آیا
نور UV برای ضد عفونی هوا
مناسب است؟
نکته
اشعه ی UV، فرابنفش، ماورای بنفش، نورUV، همه معانی یکسانی دارند.
در ابتدا به بررسی طیف فرابنفش می پردازیم…
انواع نور UV
نام | علامت اختصاری | طول موج به نانومتر | مقدار انرژی به فوتون | توضیح |
---|---|---|---|---|
پرتو فرابنفش A | UVA | 315-400 NM | 3.10 – 3.94 eV | موج بلند یا نور سیاه که توسط لایه ازون جذب نمیشود |
پرتو فرابنفش B | UVB | 280-315 nm | 3.94 – 4.43 eV | موج متوسط که بیشتر آن توسط لایه ازون جذب میشود |
پرتو فرابنفش C | UVC | 100-280 nm | 4.43 – 12.4 eV | موج کوتاه که کاملاً توسط لایه ازون و جو زمین جذب میشود |
اشعه UV از لحاظ طول موج و قدرت به سه دسته UVA, UVB, UVC تقسیم بندی می شود که طول موجهای کوتاه اشعه فرابنفش (طول موج بین 100-280 UV-C ) میتواند باکتریها و سایر میکروارگانیسم های کوچک را منهدم کند. به همین دلیل برای ضدعفونی کردن سطوح مانند اتاقهای بیمارستانها مورد استفاده قرار میگیرد. از پرتو فرابنفش برای ضدعفونی کردن آب، مواد خوراکی، تجهیزات پزشکی و لوازم صنعتی و غیره میتوان استفاده نمود. اما استفاده از این اشعه در امر تصفیه هوا کاملا نامناسب می باشد.
همانگونه که در جدول بالا مشاهده میشود اشعه UVC به طور کامل در اتمسفر و لایه ازن جذب می شود اما در صورتی که این طیف درون جو تولید شود یا بر اثر آسیب لایه ی ازن از اتمسفر عبور کند می تواند به عمیق ترین لایه های پوستی نفوض کند و سرطان پوستی ایجاد کند.
همچنین سازمان غذا و داروی آمریکا بیان می کند:
“لامپ های UVC گاز ازن تولید می کنند که این گاز می تواند موجب سوزش مجاری تنفسی (شامل بینی، گلو و ریه ها)، به خصوص در افرادی که دارای حساسیت هایی مانند آسم و آلرژی هستند، شود.
قرارگیری در معرض مقادیر زیاد گاز ازن، حتی می تواند موجب افزایش بیماری های مزمن تنفسی مانند آسم و عفونت های متنوع تنفسی شود.”
پارامتر های اساسی عملکرد لامپ UV
برای بررسی عملکرد محصولاتی که با استفاده از لامپ UV عمل می کنند پارامتر های اساسی که به صورت مستقیم بر روی عملکرد اشعه UV در تخریب میکروارگانیسم ها تاثیرگذار می باشند را بیان می کنیم که عبارت اند از:
واحد | پارامتر |
---|---|
L | طول داکت |
L | عرض داکت |
L | ارتفاع داکت |
L | شعاع لامپ |
L | طول جرقه لامپ |
ML^2/T^3 | قدرت لامپ UV |
T | زمان قرارگیری در معرض یو وی (Exposure time) |
L | مختصات انتهایی لامپ (Lamp end coordinate) |
L | موقعیت لامپ در محورY یا فاصله لامپ از کف |
L | موقعیت لامپ در محورZ یا فاصله لامپ از ورودی داکت |
میزان آشفتی هوا یا عدد رینولد | |
T^2/M | ثابت نسبت میزان ضد عفونی کنندگی یو وی (UVGI rate constant) |
D | دمای هوا (Air temperature) |
رطوبت نسبی هوا (Relative humidity) | |
بازتاب سطح (Surface reflectivity) | |
M^3/T | میزان جریان هوا (Airflow rate) |
کسر بقا (Survival fraction) |
در طراحی سیستم های UV برای ضد عفونی هوا، مقدار پارامترهای بالا باید همواره ثابت یا همراه با تغییرات بسیار کم در نظر گرفته شود که اگر این مقادیر دائما در حال تغییر باشند سیستم نیز عملکردی نخواهد داشت.
برخی از پارامتر های مهم، در سیستم هایی که از لامپ های UV استفاده می کنند، قابل کنترل نخواهند بود که همین امر موجب کار نکردن لامپ های UV به صورت واقعی می باشد.
روش های استفاده از لامپ UV
از لامپ UV برای ضد عفونی هوا به روش های مختلفی استفاده میکنند اما در اینجا سه روش عمومی را بررسی خواهیم کرد که عبارت اند از :
- ضد عفونی هوا و سطوح اتاق (Ultraviolet germicidal irradiation)
- ضد عفونی هوای قسمت فوقانی اتاق (Upper room air disinfection)
- ضدعفونی هوای داخل کانال یا داخل سیستم تهویه (in-duct air disinfection)
ضد عفونی هوا و سطوح اتاق (Ultraviolet germicidal irradiation)
همانگونه که در تصویر مشاهده می کنید در این روش، لامپ UV بدون هیچگونه محافظی مانند سایر لامپ های معمولی درون اتاق کارگذاری می شود و انتظار می رود با تابش اشعه UV، سطوح و هوای اتاق ضد عفونی شود.
اما نکته ای که باید در این سیستم به آن توجه شود، زمان و روش استفاده می باشد، به این صورت که در هنگام روشن بودن نور UV، اتاق باید کاملا خالی از افراد باشد و تا ساعت 2 ساعت بعد از خاموش شدن لامپ نیز به دلیل وجود ازن باید از تردد افراد در اتاق جلوگیری کرد.
- تخریب پوست
- ایجاد سرطان
- آسیب به چشم
- تولید ازن
- تخریب تجهیزات
- عدم توانایی در حذف ریزذرات هوا
ضد عفونی هوای قسمت فوقانی اتاق (Upper room air disinfection)
این ایده در سال 1970 در مقاله ای توسط دو شخص با نام های
Richard L. Riley MD & Solbert Permutt MD
به ثبت رسیده که تا امروزه نیز مقالات بسیاری در رابطه با این سیستم نوشته شده است.
ضد عفونی هوای قسمت فوقانی اتاق چیست؟
در این سیستم از دستگاه های استفاده می شود که تنها قادر هستند نور UV را
نکته قابل توجه این سیستم لامپ UV مورد استفاده در آن و مضرات غیر قابل انکار اشعه ی UVC برای انسان ها و سایر موجودات وتجهیزات در پایین جو می باشد که در زمان استفاده از آن ایجاد خواهد شد.
مضرات سیستم ضد عفونی هوای قسمت فوقانی اتاق
- در این سیستم بسیاری از المان های جدول ارائه شده در بالا که برای عملکرد ضدعفونی کنندگی لامپ UV باید در نظر گرفت نادیده گرفته می شود که عبارت اند از:
- درصورت استفاده از این تکنولوژی بدون استفاده از فن،گردش هوا در محیط به درستی انجام نخواهد گرفت که به این دلیل برای از بین بردن میکروارگانیسم های سنگین و همچنین میکروارگانیسم هایی که در قسمت پایینی اتاق قرار می گیرند و میکروارگانیسم هایی که بر روی ریزذرات سنگین سوار شده اند، کاملا نامناسب می باشد.
- در این سیستم فرض می شود که هوا به طور کامل در جریان می باشد و میکروارگانیسم ها به میزان مورد نیاز در معرض اشعه UV قرار خواهند گرفت، اما نکته قابل توجه این است که این فرضیه کاملا اشتباه بوده و در محیط واقعی، هوای محیط به طور کامل در معرض نور UV قرار نمی گیرد به همین دلیل بسیاری از میکروارگانیسم ها سالم باقی می مانند. از طرفی میکروارگانیسم هایی که یک بار در معرض UV قرار گرفته اند و به صورت کامل نابود نشده اند با جابه جایی هوا به قسمت پایینی اتاق حرکت می کنند و در این زمان به ترمیم خود خواهند پرداخت.
- در این سیستم از هیچگونه فیلتری برای حذف آلودگی های ذره ای محیط استفاده نمی شود به همین دلیل پس از مدتی کوتاه آلودگی های محیطی مانند غبار، دوده، ذرات چربی و بخار موجود در هوا بر روی منبع نور UV قرار می گیرد که در این صورت کارکرد لامپ کاهش می یابد.
- یکی دیگر از اشکالات این سیستم بازتاب اشعه ی UV تولید شده می باشد، که این موضوع به واسطه برخی سطوح که در قسمت بالایی اتاق قرار دارند اتفاق می افتد که در نتیجه آن اشعه ی UV موجب آسیب رساندن به افراد موجود در اتاق خواهد شد.
- لامپ های UV همواره در حال تولید ازن می باشند که مضرات ازن در بالا بیان شد.
ضدعفونی هوای داخل کانال یا داخل سیستم تهویه (in-duct air disinfection)
محصولات موجود در بازار به دو دلیل از لامپ UV در درون سیستم های تهویه استفاده می کنند که عبارت اند از:
- ضدعفونی کردن هوای در حال عبور
- ضد عفونی کردن فیلتر های درون دستگاه ها
روش in-duct air disinfection به دلیل قرارگیری در محیط محبوس سیستم تهویه زیان کمتری نسبت به روش upper room system برای سلامتی انسان دارد اما به دلیل احتمال نشت اشعه UV و تولید ازن بی خطر نبوده و همچنان علاوه بر زیان مالی اثرات جانی نیز خواهد داشت که در زیر به بررسی کامل آن خواهیم پرداخت.
ضدعفونی کردن هوای در حال عبور
با توجه به این که ساختار میکروارگانیسم ها متفاوت بوده، انرژی مورد نیاز برای تخریب ساختار آن ها نیز متفاوت می باشد که برای تهیه این انرژی باید به برخی از فاکتور های جدول بالا مانند میزان انرژی اشعه، زمانی که باید میکروارگانیسم در معرض اشعه قرار گیرد، فاصله میکروارگانیسم تا منبع UV ،بازتاب اجسام، دمای هوا و میزان رطوبت هوا توجه کرد.
برای غیر فعال سازی هر میکروارگانیسم در شرایط عادی(دمای 23 درجه، رطوبت 40 درصد)، بسته به نوع آن حداقل چند ثانیه (گاه چند دقیقه)، باید در معرض اشعه UV قرار گیرد، از آنجایی که میکروارگانیسم ها به همراه هوا در درون کانال ها و دستگاه جابه جا می شوند، به مدت مورد نیاز در معرض این اشعه نخواهند بود در نتیجه بیشتر آن ها به فعالیت و تکثیر خود در محیط ادامه خواهند داد که همین دلیل باعث می شود بازدهی این روش نسبت به انرژی مصرفی و هزینه های نگهداری بسیار پایین باشد.
ضد عفونی کردن فیلتر های درون دستگاه ها
کاربرد دیگری که لامپ های UV در سیستم ها تهویه دارند ضد عفونی کردن تجهیزات و فیلتر های هپای درون دستگاه ها می باشد. که به دلایل زیر این کار نیز نادرست است:
- تولید ازن: استفاده از لامپ UV موجب تولید گاز ازن که گازی کاملا سمی و خطرناک است، می شود.
- عدم توانایی حذف میکروارگانیسم های موجود در فیلتر ها: با بررسی ساختار فیلتر های تصفیه هوا از جمله فیلترهای هپا متوجه خواهیم شد که این فیلترها به صورت مسطح نمی باشند و از در هم تنیده شدن نامنظم و کاملا تصادفی الیاف های فایبرگلاس، پوشال یا حصیر و فشردن آن ها ساخته می شوند.
با توجه به اینکه میکروارگانیسم ها جزو ریزذرات موجود در هوا محسوب می شوند و همچنین ویروس ها (از جمله ویروس کرونا) نیز برای جابه جایی بر روی ریزذرات هوا سوار می شوند و با روش های یاد شده در بالا در درون الیاف فیلتر هپا به صورت زنده گیر خواهند افتاد.
در نتیجه به این دلیل که نور UV به سطح فیلترها می تابد و توانایی نفوذ به لایه های داخلی فیلتر را ندارد، تنها سطح فیلتر ضد عفونی خواهد شد و میکروارگانیسم های داخل فیلتر زنده باقی خواهند ماند.
- تخریب فیلتر هپا و سایر تجهیزات درونی سیستم تهویه: با توجه به اینکه نور UV دارای انرژی بالا می باشد می تواند با شکستن پیوندهای مولکولی مواد و همچنین ایجاد الکترون آزاد، واکنش هایی شیمیایی را ایجاد کند که نتیجه آن تغییرات زیر بر روی مواد می باشد:
تغییر رنگ مواد، کاهش استحکام، ایجاد ترک، کاهش انعطاف، خرد شدن، و حتی کاهش کیفیت گریس و سایر روغن های روان ساز استفاده شده در تجهیزات و…
- ایجاد آلودگی های گازی VOC, O3,NO2, NOدر اثر عملیات اکسیداسیون و سایر واکنش های ایجاد شده توسط نور UV.
نتیجه گیری
با توجه به مطالب بیان شده در کلیه سیستم های موجود در بازار که همراه با لامپ UV می باشند از طیف UVC استفاده می شود.
مضرات استفاده از لامپ های UV برای تصفیه هوا عبارت اند از:
لامپ های ضدعفونی کننده هوای داخل اتاق (UVC Room Air Disinfection Lamp )
- تولید ازن
- ایجاد آلودگی های گازی خطرناک NO, O3,NO2, VOC,
- نیاز به تعمییرات و استهلاک بالای سیستم
- تخریب سیستم تنفسی
- تخریب پوست و ایجاد سرطان
- آسیب رساندن به چشم
- سوزش مجاری تنفسی
- افزایش بیماری های مزمن تنفسی مانند آسم و عفونت های متنوع تنفسی
سیستم ضدعفونی کننده هوای داخل کانال (In Duct Air Disinfection)
- تولید ازن
- عدم توانایی حذف میکروارگانیسم های موجود در فیلتر ها
- تخریب فیلتر هپا و سایر تجهیزات درونی سیستم تهویه
- ایجاد آلودگی های گازی خطرناک NO, O3,NO2, VOC,
- نیاز به تعمییرات و استهلاک بالای سیستم
- احتمال نشت اشعه UV
- تخریب سیستم تنفسی
- تخریب پوست و ایجاد سرطان
- آسیب رساندن به چشم
- سوزش مجاری تنفسی
- افزایش بیماری های مزمن تنفسی مانند آسم و عفونت های متنوع تنفسی
سیستم ضدعفونی کننده هوای داخل اتاق (Upper Room System)
با نام تجاری Upper Room UVGI Systems
- مضرات اشعه ی UV برای انسان ها و سایر موجودات وتجهیزات
- برای از بین بردن میکروارگانیسم های سنگین و همچنین میکروارگانیسم هایی که در قسمت پایینی اتاق قرار می گیرند و میکروارگانیسم هایی که بر روی ریزذرات سنگین سوار شده اند، کاملا نامناسب می باشد
- سالم باقی ماندن و ترمیم مجدد میکروارگانیسم هایی که کاملا نابود نشده اند
- مضرات ایجاد شده بر اثر بازتاب اشعه ی UV تولید شده
- تولید ازن
- افزایش اثرات مخرب اشعه UVدر محیط های مرطوب مانند حمام و رختکن ها
- عدم توانایی در حذف سایر ریزذرات موجود در هوا