RU2458011C2 - Method of decontaminating fluid media and apparatus for realising said method - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to exposure methods of sanitation. Decontamination of liquid or gaseous medium from microorganisms is carried out by irradiation with two or three excilamps with successive passage of the treated medium near said lamps. The time interval for passage from one lamp to the next is equal to 0.1-5 s. The types of excilamps used are selected from fourteen types of existing excilamps in the 170-360 nm range, with fundamental maxima of radiation wavelengths, numbered in ascending order of wavelength based on maximum efficiency of destroying different biological mechanisms of cell functioning. The device has a housing, medium flow agitators, filters for removing the solid phase and at least two excilamps. The excilamps are in form of a cylinder, wherein the axis of the cylinder and the direction of flow of the medium are mutually perpendicular. Alternatively, the excilamps are in form of a torus, wherein the axis of the torus and the direction of flow of the medium are mutually parallel.

EFFECT: efficient decontamination of fluid medium with use of non-mercury-containing radiators, free from photoreaction effects, with longer service life.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области облучательных методов санитарии.The invention relates to the field of irradiation sanitation methods.

Спектр лучевого поражения клеток микроорганизмов занимает всю область длин волн короче 310 нм /1/. Вплоть до настоящего времени в лучевой санитарии используются два спектральных участка этой области: длинноволновой УФ-диапазон 230 ÷ 310 нм /1, 2/ и коротковолновой диапазон - ионизирующее излучение (рентген, γ-лучи) /3/. Санитарный эффект при облучении микроорганизмов УФ в диапазоне 170 ÷ 220 нм изучен недостаточно и практически не используется. В ранних исследованиях /4/ сообщается о высокой степени инактивации белков при облучении УФ в диапазоне 170 ÷ 220 нм.The spectrum of radiation damage to cells of microorganisms occupies the entire region of wavelengths shorter than 310 nm / 1 /. Until now, two spectral regions of this region have been used in radiation sanitation: the long-wave UV range 230–310 nm / 1, 2 / and the short-wave range — ionizing radiation (x-ray, γ-rays) / 3 /. The sanitary effect when irradiating UV microorganisms in the range of 170 ÷ 220 nm has not been studied enough and is practically not used. In early studies / 4 /, a high degree of inactivation of proteins during UV irradiation in the range of 170 ÷ 220 nm was reported.

Для обеззараживания (деконтаминации) среды от микроорганизмов широко используется облучение в области спектра 250 ÷ 270 нм, которое поглощается ДНК с пиком поглощения при 260 нм. Результатом поглощения квантов излучения является фотодимеризация, то есть образование сшивок между двумя смежными пуриновыми и пиримидиновыми основаниями, принадлежащими одной или разным нитям спирали ДНК (главным образом, димеров тимин-тимин) /2, 6, 7/. Образующиеся ковалентные связи создают непреодолимое препятствие для репликации ДНК. Это приводит к замедлению роста или гибели микроорганизмов. Таким образом, обеззараживание среды от микроорганизмов при облучении 250 ÷ 270 нм происходит благодаря эффекту фотодимеризации.Irradiation (decontamination) of the medium from microorganisms is widely used irradiation in the spectral region 250 ÷ 270 nm, which is absorbed by DNA with an absorption peak at 260 nm. The absorption of radiation quanta results in photodimerization, that is, the formation of cross-links between two adjacent purine and pyrimidine bases belonging to one or different strands of the DNA helix (mainly thymine-thymine dimers) / 2, 6, 7 /. The resulting covalent bonds create an insurmountable obstacle to DNA replication. This leads to a slowdown in the growth or death of microorganisms. Thus, the disinfection of the medium from microorganisms during irradiation of 250 ÷ 270 nm occurs due to the effect of photodimerization.

В 1948 г. был открыт эффект фотореактивации /5/, заключающийся в том, что эффективность обеззараживания клеточных организмов и вирусов ультрафиолетовым облучением может уменьшиться, если после УФ-облучения подействовать на них излучением определенных участков спектра. В частности, фотореактивация (мономеризация димеров излучением) возможна в трех спектральных участках, расположенных в ближней УФ и видимой областях спектра: 313, 435 и 380 ÷ 450 нм /1/. Способностью к фотореактивации обладают многие виды и разновидности микроорганизмов. Значительный эффект фотореактивации наблюдался для фекальных стрептококков /8/ и Coli-форм /9/, MS-фагов /10, 11/ и F-специфических фагов /8/, поливируса I /12/, Heterotrophs /13/, аэробных и анаэробных грибов /14/, некоторых видов Salmonella /15, 16/. При этом для различных бактерий спектр фотореактивирующего излучения различный.In 1948, the effect of photoreactivation / 5 / was discovered, consisting in the fact that the effectiveness of disinfecting cellular organisms and viruses with ultraviolet radiation can decrease if, after UV irradiation, they are exposed to radiation from certain parts of the spectrum. In particular, photoreactivation (monomerization of dimers by radiation) is possible in three spectral regions located in the near UV and visible spectral regions: 313, 435 and 380–450 nm / 1 /. Many species and varieties of microorganisms are capable of photoreactivation. A significant effect of photoreactivation was observed for fecal streptococci / 8 / and Coli-forms / 9 /, MS-phages / 10, 11 / and F-specific phages / 8 /, polyvirus I / 12 /, Heterotrophs / 13 /, aerobic and anaerobic fungi / 14 /, some species of Salmonella / 15, 16 /. Moreover, for different bacteria, the spectrum of photoreactivating radiation is different.

Эффективность обеззараживания (деконтаминации) среды от микроорганизмов методом УФ-облучения оценивается плотностью энергии облучения (дозой УФ-облучения, мДж/см²), необходимой для деконтаминации 90% популяции. Вообще, эффективность обеззараживания зависит от соотношения доз убивающего и реактивирующего облучения. Эффективность фотореактивации оценивается по разности доз, необходимых для деконтаминации 90% популяции микроорганизмов при наличии фотореактивирующего света и без него.The effectiveness of disinfection (decontamination) of the medium from microorganisms by UV irradiation is estimated by the radiation energy density (dose of UV irradiation, mJ / cm ² ) required for decontamination of 90% of the population. In general, the effectiveness of disinfection depends on the ratio of doses of killing and reactivating radiation. The effectiveness of photoreactivation is estimated by the dose difference required for decontamination of 90% of the microorganism population with and without photoreactive light.

Широко применяемое во всем мире для УФ-обеззараживания облучение ртутным дуговым излучателем низкого давления с длиной волны 254 нм имеет ограничения эффективности по составу микрофлоры и условиям применения. Для обеспечения современных требований к микробиологической чистоте /17/ величина дозы УФ-облучения микроорганизмов, даже без учета фотореактивации, должна достигать 120 мДж/см² - труднодостижимого в санитарной практике значения. В особенности это справедливо в отношении дезинфекции помещений.Irradiation widely used around the world for UV disinfection with a low-pressure mercury arc emitter with a wavelength of 254 nm has efficiency limitations on microflora composition and application conditions. To ensure modern requirements for microbiological purity / 17 /, the dose of UV irradiation of microorganisms, even without taking into account photoreactivation, should reach 120 mJ / cm ² - a value that is difficult to achieve in sanitary practice. This is especially true for the disinfection of rooms.

Между тем, лучевое поражение различных систем (белки, ДНК, фосфолипиды) микроорганизмов происходит под действием облучения во всем диапазоне длин волн меньше 310 нм /1/. Отсутствие до недавнего времени набора эффективных облучателей в различных спектральных участках этого диапазона, доступных для широкого применения, не позволяло использовать весь спектральный диапазон лучевой санитарии.Meanwhile, radiation damage to various systems (proteins, DNA, phospholipids) of microorganisms occurs under the influence of radiation in the entire wavelength range of less than 310 nm / 1 /. Until recently, the absence of a set of effective irradiators in various spectral regions of this range, available for widespread use, did not allow the use of the entire spectral range of radiation sanitation.

Возможность разработки новых методов лучевой санитарии появилась с развитием источников эксимерного излучения на основе барьерного разряда, излучение которых перекрывает спектральную область 170 ÷ 360 нм /18, 19/. Допустимо полагать, что существенно повысить степень деконтаминации патогенных микроорганизмов можно путем сочетанного действия на различные ключевые метаболические процессы клеток, например одновременным облучением микроорганизмов излучением различных областей спектра. В этом случае эффект фотореактивации может быть скомпенсирован множественным лучевым повреждением клеток. В частности:The possibility of developing new methods of radiation sanitation appeared with the development of excimer radiation sources based on a barrier discharge, the radiation of which covers the spectral region 170–360 nm / 18, 19 /. It can be assumed that a significant increase in the degree of decontamination of pathogenic microorganisms can be achieved by combining various key metabolic processes of cells, for example, by simultaneously irradiating microorganisms with radiation from various spectral regions. In this case, the effect of photoreactivation can be compensated by multiple radiation damage to the cells. In particular:

- эксимер XeBr^* с длиной волны 282 нм, соответствующей максимуму спектра триптофанового механизма разрушения четвертичной структуры белков;- XeBr ^* excimer with a wavelength of 282 nm, corresponding to the maximum of the tryptophan mechanism of destruction of the quaternary structure of proteins;

- эксимер Cl₂ ^* с длиной волны 258 нм, соответствующей максимуму поглощения нуклеиновыми кислотами, приводящего к блокированию считывания кода ДНК;- excimer Cl ₂ ^* with a wavelength of 258 nm, corresponding to the maximum absorption by nucleic acids, leading to blocking the reading of the DNA code;

- эксимер KrCl^* с диной волны 222 нм, соответствующей деструкции фосфолипидов оболочки клетки;- KrCl ^* excimer with a wavelength of 222 nm, corresponding to the destruction of cell membrane phospholipids;

- KrBr с диной волны 207 нм, оказывающее комбинированное летальное действие.- KrBr with a wavelength of 207 nm, which has a combined lethal effect.

Ожидаемый результат состоит в получении, в целом, значимо большей эффективности обеззараживания при использовании эксиламп за счет больших сечений фотопоражения и подавления эффекта фотореактивации методом комбинированного воздействия.The expected result is to obtain, on the whole, a significantly greater disinfection efficiency when using excilamps due to the large cross sections of photodefeat and suppression of the effect of photoreactivation by the combined exposure method.

Деконтаминацию воды и воздуха помещений от патогенных микроорганизмов осуществляют пропусканием обеззараживаемой среды через замкнутые объемы вблизи облучателей. При этом обычные аппараты с УФ-излучателями для обеззараживания воздуха помещений оказывались не эффективными для обработки поверхностей помещений. Применение в аппаратах для обеззараживания воздуха эксимерных излучателей позволяет производить и обеззараживание поверхностей в помещении.The decontamination of water and air from pathogenic microorganisms is carried out by passing the disinfected medium through closed volumes near the irradiators. At the same time, conventional devices with UV emitters for disinfecting indoor air were not effective for treating indoor surfaces. The use of excimer emitters in air disinfecting apparatuses makes it possible to disinfect surfaces in a room.

Существуют два типа эксимерных излучателей: эксимерные лазеры и эксимерные лампы (эксилампы). В предлагаемом изобретении в качестве эксимерных излучателей используются эксилампы с различными максимумами спектра излучения в диапазоне 170 ÷ 360 нм.There are two types of excimer emitters: excimer lasers and excimer lamps (excilamps). In the present invention, excilamps with different maxima of the emission spectrum in the range of 170–360 nm are used as excimer emitters.

Излучение в области ближнего ВУФ поглощается атмосферным кислородом и парами воды, причем величина поглощения зависит от длины волны источника излучения /20/. Результатом такого поглощения является фотохимическое образование озона и перекиси водорода /21/. Оба соединения являются сильными окислителями и проявляют выраженный бактерицидный эффект за счет синергизма действия /22/. Выбор условий фотохимических процессов при дезинфекции помещений эксилампами позволяет проводить санитарную обработку воздуха и поверхностей в помещениях безопасным для людей способом.The radiation in the region of the near VUV is absorbed by atmospheric oxygen and water vapor, and the absorption value depends on the wavelength of the radiation source / 20 /. The result of this absorption is the photochemical formation of ozone and hydrogen peroxide / 21 /. Both compounds are strong oxidizing agents and exhibit a pronounced bactericidal effect due to the synergistic action / 22 /. The choice of conditions for photochemical processes during the disinfection of rooms with excilamps allows the sanitary treatment of air and surfaces in rooms in a way that is safe for people.

Известны способы применения эксимерных облучателей для обеззараживания воды /23, 24, 25/. В этих заявках авторы используют эксимерное излучение одного типа, главным образом, для наработки в воде вторичных дезинфектантов, пероксида водорода /23/ или озона /25/. При этом речь не идет об одновременном действии нескольких спектральных участков с эффектом синергизма.Known methods of using excimer irradiators for disinfecting water / 23, 24, 25 /. In these applications, the authors use excimer radiation of the same type, mainly for the production in water of secondary disinfectants, hydrogen peroxide / 23 / or ozone / 25 /. However, we are not talking about the simultaneous action of several spectral regions with the effect of synergism.

Наиболее близким к заявляемым способу и устройству является изобретение / JP 19970136236 19970527, C02F 1/28; C02F 1/32; C02F 1/58; C02F 1/78, опубл. 1998-12-08/. Его отличает указание конкретного узкого участка спектра излучения эксилампы, что является характерным для этого типа излучателей. Указание в заявках с эксилампами /JP 19970199897, 19970725, C02F 1/32; C02F 3/00, опубл. 1999-02-09, 25/ всего диапазона эксимерного излучения 150 ÷ 310 нм неправомерно, если этому не сопутствует анализ различий биологического действия и различного пропускания обрабатываемыми средами различных узких спектральных интервалов, излучаемых конкретными эксилампами. В указанном прототипе выбранная эксилампа используется для очистки воды от вредных примесей, образующихся при основном процессе дезинфекции - озонировании.Closest to the claimed method and device is the invention / JP 19970136236 19970527, C02F 1/28; C02F 1/32; C02F 1/58; C02F 1/78, publ. 1998-12-08 /. It is distinguished by an indication of a specific narrow section of the excilamp emission spectrum, which is characteristic of this type of emitters. Indication in applications with excilamps / JP 19970199897, 19970725, C02F 1/32; C02F 3/00, publ. 1999-02-09, 25 / the entire excimer radiation range of 150 ÷ 310 nm is unlawful if this is not accompanied by an analysis of differences in biological action and different transmission of different narrow spectral ranges emitted by specific excilamps by processed media. In the specified prototype, the selected excilamp is used to purify water from harmful impurities formed during the main disinfection process - ozonation.

В основу изобретения положена задача создания способа и основанных на нем устройств для эффективного обеззараживания текучих сред, не использующих содержащих ртуть излучателей, свободных от эффектов фотореактивации, с увеличенным ресурсом работы.The basis of the invention is the creation of a method and devices based on it for the effective disinfection of fluids that do not use mercury-containing emitters, free of photo-reactivation effects, with an increased service life.

Решение технической задачи обеспечивается тем, что в способе обеззараживания текучих сред методом поражения микроорганизмов излучением эксиламп обеззараживание жидкой или газообразной среды от микроорганизмов осуществляют излучением двух или трех эксиламп с диапазонами излучения Δλ_i, Δλ_j и/или Δλ_k, при последовательном прохождении обрабатываемой среды вблизи них, с временным интервалом прохождения от одной лампы до следующей в диапазоне от 0.1 до 5 с, при этом выбор применяемых типов эксиламп, имеющих диапазоны излучения Δλ_i, Δλ_j, Δλ_k, производят среди четырнадцати типов существующих эксиламп в диапазоне 170 - 360 нм, с основными максимумами длин волн излучения, пронумерованными в порядке возрастания длины волны с учетом максимальной эффективности поражения различных биологических механизмов функционирования клеток.The solution to the technical problem is provided by the fact that in the method of disinfecting fluids by the method of damaging microorganisms by excilamp radiation, the liquid or gaseous medium is disinfected from microorganisms by radiation of two or three excilamps with radiation ranges Δλ _i , Δλ _j and / or Δλ _k , with successive passage of the medium to be processed near them, with a time interval of passage from one lamp to the next in the range from 0.1 to 5 s, with the choice of the applied types of excilamps having emission ranges Δλ _i , Δλ _j , Δλ _k , produced among fourteen types of existing excilamps in the range 170 - 360 nm, with the main maximums of radiation wavelengths, numbered in the order of increasing wavelength, taking into account the maximum efficiency of the damage to various biological mechanisms of cell functioning.

Решение технической задачи также обеспечивается тем, что в устройстве для обеззараживания текучих сред, включающем корпус, побудители потока среды, фильтры для удаления твердой фазы, по крайней мере, две эксилампы с максимумами излучения на длинах волн от 170 до 360 нм установлены в необходимой последовательности, определяемой свойствами объекта обработки, эксилампы выполнены в форме цилиндра, при этом ось цилиндра и направление потока среды взаимно перпендикулярны, либо эксилампа выполнена в форме тора, при этом ось тора и направление потока среды взаимно параллельны.The solution to the technical problem is also ensured by the fact that in the device for disinfecting fluids, including a housing, stimulators of the flow of the medium, filters for removing the solid phase, at least two excilamps with radiation maxima at wavelengths from 170 to 360 nm are installed in the necessary sequence, determined by the properties of the processing object, excilamps are made in the form of a cylinder, while the axis of the cylinder and the direction of flow of the medium are mutually perpendicular, or the excilamp is made in the form of a torus, while the axis of the torus and the direction of sweat ka environment are mutually parallel.

При этом колбы эксиламп изготовлены из материала, имеющего коэффициент пропускания при 160 нм не менее 40% на 1 мм толщины материала.In this case, excilamp flasks are made of a material having a transmittance at 160 nm of at least 40% per 1 mm of material thickness.

Получение технического результата обусловлено применением нового типа излучателей - эксимерных ламп - источников излучения узких спектральных участков с длинами волн в максимуме этих участков, расположенными в интервале 170 - 360 нм. Излучатели не содержат ртути, имеют повышенный в сравнении с ртутными УФ-излучателями ресурс работы, безынерционны.The technical result is due to the use of a new type of emitters - excimer lamps - radiation sources of narrow spectral regions with wavelengths at the maximum of these regions located in the range of 170 - 360 nm. The emitters do not contain mercury, have a longer service life compared to mercury UV emitters, and are inertialess.

Метод решения поставленной задачи состоит в одновременном воздействии на текучую среду двумя или более эксилампами, максимумы спектров излучения которых различны.The method for solving this problem consists in simultaneously exposing the fluid to two or more excilamps, the maximums of the emission spectra of which are different.

Предлагаемый способ состоит в обеззараживании жидкой или газообразной среды от микроорганизмов излучением двух или трех эксиламп с диапазонами излучения Δλ_i, Δλ_j и/или Δλ_k, при последовательном прохождении обрабатываемой среды вблизи них, с временным интервалом прохождения от одной лампы до следующей в диапазоне от 0.1 до 5 с. Выбор применяемых типов эксиламп, имеющих диапазоны излучения Δλ_i, Δλ_j, Δλ_k, может производиться среди четырнадцати типов существующих эксиламп в диапазоне 170 - 360 нм, с основными максимумами длин волн излучения, пронумерованными в порядке возрастания длины волны. При этом выбор двух или трех эксиламп и их расположения подчинен решению задачи достижения максимальной эффективности поражения различных биологических механизмов функционирования клеток.The proposed method consists in disinfecting a liquid or gaseous medium from microorganisms by radiation of two or three excilamps with radiation ranges Δλ _i , Δλ _j and / or Δλ _k , with successive passage of the processed medium near them, with a time interval from one lamp to the next in the range from 0.1 to 5 s The choice of applied types of excilamps having emission ranges Δλ _i , Δλ _j , Δλ _k can be made among fourteen types of existing excilamps in the range of 170 - 360 nm, with the main maximums of radiation wavelengths numbered in the order of increasing wavelength. In this case, the choice of two or three excilamps and their location is subordinate to the solution of the problem of achieving maximum efficiency of the defeat of various biological mechanisms of cell functioning.

В предлагаемом устройстве для обеззараживания текучих сред, включающем корпус, побудители потока среды, фильтры для удаления твердой фазы, по крайней мере две эксилампы, с максимумами излучения на длинах волн от 170 до 360 нм, патроны для установки эксиламп в необходимой последовательности, определяемой свойствами объекта обработки, эксилампы выполнены в форме цилиндра, при этом ось цилиндра и направление потока среды взаимно перпендикулярны, либо эксилампа выполнена в форме тора, при этом ось тора и направление потока среды взаимно параллельны. Колбы эксиламп изготовлены из материала, имеющего коэффициент пропускания при 160 нм не менее 40% на 1 мм толщины материала.In the proposed device for disinfecting fluids, including a housing, stimulants of the flow of the medium, filters for removing the solid phase, at least two excilamps, with radiation maxima at wavelengths from 170 to 360 nm, cartridges for installing excilamps in the necessary sequence determined by the properties of the object processing, excilamps are made in the form of a cylinder, while the axis of the cylinder and the direction of the medium flow are mutually perpendicular, or the excilamp is made in the form of a torus, while the axis of the torus and the medium flow direction are mutually parallel flax. Excilamp flasks are made of a material having a transmittance at 160 nm of at least 40% per 1 mm of material thickness.

На фиг.1 показаны схемы устройств для обеззараживания воздуха (а, б) и устройства для обеззараживания воды (в).Figure 1 shows a diagram of a device for disinfecting air (a, b) and a device for disinfecting water (c).

На фиг.1а, в представлены эксилампы цилиндрической формы, на фиг.1б - эксилампы в форме тора. Устройство состоит из корпуса 1, групп эксиламп 2, закрепленных на стенках корпуса в патронах 3, вентиляторов 4, задающих поток газообразной среды, или насосов, задающих поток жидкой среды. Внутренние стенки корпуса имеют отражающее свет покрытие 5, с коэффициентом отражения не менее 50% для длин волн 170 - 190 нм и не менее 80% для длин волн больше 200 нм.On figa, in presents excilamps of a cylindrical shape, on figb - excilamps in the form of a torus. The device consists of a housing 1, groups of excilamps 2 mounted on the walls of the housing in cartridges 3, fans 4, which determine the flow of a gaseous medium, or pumps, which determine the flow of a liquid medium. The inner walls of the casing have a light-reflecting coating 5, with a reflection coefficient of at least 50% for wavelengths of 170 - 190 nm and at least 80% for wavelengths of more than 200 nm.

При обеззараживании жидких сред предварительно применяются механические фильтры. В прототипе эксилампа, излучающая в спектральном диапазоне 190 ÷ 200 нм, используется для устранения вредных последствий при дезинфекции воды химическим способом. В защищаемом устройстве группы эксиламп с различными максимумами излучения осуществляют основной процесс обеззараживания.When disinfecting liquid media, mechanical filters are preliminarily applied. In the prototype, an excilamp emitting in the spectral range of 190–200 nm is used to eliminate the harmful effects of chemical disinfection of water. In the protected device, excilamp groups with various radiation maximums carry out the main disinfection process.

Крайние точки временного диапазона, указанного в заявке, 0.1 и 5 с, выбраны из имеющегося у компании опыта проектирования и эксплуатации подобных устройств.The extreme points of the time range specified in the application, 0.1 and 5 s, were selected from the company's experience in the design and operation of such devices.

Время 0.1 с. Аппарат-рециркулятор для обеззараживания воздуха и поверхностей помещений, самый производительный из разработанных в компании. Содержит 9 (девять) ламп с длинами волн излучения 254 и 185 нм. Измеренная производительность аппарата - 2700 м³/ч. Сечение аппарата - 0.6 м². Расстояние между осями облучателями по потоку воздуха - 0.2 м. Расчетное время прохождения от одной лампы до другой составляет 0,16 с. Величина 0.1 с выбрана как разумная экстраполяция.Time 0.1 s. The recirculator for disinfecting air and indoor surfaces, the most productive of the developed in the company. Contains 9 (nine) lamps with radiation wavelengths of 254 and 185 nm. The measured productivity of the device is 2700 m ³ / h. The cross section of the apparatus is 0.6 m ² . The distance between the axes of the irradiators in the air flow is 0.2 m. The estimated travel time from one lamp to another is 0.16 s. A value of 0.1 s was selected as a reasonable extrapolation.

Время 5 с. Существует проблема обеззараживания воды до уровня стерилизации.Time 5 s. There is a problem of disinfecting water to the level of sterilization.

Одним из основных вопросов достижения такого результата необходимость высокой равномерности дозы облучения, получаемой всеми элементарными объемами обрабатываемой воды. Адекватным решением является обеззараживание в тонких ламинарных слоях. При этом в пограничном слое происходит перемешивание за счет явления турбулентности ламинарного пограничного слоя. Задав дозу 40 мДж/см², коаксиальные эксилампы длиной 10 см и диаметром 7 см (удлиненный тор) и расход дезинфицируемой воды 0.1 м³/ч, получим, что при движении воды в слое толщиной 0.3 см между внешней поверхностью эксилампы и стенки корпуса аппарата, при переходе в не занятый лампой объем такого же диаметра, за время 5 с вода пройдет расстояние 3.5 см, которое определит положение следующей по ходу воды лампы. Таким способом определен второй временной предел, соответствующий малым расходам текучих сред.One of the main issues in achieving this result is the need for high uniformity of the radiation dose received by all elementary volumes of treated water. An adequate solution is disinfection in thin laminar layers. In this case, mixing occurs in the boundary layer due to the phenomenon of turbulence of the laminar boundary layer. Having set the dose of 40 mJ / cm ² , coaxial excilamps 10 cm long and 7 cm in diameter (elongated torus) and disinfectable water flow rate 0.1 m ³ / h, we obtain that when water moves in a layer 0.3 cm thick between the outer surface of the excilamp and the apparatus body wall , when moving into a volume of the same diameter that is not occupied by the lamp, within 5 seconds the water will travel a distance of 3.5 cm, which will determine the position of the next lamp along the water. In this way, a second time limit is determined corresponding to low fluid flow rates.

Испытание предлагаемого способа и реализующего его устройства проведено в рамках выполнения программы по обезвреживанию инвазивных организмов в балластных водах судов. В качестве модели устройства использовалась лабораторная установка с двумя эксимерными лампами тороидальной формы, расположенными последовательно, одна за другой, в корпусе из нержавеющей стали.The test of the proposed method and its implementing device was carried out as part of the implementation of the program for the disposal of invasive organisms in the ballast waters of ships. As a model of the device, we used a laboratory setup with two toroidal excimer lamps arranged in series, one after the other, in a stainless steel casing.

Зеленая водоросль Dunaliella saline в виде суспензии живых клеток в искусственно приготовленной морской воде облучалась излучением эксиламп с максимумом излучения 253 нм (соответствует блокировке считывания генетической информации) и максимумом 222 нм (соответствует разрушению клеточных мембран). Доза облучения была одинакова и составляла 150 мДж/см². Облучение проводилось последовательное разницей по времени, равной 1 с. В поле зрения микроскопа определялись числа нежизнеспособных (неподвижных, с измененной морфологией) и жизнеспособных (подвижных) клеток. Результаты представлены в таблице 1.The green alga Dunaliella saline in the form of a suspension of living cells in artificially prepared sea water was irradiated with excilamp radiation with a maximum of 253 nm (corresponds to blocking the reading of genetic information) and a maximum of 222 nm (corresponds to destruction of cell membranes). The radiation dose was the same and amounted to 150 mJ / cm ² . Irradiation was carried out sequentially with a time difference of 1 s. In the field of view of the microscope, the numbers of nonviable (motionless, with altered morphology) and viable (mobile) cells were determined. The results are presented in table 1.

Таблица 1Table 1 Результаты воздействий на суспензии Dunaliella saline эксимерными излучателямиThe results of exposure to suspensions of Dunaliella saline excimer emitters Длина волны максимума излучения эксилампыExilamp emission maximum wavelength % жизнеспособных клеток% viable cells % нежизнеспособных клеток% non-viable cells 253 нм (Xel)253 nm (Xel) 20twenty 8080 222 нм (KrCl)222 nm (KrCl) 2929th 7171 253 + 222 нм253 + 222 nm 00 100one hundred

Согласно имеющемуся у компании-заявителя опыту реализации санитарного облучательного оборудования у различных его потребителей существуют различные требования к обеззараживанию своих объектов. Так, в местах скопления людей (больницы, социальные учреждения и др.) характерно наличие постоянно обновляемой микрофлоры. В этом случае перспективно использование двух спектральных диапазонов, максимумы поглощения белков и ДНК. Для преимущественной борьбы со споровыми (mycobacterium tuberculosis в вытяжных системах специализированных медучреждений) или вирусами (в период эпидемий) лучше применять облучение в спектральных областях поглощения ДНК и фосфолипидов клеточных оболочек. Микрофлору воды (сточной, производственной, питьевой, балластной воды судов) с учетом непредсказуемости вариаций ее состава и требований паразитологической чистоты предпочтительно обрабатывать облучением в трех полосах поглощения клеточных структур (белки, ДНК, клеточные оболочки).According to the experience of the applicant company with the implementation of sanitary irradiation equipment, various consumers have different requirements for the disinfection of their facilities. So, in crowded places (hospitals, social institutions, etc.), the presence of constantly updated microflora is characteristic. In this case, the use of two spectral ranges, the maximum absorption of proteins and DNA, is promising. For the primary control of spore (mycobacterium tuberculosis in exhaust systems of specialized medical facilities) or viruses (during epidemics), it is better to use radiation in the spectral regions of absorption of DNA and cell membrane phospholipids. The microflora of water (sewage, industrial, drinking, ballast water of ships), taking into account the unpredictability of variations in its composition and the requirements of parasitological purity, is preferably treated by irradiation in three absorption bands of cellular structures (proteins, DNA, cell membranes).

Таким образом, предлагаемые способ и устройство являются эффективными для обеспечения гарантированного обеззараживания воды из разных источников.Thus, the proposed method and device are effective to ensure guaranteed disinfection of water from various sources.

ЛитератураLiterature

1. С.В.Конев, И.А.Волотовский "Введение в молекулярную фотобиологию", Наука и техника, Минск, 1971.1. S.V. Konev, I.A. Volotovsky "Introduction to molecular photobiology", Science and technology, Minsk, 1971.

2. Н.Г.Потапченко, О.С.Савлук "Химия и технология воды", 13, с.12, 1117-29, 1991.2. N.G. Potapchenko, O.S. Savluk "Chemistry and water technology", 13, p.12, 1117-29, 1991.

3. М.И.Амирасова, Н.А.Дуженкова, А.В.Савич, М.И.Шальнов "Первичные радиобиологические процессы", Атомиздат, М., 1964.3. M.I. Amirasova, N. A. Duzhenkova, A. V. Savich, M. I. Shalnov "Primary radiobiological processes", Atomizdat, M., 1964.

4. R.Setlow, B.Dayle. The action of monochromic UV light on proteins, Biochim. Biophys. Acta, 24, 27-35, 1957.4. R. Setlow, B. Dayle. The action of monochromic UV light on proteins, Biochim. Biophys. Acta, 24, 27-35, 1957.

5. A.Kelner. Effect of visible light on the recovery of Streptomyces griseus condida from ultraviolet irradiation injury, Nat. Acad. Sci, USA, 35, 73-79, 1949.5. A.Kelner. Effect of visible light on the recovery of Streptomyces griseus condida from ultraviolet irradiation injury, Nat. Acad. Sci, USA, 35, 73-79, 1949.

6. Ермилова Е.В. Молекулярные аспекты адаптации прокариот. - СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2007. - 299 с.6. Ermilova E.V. Molecular aspects of the adaptation of prokaryotes. - St. Petersburg: Publishing House of St. Petersburg. Univ., 2007 .-- 299 p.

7. Пиневич А.В. Микробиология. Биология прокариотов: Учебник. В 3 т. Том 3. - СПб.: Изд-во С.-Петербур. Ун-та, 2009. - 457 с.7. Pinevich A.V. Microbiology. Biology of Prokaryotes: A Textbook. In 3 vols. Volume 3. - St. Petersburg: Publishing House S.-Petersburg. Univ., 2009 .-- 457 p.

8. Oppenheimer, J.A. et al. 1993, "Chlorine and UV Disinfection of Tertiary Effluent: A Comparative Study of Bacterial and Viral Inactivation and Effluent By-Products" In Water Environment Federation 66th Annual Conference & Exposition (October 3-7, Anaheim, CA), 557-568.8. Oppenheimer, J.A. et al. 1993, "Chlorine and UV Disinfection of Tertiary Effluent: A Comparative Study of Bacterial and Viral Inactivation and Effluent By-Products" In Water Environment Federation 66th Annual Conference & Exposition (October 3-7, Anaheim, CA), 557-568.

9. Wolfe, R.L. 1990, "Ultraviolet Disinfection of Potable Water" Environ. Sci. Technol. 24 (6), 768-773.9. Wolfe, R.L. 1990, "Ultraviolet Disinfection of Potable Water" Environ. Sci. Technol. 24 (6), 768-773.

10. Lehrer, A.J., Cabelli, V.J. 1993, "Comparison of Ultraviolet and Chlorine Inactivation of F Male-Specific Bacteriophage and Fecal Indicator Bacteria in Sewage Effluents" in Planning, Design & Operations of Effluent Disinfection Systems, Proceedings of the Water Environment Federation Specialty Conference (May 23-25, Whippany, NJ), 37-48.10. Lehrer, A.J., Cabelli, V.J. 1993, "Comparison of Ultraviolet and Chlorine Inactivation of F Male-Specific Bacteriophage and Fecal Indicator Bacteria in Sewage Effluents" in Planning, Design & Operations of Effluent Disinfection Systems, Proceedings of the Water Environment Federation Specialty Conference (May 23-25, Whippany, NJ), 37-48.

11. Chang, J.C.H. et al. "UV Inactivation of Pathogenic and Indicator Microorganisms" Applied and Environmental Microbiology, 49 (6), 1361-1365, 1985.11. Chang, J.C.H. et al. "UV Inactivation of Pathogenic and Indicator Microorganisms" Applied and Environmental Microbiology, 49 (6), 1361-1365, 1985.

12. Harris, G.D. et al. "UV Inactivation of Selected Bacteria and Viruses with Photoreactivation of the Bacteria" Wat. Res. 21 (6), 687-692, 1987.12. Harris, G. D. et al. "UV Inactivation of Selected Bacteria and Viruses with Photoreactivation of the Bacteria" Wat. Res. 21 (6), 687-692, 1987.

13. Battigelli, D.A.; Sobsey, M.D.; Lobe, D.C. "The Inactivation of Hepatitis A Virus and Other Model Viruses by UV Irradiation" Wat. Sci. Tech. 27 (3-4), 339-342, 1993.13. Battigelli, D.A .; Sobsey, M.D .; Lobe, D.C. "The Inactivation of Hepatitis A Virus and Other Model Viruses by UV Irradiation" Wat. Sci. Tech. 27 (3-4), 339-342, 1993.

14. Calza, R.E., and A.L. Schroeder. Post-replication repair in Neurospora crassa, Mol. Gen. Genet, 185, 111-118, 1982.14. Calza, R.E., and A.L. Schroeder. Post-replication repair in Neurospora crassa, Mol. Gen. Genet, 185, 111-118, 1982.

15. K.Tosa, T.Hirata "Photoreactivation of Salmonella following UV disinfection",15. K. Tosa, T. Hirata "Photoreactivation of Salmonella following UV disinfection",

College of Environmental Health, Azabu University, Japan, HRWM - 39.College of Environmental Health, Azabu University, Japan, HRWM - 39.

16. Jérôme Baron. Repair of Wastewater Microorganisms after Ultraviolet Disinfection under Seminatural Conditions, Water Environment Research, Vol.69, No. 5 pp.992-998, 1997.16. Jérôme Baron. Repair of Wastewater Microorganisms after Ultraviolet Disinfection under Seminatural Conditions, Water Environment Research, Vol.69, No. 5 pp. 992-998, 1997.

17. Hargy Т. Ultraviolet light found to be effective against Cryptosporidium. // Water Technology, Sept., 1999.17. Hargy T. Ultraviolet light found to be effective against Cryptosporidium. // Water Technology, Sept., 1999.

18. H.Strom, U.Kogelshats "Modification of surfaces with new eximer UV sources", Thin Solid Film, 218, 231-46, 1992.18. H. Strom, U. Kogelshats "Modification of surfaces with new eximer UV sources", Thin Solid Film, 218, 231-46, 1992.

19. Panchenko A.N., Tarasenko V.F. / Barrier-discharge-excited coaxial exilamps with the enhanced pulse energy. // Quantum Electronics. 2008. Vol.38. No. 1. P.88-91.19. Panchenko A.N., Tarasenko V.F. / Barrier-discharge-excited coaxial exilamps with the enhanced pulse energy. // Quantum Electronics. 2008. Vol. 38. No. 1. P.88-91.

20. K.Watanabe, E.C.J.Inn, M.Zelikoff, Absorption coefficients of oxygen in the vacuum ultraviolet, J. Chem. Phys., 21{6}, 1026-30, 1953.20. K. Watanabe, E.C. J. Inn, M. Zelikoff, Absorption coefficients of oxygen in the vacuum ultraviolet, J. Chem. Phys., 21 {6}, 1026-30, 1953.

21. Х.Окабэ. <Фотохимия малых молекул>, М., Мир, 1981.21. H. Okabe. <Photochemistry of small molecules>, M., Mir, 1981.

22. S.Yasutake, M.Kato, S.Kono "Ozone Science and Enginiring", 10, 309-20, 1988.22. S. Yasutake, M. Kato, S. Kono "Ozone Science and Enginiring", 10, 309-20, 1988.

23. Haraga Hisato, Kurokawa Tetsuya, Fukuda Yukihiro, Imasaka Takao «Method and Apparatus for purifying water», JP 19970199897 19970725, C02F 1/32; C02F 3/00, опубл. 1999-02-09.23. Haraga Hisato, Kurokawa Tetsuya, Fukuda Yukihiro, Imasaka Takao "Method and Apparatus for purifying water", JP 19970199897 19970725, C02F 1/32; C02F 3/00, publ. 1999-02-09.

24. Samelma Shoichi, Shimazaki Hiroshi «Water Purification Method using Excimer Ultraviolet Ray Lamp», JP 19970136236 19970527, C02F 1/28; C02F 1/32; C02F 1/58; C02F 1/78, опубл. 1998-12-08.24. Samelma Shoichi, Shimazaki Hiroshi "Water Purification Method using Excimer Ultraviolet Ray Lamp", JP 19970136236 19970527, C02F 1/28; C02F 1/32; C02F 1/58; C02F 1/78, publ. 1998-12-08.

25. Домнинский О.А., Козлов К.В., Самойлович В.Г., Флоровский К.Л. «Бактерицидный аппарат для обработки воды», Заявка: 94009124/26, 17.03.1994, C02F 1/32, опубл. 27.01.1996.25. Domninsky O.A., Kozlov K.V., Samoilovich V.G., Florovsky K.L. "Bactericidal apparatus for water treatment", Application: 94009124/26, 03/17/1994, C02F 1/32, publ. 01/27/1996.

Claims (3)

1. Способ обеззараживания текучих сред методом поражения микроорганизмов излучением эксиламп, отличающийся тем, что обеззараживание жидкой или газообразной среды от микроорганизмов осуществляют излучением двух или трех эксиламп с диапазонами излучения Δλ_i, Δλ_j и/или Δλ_k, при последовательном прохождении обрабатываемой среды вблизи них, с временным интервалом прохождения от одной лампы до следующей в диапазоне от 0,1 с до 5 с, при этом выбор применяемых типов эксиламп, имеющих диапазоны излучения Δλ_i, Δλ_j, Δλ_k, производят среди четырнадцати типов существующих эксиламп в диапазоне 170 нм - 360 нм, с основными максимумами длин волн излучения, пронумерованными в порядке возрастания длины волны с учетом максимальной эффективности поражения различных биологических механизмов функционирования клеток.1. The method of disinfection of fluids by the method of defeating microorganisms by radiation of excilamps, characterized in that the disinfection of a liquid or gaseous medium from microorganisms is carried out by the radiation of two or three excilamps with emission ranges Δλ _i , Δλ _j and / or Δλ _k , with successive passage of the treated medium near them , with a time interval of passage from one lamp to the next from 0.1 s to 5 s, the choice being applied excilamps types having radiation ranges _{Δλ i, Δλ j, Δλ k} , among produce chetyrnad atm types of existing excimer lamps in the range of 170 nm - 360 nm, with the major peaks of radiation wavelengths, numbered in ascending order of the wavelength for maximum destruction efficiency of various biological cell functioning. 2. Устройство для обеззараживания текучих сред, включающее корпус, побудители потока среды, фильтры для удаления твердой фазы, отличающееся тем, что, по крайней мере, две эксилампы, с максимумами излучения на длинах волн от 170 нм до 360 нм, установлены в необходимой последовательности, определяемой свойствами объекта обработки, эксилампы выполнены в форме цилиндра, при этом ось цилиндра и направление потока среды взаимно перпендикулярны, либо эксилампы выполнены в форме тора, при этом ось тора и направление потока среды взаимно параллельны.2. A device for disinfecting fluids, including a housing, stimulants of the flow of the medium, filters for removing the solid phase, characterized in that at least two excilamps, with radiation maximums at wavelengths from 170 nm to 360 nm, are installed in the necessary sequence , determined by the properties of the processing object, excilamps are made in the form of a cylinder, while the axis of the cylinder and the direction of the medium flow are mutually perpendicular, or excilamps are made in the form of a torus, while the axis of the torus and the direction of the medium flow are mutually parallel. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что колбы эксиламп изготовлены из материала, имеющего коэффициент пропускания при 160 нм не менее 40% на 1 мм толщины материала. 3. The device according to claim 2, characterized in that the excilamp flasks are made of a material having a transmittance at 160 nm of at least 40% per 1 mm of material thickness.

Images