ДОСЛІДЖЕННЯ УФ-ОПРОМІНЮВАЧІВ ЗНЕЗАРАЖЕННЯ ПОВІТРЯ ЗАКРИТОГО ТИПУ

А. О. Семенов,
доцент кафедри товарознавства, біотехнології, експертизи та митної справи, к.ф.-м.н., доцент
Т. В. Сахно,
професор кафедри товарознавства, біотехнології, експертизи та митної справи, д.х.н, с.н.с.
Вищий навчальний заклад Укоопспілки «Полтавський університет економіки і торгівлі», Україна, м. Полтава

Головна ціль суспільства - збереження та зміцнення здоров'я населення. У зв'язку з цим бактерицидне знезараження є одним з найважливіших заходів щодо забезпечення санітарно-епідеміологічного благополуччя населення [1]. Особливо актуально це для місць великого скупчення людей і критих погано вентильованих приміщень. Тому застосування різних фізичних методів очищення повітря має актуальність для дослідження.
Відомо, що найбільш поширеним методом є використання ультрафіолетового випромінювання [2, 3]. Сучасні технології дозволяють з високою ефективністю перетворювати електричну енергію в бактерицидний ультрафіолет і цілеспрямовано використовувати для знезараження.
УФ-опромінення вдало поєднує в собі високу ефективність впливу на різні мікроорганізми, відсутність побічних продуктів і безпеку експлуатації. Тому популярність методу УФ опромінення для знезараження води [4], повітря [5] та поверхонь [6] з використанням безозонових ламп [7] постійно зростає.
При знезараженні повітря найбільшим попитом користуються опромінювачі закритого типу, конструктивні особливості представлені нижче.
Ультрафіолетовий опромінювач – це пристрій, що містить в якості джерела випромінювання бактерицидну лампу низького тиску і призначений для знезараження повітряного середовища в приміщенні. На рис. 1. зображено конструкцію пристрою для знезараження повітря рециркулятивної дії.

Рециркулятор призначений для знезараження повітря шляхом його проходження через закриту камеру, внутрішній об'єм якої опромінюється випромінюванням бактерицидних ламп. Швидкість проходження повітряного потоку забезпечується або природною конвекцією, або примусово за допомогою вентилятора.
Бактерицидні опромінювачі мають ряд параметрів і характеристик, які дозволяють оцінити їх споживчі властивості і визначити найбільш ефективну область застосування. До таких належать:
- спектральний розподіл щільності потоку випромінювання або сили випромінювання у відносних або абсолютних одиницях;
- інтегральне значення бактерицидного потоку або сили випромінювання в певному спектральному діапазоні в енергетичних одиницях;
- потужність, струм і напруга на лампі та напруга мережі;
- корисний термін служби – сумарний час горіння до зниження за встановлені межі основних параметрів, що визначають доцільність використання лампи (наприклад, спад потоку випромінювання нижче 50% від початкового значення);
- екологічна безпека – наявність у спектрі випромінювання одноутворюючих спектральних ліній і можливість виділення токсичних речовин в навколишнє середовище при руйнуванні колби лампи.
Одним з найважливіших параметрів опромінювача є його бактерицидна продуктивність (Прбк, м³/ч)., тому для побудови математичної моделі УФО приймаються такі умови і допущення:
1. Камера має форму прямокутного паралелепіпеда, обсяг якого дорівнює фактичним обсягом камери Vk (м3), незалежно від конструктивного оформлення камери. Час опромінення повітряного потоку повітря в камері:
де Првк (м3/год) - продуктивність вентилятора або продуктивність припливно-витяжної вентиляції.
2. Середня об'ємна щільність енергії бактерицидного випромінювання (об'ємна експозиція або доза) в опроміненій зоні виражається як показано у формулі 2.2:
де Nл – кількість ламп в опромінювачі; Fл – бактерицидний потік лампи, Вт; Кф - коефіцієнт використання бактерицидного потоку ламп, що враховує їх взаємне екранування. При розташуванні ламп в повітряному потоці він знаходиться в межах 0,4-0,5, якщо не в потоці, то 0,7-0,8; К0 - коефіцієнт багаторазових відбиттів бактерицидного потоку від внутрішніх поверхонь камери c коефіцієнтом відображення pвідб для ультрафіолетового випромінювання з довжиною хвилі 253,7 нм, що визначається за формулою 3:
Ця емпірична формула була отримана за результатами експериментальних даних для незамкненої камери, що має вхідний і вихідний вентиляційні отвори для проходження повітря: Кс = (0,7 - 0,8) – коефіцієнт, що враховує спад бактерицидного потоку до кінця терміну служби лампи [7].
Бактерицидна ефективність Jбк при опроміненні повітряного потоку в камері вважається рівною 99,9% для санітарно-показового мікроорганізму S. aureus (золотистий стафілокок). При цьому табличне значення об'ємної експозиції Нт = 385, Дж/м³ обчислюється за допомогою формули і константи фоточутливості σv = 0,0179 (м3/Дж).
Зробивши відповідні перетворення і підстановки в формулах, отримаємо остаточно формулу для бактерицидної продуктивності Прбк рівняння математичної моделі закритого опромінювача:
З формули (4) отримаємо, в свою чергу, вираз для бактерицидної ефективності:
При сталості Прбк та інших параметрах опромінювача, воно відповідає рівнянню безперервності повітряного потоку в камері:
де S – площа перерізу камери, м2; v – швидкість повітряного потоку в камері м,/с; L – довжина камери, м.
Таким чином, проведені дослідження опромінювачів закритого типу дають можливість розрахувати бактерицидну продуктивність та врахувати конструктивні особливості пристроїв рециркулятивної дії.
1. Вассерман, А. Л. Ультрафиолетовое излучение в профилактике инфекционных заболеваний / А. Л. Вассерман, М. Г. Шандала, В. Г. Юзбашев // Медицина. - Москва, 2003. – 208 с.
2. Семенов А. А., Семенова Н. В. Ультрафиолетовое излучение и бактерицидные облучатели для обеззараживания воздуха. Инновационные технологии в производстве, науке и образовании: ІІ Международная научно-практическая конференція, г. Грозный, 19–21 октября 2012 года: тезисы доклада. Т. 2. С. 313–318.
3. Семенов А. О., Кожушко Г. М. Пристрої для бактерицидного знезараження повітря ультрафіолетовим випромінюванням // Східно-Європейський журнал передових технологій. 2014. Т. 3. № 10 (69). С. 13–17.
4. Semenov Anatoliy, Sakhno Tamara, Barashkov Nikolay. Ultraviolet disinfection of drinking water: Role of the camera’s geometry and degree of mixing water during irradiation in laminar flow. Division of Environmental Chemistry: 251st American Chemical Society National Meeting and Exposition, San Diego, CA, march 13–17, 2016. ENVR 429.
5. Semenov A., Kozhushko G. Bactericidal irradiators for ultraviolet disinfection of indoor air European Applied Sciences. – Stuttgart, Germany. 2013. 1(13).  Р. 226–228.
6. Семенов А. А. Ультрафиолетовое излучение для обеззараживания сыпучих пищевых продуктов. Вісник національного технічного університету «ХПІ» : Збірник наукових праць. Серія: Нові рішення в сучасних технологіях. Х. : НТУ «ХПІ». 2014. № 17 (1060). С. 25–30.
7. Семенов А. O. Особливості конструкції одноцокольних ламп для ультрафіолетового опромінювання. Scientific Journal «ScienceRise». 2014. № 5/2 (4). С. 64–67.