способ и устройство для стерилизации инфицированных отходов

Формула изобретения

1. Способ стерилизации инфицированных отходов, включающий их измельчение в рабочей камере посредством вращающего ротора с билами при отводе части образующегося пара в отдельную нагретую емкость и при последующем освобождении камеры от дезинфицированного материала, отличающийся тем, что измельчение проводится до достижения в камере температуры 200°С, емкость для отвода части образующегося пара нагрета до 600°С, а окружную скорость бил ротора доводят до 100 м/с, обеспечивая при этом циркуляцию материала по объему камеры при избыточном давлении водяного пара, достаточном для возникновения эффекта кавитации.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее камеру с внутренними лопастями и с размещенным внутри нее в подшипниковых опорах ротором с радиальными плоскими билами, отличающееся тем, что ротор выполнен коническим, его плоские била размещены между лопастями камеры, а его вал выполнен в виде конической трубы, имеющей конусность, обратную конусности ротора, при этом камера снабжена сапуном, настроенным на стравливание избытка образующегося внутри камеры пара.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам и устройствам для термомеханической стерилизации инфицированных медицинских отходов в частности: перевязочных материалов, гипса, шприцев, пластиковых и стеклянных флаконов и т.п. В результате стерилизации должно быть достигнуто полное освобождение перерабатываемых материалов от живых микроорганизмов.

Известны химические, физические и газовые способы стерилизации. Химические методы включают отработку отходов парами антисептиков, например формальдегидом, этиленом или пероксидом водорода (патент RU №2000810, МПК A61L 2/04, публ. 15.10.93). Основной недостаток химической обработки - загрязнение отходов токсичными антисептиками, удаление которых технически затруднено.

К физическим методам можно отнести термические технологии (а.с. СССР №102543, МПК A61L, 2/06, публ. 1983), лучевую стерилизацию УФ-лучами или микроволновым облучением (пат RU №2001630, МПК, A 61L 2/12, публ. 30.10.93 или №2221592, МПК A61L 2/12, публ. 20.01.2004).

Перечисленные способы не гарантируют достоверное достижение стерилизационной температуры, при которой происходит полное уничтожение патогенных микроорганизмов.

Известен способ термической стерилизации отходов, включающий измельчение при температуре необходимой для стерилизации (WO, 9212738, A61L 11/00, 06.08.1992). Способ включает дополнительный внешний подвод тепла к перерабатываемым отходам, что усложняет процесс и делает его более энергоемким.

Известен принимаемый за прототип способ термостерилизации или дезинфекции отходов (патент RU №2128522, A61L 11/00, 10.04.1999), включающий их измельчение в рабочей камере посредством вращающегося ротора с билами, при отводе части образующегося пара в отдельную нагретую емкость, и при последующем освобождении камеры от дезинфицированного материала. Способ отличается сложностью и энергоемкостью.

Задачей настоящего изобретения является создание максимально простого и низкоэнергоемкого способа стерилизации инфицированных отходов.

Другой задачей настоящего изобретения является получение стерилизованного продукта, не загрязненного токсичными антисептиками.

Поставленные задачи решаются тем, что в известном способе, включающем измельчение инфицированных отходов в рабочей камере посредством вращающего ротора с билами вплоть до достижения температуры в камере до 200°С при отводе части образующегося пара в отдельную емкость, нагретую до 600°С, и последующем освобождении камеры от дезинфицированного материала, в соответствии с настоящим изобретением окружную скорость вращения бил ротора доводят до 100 м/с, обеспечивающую кавитацию жидкости, и при этом осуществляют циркуляцию материала по объему камеры при избыточном давлении водяного пара 0,3 МПа.

Совокупность предложенных операций позволяет измельчать материал импульсным ударом и кавитацией (микровзрывы водяной пыли в момент сжатия и сброса давления). В таких условиях оболочки микроорганизмов мгновенно разрываются. Эти преимущества достигаются благодаря более высокой (100 м/с) по сравнению с прототипом скорости вращения бил ротора, т.е. процесс разрушения материала идет с более высоким КПД, что делает заявляемый способ менее энергоемким. При скорости, на 3-5% меньшей, уже не возникает кавитация, и энергия импульсного удара снижается, что приводит к увеличению времени дезинфекции почти на 10%. С другой стороны, повышение на 3-5% окружной скорости бил способствует их повышенному износу и повышает энергопотребление на 10-12%.

При интенсивном измельчении материал нагревается до 200°С, при этом содержащаяся в нем вода превращается в пар с соответственным повышением давления в камере. Избыточное давление снижают до уровня 0,3 МПа стравливанием пара в малую емкость, нагретую тэном до 600°С, где его удерживают до 3 мин, а затем выводят в атмосферу.

Сохранение в камере влаги в виде пара необходимо для поддержания процесса кавитации, который не может осуществляться при отсутствии влаги.

Для того чтобы весь материал в камере подвергся тонкому измельчению в сочетании с дезинфекцией, в камере обеспечивают циркуляцию материала, чтобы не было мертвых зон с недоизмельченным материалом.

Таким образом, заявляемый способ позволяет при низком потреблении энергии и простоте операций обеспечить получение стерилизованного измельченного продукта, не содержащего токсичного компонента.

Для осуществления заявляемого способа необходимо создать устройство, обеспечивающее реализацию заявляемых операций.

Известно устройство (патент США №3714887, A 23L 1/02, 06.02.1973). Устройство содержит камеру с вращающимся внутри нее ротором, в которой идет измельчение и стерилизация фруктов. Недостатком устройства является его непригодность для переработки инфицированных отходов, при которой требуется гарантированное уничтожение болезнетворных организмов.

Известно тоже устройство для дезинфекции медицинского инструмента (стерилизатор) (патент RU №2000810, 5 A61L 2/04, 15.10.1993). Устройство содержит камеру, разделенную перегородками на три части. Верхняя часть служит для укладки инструмента, а другие части используются для перетекания и нагрева стерилизующей жидкости. Кипящая жидкость попадает в полость, где расположен инструмент, и стерилизует его при 290°С. Устройство не содержит измельчителя и поэтому не пригодно для выполнения более сложной задачи, какой является стерилизация инфицированных отходов.

Известно принимаемое за прототип устройство для стерилизации инфицированных отходов (патент RU №2128522, 6 A61L 11/00), содержащее рабочую камеру, внутри которой размещен мелющий ротор и охватывающая его ребристая обечайка. Недостатком устройства является его высокая энергоемкость из-за неэффективного измельчения и потребность в подаче в камеру дополнительной воды или химических реагентов.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы устройства путем сокращения времени стерилизации и снижения энергоемкости процесса.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве, содержащем камеру с внутренними лопастями и с размещенным внутри нее в подшипниковых опорах ротором с радиальными плоскими билами, в соответствии с настоящим изобретением ротор с билами выполнен коническим, его плоские била размещены между лопастями камеры, а его вал выполнен в виде полой конической трубы, имеющей конусность, обратную конусности ротора, при этом камера снабжена сапуном, настроенным на стравливание пара при превышении избыточного давления внутри камеры 0,3 МПа.

Предлагаемое устройство показано на чертеже, в продольном разрезе.

Устройство содержит камеру 1, установленную на опору 2 через упругие элементы 3. Внутри камеры 1 в подшипниковых опорах 4 размещен ротор 5 со смонтированными на нем плоскими билами 6, размещенными между лопастями 7, закрепленными на внутренней стенке камеры 1 в радиальном направлении. Зазоры между билами 6 и лопастями 7 составляют не более 2 мм. Вал ротора 5 выполнен в виде конической трубы 8, расширение конусной поверхности которой направлено вниз, то есть противоположно конусности ротора 5 вместе с билами 6. На валу 9 ротора 5 установлен шкив 10, соединенный ремнями с двигателем 11. Камера 1 снабжена сапуном 12, настроенным на избыточное давление 0,3 МПа и соединенным с печью 13. Последняя соединена с приемной емкостью 14, заполненной водой. В дне камеры 1 установлена разгрузочная крышка 15.

Устройство работает следующим образом.

Камера 1 заполняется инфицированными отходами на 1/3 объема. Включается ротор 5, била 6 которого разгоняются до окружной скорости 100 м/с. Расширяющийся снизу вверх конический контур бил 6 заставляет материал перемещаться снизу вверх, а затем под давлением слоя верхней части камеры он направляется в коническую трубу 8, в которой составляющая центробежной силы направлена вниз и в стороны на выходе из трубы 8.

Таким образом, материал, вращаясь по окружности, одновременно перемещается вверх по диаметральной периферии ротора 5 и вниз по центральной конической трубе 8, описывая при этом замкнутую в окружность циклоиду. Била 6, проходя между лопастями 7, создают мгновенное сжатие измельчаемой среды и мгновенный сброс давления на выходе из лопастей 7. В этот момент возникает множество кавитационных взрывов жидкости, сохранившейся внутри материала, что способствует разрыву стенок клеток любого биологического объекта. Лопасти 7 замедляют перемещение материала по окружности, поэтому имеет место импульсный удар бил 6 по материалу, особенно в момент подхода материала и бил к лопастям 7. Этим, в сочетании с кавитацией, обеспечивается тонкое измельчение. Циркуляция материала идет до тех пор, пока температура внутри камеры в течение 10 минут удержится на уровне 200°С. Как показали испытания, для достижения такой температуры при выбранных скоростях ротора требуется 15-18 минут. Избыток образующегося пара стравливается через сапун 12 в печь 13, где поддерживается температура 600°С для полной гарантии стерилизации. Однако в камере 1 сохраняется избыточное давление пара 0,3 МПа, чтобы обеспечить условия для процесса кавитации. По окончании стерилизации через крышку 15 материал разгружают и остужают. В дальнейшем он может использоваться как добавка к строительным смесям.

Заявленные отличительные признаки устройства являются необходимыми и достаточными для решения поставленной задачи.

Пример 1.

В устройство, содержащее предварительно нагретую до температуры 200°С камеру с внутренними лопастями и коническим ротором со смонтированными на нем плоскими билами, поместили пакет с 5 кг отходов лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ), искусственно обсемененных тест-микроорганизмами В Licheniformis. Окружную скорость бил ротора довели до 100 м/с (˜3000 об/мин). Через сапун избыток водяного пара при достижении давления 0,3 МПа отводили в емкость, предварительно нагретую тэном до 600°С.

Через 20, 40 и 60 мин обработки последовательно извлекали из камеры партию проб - по 5 шт. для каждого временного интервала.

Результаты испытаний

№ опыта	Условия опыта	Температура обработки, °С	Время экспозиции, мин	Число отработанных проб	Эффективность обезвреживания, %
1	Искусственно обсемененные тест-культурами В Licheniformis отходы ЛПУ	200	20	5	100
2		200	40	5	100
3		200	60	5	100

Пример 2.

Пробы, обсемененные тест-микроорганизмами Mycobacterim B5 в лабораторных условиях, помещали внутри пакета с порцией отходов ЛПУ весом 5 кг. Пакет помещали в рабочую камеру стерилизатора, выполненного аналогично примеру 1. После обработки в течение 20, 40 и 60 мин отходы выгружали и забирали по 5 проб для каждого опыта.

Результаты испытаний

№ опыта	Условия опыта	Температура обработки, °С	Время экспозиции, мин	Число отработанных проб	Эффективность обезвреживания, %
1	Искусственно обсемененные тест-культурами Mycobacterim B5 отходы ЛПУ	200	20	5	100
2		200	40	5	100
3		200	60	5	100

Обработанные пробы отходов проверяли на эффективность обеззараживания в аккредитованной бактериологической лаборатории Санк-Петербургской городской дезинфекционной станции в соответствии с Методическими указаниями по контролю работы паровых и воздушных стерилизаторов, утв. Приказом Минздрава СССР №15/6-5 от 28.02.91.

Заключение

Полученные результаты лабораторных исследований по оценке эффективности работы стерилизатора с использованием тест-микроорганизмов споровой культуры В Licheniformis и Mycobacterim B5 свидетельствуют об уничтожении 100,000% тест-культур микроорганизмов во всех режимах испытаний.