультрафиолетовое облучение загрязненного воздуха приводит ко вторичному, фотохимическому загрязнению, к накоплению в воздухе озона, окислов азота и продуктов фотохимических реакций. К последним относятся, например, гидразин, диоксид серы, метанол, окись углерода, некоторые кислоты, продукты фотохимической полимеризации загрязнителей. Номенклатура загрязнителей зависит от исходной степени загрязнения воздуха. Таким образом, длительное ультрафиолетовое облучение воздуха, особенно загрязненного, в общем случае не всегда приводит к положительным результатам. Например, тогда когда в обрабатываемом помещении находятся животные, птицы. При бактерицидном ультрафиолетовом облучении малой мощности и ограниченной длительности эффект вторичного фотохимического загрязнения воздуха уменьшен, но в этом случае степень обеззараживания воздуха невысокая.

3. Сочетанное действие электрически заряженного распыла фитоорганического раствора и бактерицидного ультрафиолетового излучения заключается в следующем.

Распыленный фитоорганический раствор, попадая в зону ультрафиолетового облучения, подвергается вместе с загрязнителями воздуха фотохимическим превращениям. В результате этих превращений молекулы терпеновых углеводородов активируются, в частности разрывается двойная связь между атомами углеводорода. Под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения и образующегося при этом озона окисляется большая часть терпеновых углеводородов. Продукты фотохимического окисления фитоорганического раствора представляют собой реакционно-способные перекисные, гидроперекисные и другие производные терпеновых углеводородов, которые химически взаимодействуют с газовыми примесями, загрязняющими обрабатываемый воздух. Процесс более интенсивный при наличии озона, который сам в этих превращениях распадается на молекулярный и атомарный кислород. Последний ускоряет фотохимическое окисление терпеновых углеводородов. По сравнению с газами, загрязняющими воздух в животноводческих и птицеводческих помещениях, большинство биологически активных фитонцидных веществ, например, терпеновых углеводородов, являются значительно более реакционноспособными и легко подвергаемыми фотохимическому превращению.

В силу сказанного в рассматриваемых условиях происходит своеобразная фотохимическая нейтрализация газов-загрязнителей с адсорбцией на электрически заряженных каплях распыленного фитоорганического раствора, подвергающихся электростатическому рассеянию.

Таким образом воздух очищается от газовых и аэрозольных загрязнителей. Что касается микробного обеззараживания воздуха, то здесь имеет место ярко выраженное синергическое действие ультрафиолетового облучения и распыла фитоорганического раствора. Обеззараживание воздуха и снижение в нем загрязнения при этом на несколько десятков процентов больше, чем при суммарном действии электрически заряженного распыла фитоорганического раствора и бактерицидного ультрафиолетового облучения в отдельности. Такое действие объясняется фотохимической активацией и окислением многих фитоорганических веществ, в том числе и большого класса терпеновых углеводородов. Продукты фотохимической активации, а также окисления большинства фитоорганических соединений, судя по полученным результатам, обладают более ярко выраженным бактерицидным действием, чем исходные фитоорганические фитонцидные соединения. Приведем конкретные примеры осуществления предлагаемого способа обеззараживания и очистки воздуха.

Производят обеззараживание и очистку воздуха в аэрозольной камере объемом 25 м³ распылением и электрическим заряжением 25%-ной свежеприготовленной водной вытяжки хвои при удельном расходе 2 г/м³ воздуха посредством пневматического распылителя с индуцирующим электродом. Режим работы распылителя: избыточное давление сжатого воздуха 0,2 МПа, напряжение индуцирующего электрода 1 кВ, расход водной вытяжки 1 г/с. Массовый медианный радиус и удельный заряд образующихся капель распыла соответственно 4 мкм и 3 мкКл/с. Источником ультрафиолетового излучения служит бактерицидный облучатель ДБ-30.

Перед включением ультрафиолетового источника и распылителя, общая бактериальная обсемененность в камере по кишечным палочкам составляла 3200120. После 10-минутной обработки воздуха в камере электрически заряженным распылом 25% -ной водной вытяжки хвои и бактерицидным ультрафиолетовым облучением снижение содержания кишечной палочки составляло в среднем 93% Соответствующие значения процента снижения микробов после обработки воздуха электрически заряженным распылом вытяжки хвои и ультрафиолетовым облучением в отдельности составляли в среднем 42 и 36.

Результаты сравнительных опытов по снижению содержания микробов воздуха обработкой по прототипу и предложенному способу при различных режимах обработки приведены в таблице. Как видно, обеззараживающий эффект по предложенному способу не уступает эффекту по прототипу.

Результаты сравнительных опытов по уменьшению загрязнения воздуха аммиаком, формальдегидом, окисью углерода после обработки воздуха электрически заряженным распылом 25% -ной вытяжки хвои и бактерицидным ультрафиолетовым облучением представлены в табл. 2. Измерение газовых загрязнителей осуществляли по известным методикам с их последующим колориметрическим или спектрофотометрическим определением. По табл. 2 видно, что очистка воздуха от газовых загрязнителей по прототипу происходит в малой степени.

Анализируя полученные данные, можно заключить, что эффективность очистки воздуха возрастает с увеличением плотности энергии излучения. При плотности менее 700 Дж/м³ эффективность очистки неудовлетворительна. А при плотности энергии излучения, превышающей 1500 Дж/м³, появляется вторичное фотохимическое загрязнение воздуха в виде гидразина и окиси углерода. Оба загрязнителя являются высокотоксичными. При удельном расходе вытяжки хвои менее 1 г/м³ количество фотохимически активированных молекул и радикалов биологически активных и реакционноспособных веществ в воздухе недостаточно для эффективной очистки воздуха. При большем расходе заметно увеличивается образование фотохимического аэрозоля фитоорганического раствора. При этом растет число соударений между самими активированными молекулами и радикалами биологически активных и фитонцидных составляющих, ведущих к образованию аэрозольных частиц. В результате общая очищающая активность распыла хвои и других фитоорганических растворов понижается.

Сказанным обосновываются предлагаемые пределы концентрации вытяжки хвои. При концентрации, меньшей 20% очищающее действие фитоорганического содержимого раствора при его фотохимической активации остается слабым, а при концентрации большей 30% будет превалиpовать процесс образования фотохимического аэрозоля, загрязняющего воздух. Кроме того, сам процесс изготовления водной вытяжки хвои более концентрированный, чем 30% затруднителен: лапки хвои сильно набухают, из-за чего фильтрация вытяжки усложнена.

Используя этот эффект, можно проводить эффективное обеззараживание и очистку воздуха не применяя различных токсичных дезинфектантов, которые помимо своей дезинфицирующей способности дают дополнительную нагрузку загрязнения окружающей среде.