Вплив відносної вологості на якість повітря

Відчуття комфорту виникає в людей у межах значень відносної вологості повітря ? = 40…60% (у сполученні з іншими умовами). Одночасно з цим створю­ються оптимальні умови для здоров’я люди­ни. Стандартна картина (мал. 1) впливу во­логості повітря на ріст вірусів і бактерій, різних грибів і кліщів, створення умов ви­никнення респіраторних та інших захворю­вань людини, наочно ілюструє необхідність підтримки зазначеного діапазону ф. Також добре відомо, що тривале перебування людини в умовах з низькою відносною во­логістю повітря (? < 20%) призводить до негативного впливу на слизові оболонки, зниження імунітету тощо.

Мал. 1. Вплив вологості повітря на ріст патогенної флори і захворювань людини

Ця інформація переконує нас у тому, що тех­нології осушення та зволоження повітря необхідні не тільки за вимогами промислового виробництва (технологічні СКП), але й для підтримки необхідних па­раметрів повітря при вирішенні задачі цілорічного комфортного кондиціонування.

Мал. 2. Декоративний фонтан - середовище існування легіонел

Слід згадати, що впродовж останніх двох десятиліть виникло і до 2004 року переважа­ло насторожене ставлення до процесів зво­ложення (випарного охолодження) повітря взагалі, і оборотною водою зокре­ма, у зв’язку з низкою випадків важ­ких захворювань людей, інфікованих паличкою легіонели через СКП. Оборотна контамінована вода була ідентифікована як можливе джерело виникнення бактерій, небезпечних для здоров’я людини. У зв’язку з цим стали більш жорсткими вимоги щодо чистоти води, використовува­ної для обробки повітря. При цьому означилася тенденція відходу від оборотного циклу і переведення апаратів на режим живлення свіжою проточною водою високої якості.

Захворювання людини, відоме як «хвороба легіонерів» (Legionnaire’s disease, LD), виникає за рахунок бактеріальної інфекції Legionella pneumophila (від грецьк. pneumo-легеня, і philos -любити) і викликає пневмонію у важкій формі. Legionella pneumophila - найбільш не­безпечна бактерія роду І_едіопеІІа (через неї стається 90% випадків захворювань, пов’яза­них з бактеріями цього роду). Рід легіонел нараховує 40 типів бактерій, половина з яких здатна негативно вплинути на здоров’я людини. У США, наприклад, за даними центру контролю захворювань CDC, щорічно від Legionella pneumophila занедужують 10000…40000 осіб (це 5… 15% від усіх випадків пневмоній) з летальним наслідком - 10…19% при спорадичних (пооди­ноких) випадках і від 5 до 30% - при епідемії. Менша нижня межа смертності при спалаху хвороби пояснюється встановленням правиль­ного діагнозу на більш ранній стадії (розпізна­вання легіонельозу досить складний процес). У важких випадках перебігу хвороби, що потребу­ють застосування системи штучного дихання та діалізу, смертність може сягати 67%. Най­частіше захворюють люди, старші 50 років, які палять, з ослабленою імунною системою.

Мал. 3. Схема захоплення амеби паличками легіонел

Бактерії роду Legionella живуть у грунті й у природних водоймах у невеликій кількості.

Мал. 4. Залежність бактеріального росту від температури води

Відкрита водяна система градирень, випарних конденсаторів, бризкальних водоохолоджу-вальних басейнів з оборотною водою високої температури, а також декоративних фонтанів з теплою водою, нагрітою в літній сонячний день (мал. 2), ідеальна для швидкого росту цих бак­терій. З потоком повітря у воду надходить різний органічний матеріал: комахи, листя, тирса тощо. Органіка накопичується у водяних баках апаратів у вигляді біологічної плівки і служить живильним середовищем для найпростіших мікроорганізмів-сапрофітів (напри­клад, амеб), а вони є їжею легіонел (мал. 3).

При потраплянні в людський організм легіонели знищують фагоцити (phagocytic, грецьк. phagos - пожираючий) - клітки, що по­глинають і вбивають патогенні мікроби, тобто легіонели підривають імунну систему людини.

Мал. 5. Структура грамнегативних бактерій

Мал. 6. Схема дихальної системи людини і фотографія поперечного зрізу тканини, ураженої бактеріями легіонели

Ріст бактерій залежно від температури води можна спостерігати відповідно до даних мал. 4. Він істотний у діапазоні 25. ..55 °С (рН = 5…7) з піком при 42 °С.

Легіонела - грамнегативна аеробна па­личкоподібна бактерія (мал. 5). Довжина легіонели - 2…20 мкм, діаметр - 0,3… 0,9 мкм. Тривалість життя - 12 місяців.

Процес зараження людини відбувається аерогенним (повітряно-краплинним і повітряно-пиловим) шляхом (мал. 6, 7). При цьому перехід бактерій із води в повітря можливий тільки з кра­плями певного розміру. Сприятливий розмір (діаметр) крапель - 2… 10² мкм. У цьому випадку вони досить великі, щоб переносити бактерії, і досить малі, щоб залишатися в повітрі у вигляді суспензії. Якщо розмір краплі менше 5 мкм, во­ни досягають альвеол легень людини. Краплі ве­ликого розміру осідають у трахеї (мал. 6).

На фотографії (мал. 6, праворуч), отрима­ної за допомогою електронного мікроскопа, добре видно патологічний процес.

Немає ніяких підтверджень захворювання через ковтання зараженої води або від люди­ни до людини.

Дослідження якості повітря після зволо­ження його в плівковому апараті випарного типу, проведені протягом 8 днів на забруд­неній воді з наявністю в ній контрольованого числа бактерій, не виявили перенесення ба­ктерій у повітряне середовище.

Свою назву «хвороба легіонерів» отрима­ла після зафіксованого в липні 1976 року спа­лаху важкої хвороби, що охопила 221 осіб -учасників з’їзду американського легіону та членів їхніх родин (34 померли) з приводу святкування 200-річчя Дня незалежності США, що проходив у Філадельфії. Пошук джерела розповсюдження інфекції привів до СКП готелю «Бельв’ю Стретфорд», що прий­мав учасників з’їзду.

У 1977 році Мак-Дейд і Шепард зі співавто­рами виділили з легеневої тканини людей, які загинули від цієї хвороби, невідому раніше бак­терію Legionella pneumophilla і довели її етіологічну роль (БМЭ, т. 12, М.: Советская эн-циклопедия, 1980). Ретроспективні досліджен­ня спалахів пневмоній неясної етіології встано­вили, що це захворювання спостерігалося в різних країнах з 1943 року. Навіть у Японії, де культура експлуатації техніки кондиціонування вельми висока, у період 1979-1982 років зафіксовано 38 випадків «хвороби легіонерів». З 1987-го протягом декількох років спо­стерігається епідеміологічна обстановка в Ав­стралії. Відомі випадки захворювання у Вели­кобританії, Іспанії, Голландії та ін. У 2002 році зафіксовані нові спалахи хвороби в Англії (Лон­дон і м. Берроу, що у Східному Йоркширі). При­чому англійські випадки свідчать про заражен­ня людей, які проходили вулицею повз решітки каналів вивідного повітря із забруднених сис­тем кондиціонування повітря. У м. Берроу спо­стерігався краплинний викид із потоком повітря. Вузька пішохідна зона (фото праворуч) сприяла концентруванню бактерій у повітряно­му середовищі.

Мал. 7. Схема зараження людини легіонелами повітряно-краплинним шляхом

Проявилася «хвороба легіонерів» у 2002 році і в Україні. Зафіксовано 12 випадків за­хворювань гірників ум. Марганець Дніпропе­тровської області.

Необхідно відзначити, що бактерія Legionella pneumophilla, крім легеневої форми «хвороби легіонерів», викликає також нелеге-неву форму (менш небезпечну, типу грипу, уражаються верхні дихальні шляхи), відому, як «понтіакська лихоманка» (Pontiac fewer). Ви­падки захворювання:

• 1968 рік, Мічиган (США), джерело - система кондиціонування повітря (ступінь зараження - 95%);
• 1981 рік, Віндзор (Он­таріо, Канада), джерело - си­стема заправлення мастилом на автомобільному заводі Форда, із 317 робітників 46% було інфіковано;
• 1988 рік, Санта-Клара (Каліфорнія, США), джерело - декоративний фонтан рес­торану на відкритому майданчику, занеду­жало 94% відвідувачів;
• у цьому ж (1988) році було відзначене масове зараження людей, які приймали вих­рові ванни на курорті у Шотландії.
• Крім цього відзначені випадки захворю­вання робітників, зайнятих на очищенні па­рових турбін, пересипанні грунту тощо.

Таким чином, легіонельоз періодично проявляється в різних країнах і континентах від Північної Америки до Австралії. В Авст­ралії з 1996 року діє нормативний акт обліку «хвороби легіонерів», що зобов’язує всіх, включно приватних підприємців, повідомля­ти про випадки захворювання людей.

На мал. 8 представлені дані про обсте­ження різних водяних систем і пристроїв на наявність бактерій сімейства Legionella.

Мал. 8. Статистика позитивних проб води на наявність легіонел, включаючи вид Legionella pneumophilla: СТ - сcooling towers (градирні); CWS - cold water systems (системи холодного водопостачання); ЕС - evaporative condensers (випарні конденсатори); FF - first flush (паводкові води); HUM - humidifiers (зволожувачі); HWS - hot water systems (системи гарячого водопостачання); WF - water features (пристрої, що створюють ефект водяного струмка або водоспаду, використовують­ся в офісах і домашніх умовах як елемент інтер‘єру і, деякою мірою, як зволожувач)

Основні місцезнаходження легіонел, за даними агентства EMS, такі: паводкові води, системи гарячого водопостачання й апарати випарного охолодження води - градирні.

Безпечний рівень концентрації легіонел визначений як СL < 100 CFU на 100 мл води (CFU - colony forming unit - осередок, що формує колонії).

Детальне обстеження діючих 1407 гради­рень (не оброблюваних антибактеріальними препаратами) протягом 5 років у Японії (з 1987 по 1992 рік) дали такі результати: легіонели були виявлені у 856 апаратах (60,8%), при цьому розподіл за концент­рацією бактерій: 10 < СL < 100 - 73,9% (219 градирень); 100 < СІ_ < 100000 - 25,6% (63 градирні); СL > 100000 - 0,5% (4 градирні).

Лікарні є найбільш уразливими об’єктами з огляду на можливе зараження пацієнтів легіонелами (велике скупчення людей з ос­лабленим імунітетом). На мал. 10 представ­лений фотоматеріал з госпіталю Alfred (м. Мельбурн, Австралія), у якому в 2001 році через неякісну воду градирень стався спалах «хвороби легіонерів». Градирні були розміщені в безпосередній близькості - на даху будівлі (фото праворуч).

Мал. 9. Фотографії взяття проби води (ліворуч) і робіт з очищення градирні (праворуч)

Мап. 10. Госпіталь Alfred

На мал. 11 показана традиційна схема СКП з оцінкою небез­печної зони можливого аерозольного викиду в повітря бактерій легіонели (у випадку використання градирень).

Мап. 11. Схема центральної системи кондиціонування повітря

На підставі результатів досліджень цієї проблеми Рада дире­кторів А8НЯАЕ прийняла документ, відомий як «Директива два­надцяти», що регламентує правила безпечної експлуатації уста­новок випарного охолодження. Основні положення директиви такі: підтримка і контроль якості води з використанням ан­тимікробних препаратів; обов’язкове встановлення повітряних фільтрів для запобігання потраплянню в систему різних ор­ганічних речовин з потоком повітря; розташування апаратів на відстані від громадських місць з урахуванням «рози вітрів».

Як засіб антимікробного захисту, спрямованого на боротьбу з легіонелами, нині пропонується діоксид хлору СІО₂ (розробка Halox Technologies Corporation). Дослідження тривають…

На завершення можна констатувати, що для розвитку небез­печних для людини бактерій LедіопеІІа pneumophila повинні скластися певні умови (живильне середовище, висока темпера­тура- 25…55 °С). Аерогенний шлях зараження визначає небез­пеку апаратів тільки розпилювального типу, при розмірі крапель 2…10 мкм - градирні, бризкальні басейни, випарні конденсато­ри, форсункові камери СКП.

Зволожувачі плівкові (випарного типу), ультразвукові на п’єзокристалах, пневмоакустичні форсунки, парові апарати не повинні пов’язуватися з проблемою інфекційних захворювань за умови їх санітарної обробки, а також санації всього повітряного тракту СКП на регулярній основі.

У наступній завершальній статті цього циклу будуть розг­лянуті основні енергозберігаючі технології у системах вентиляції та кондиціонування повітря.

О. Г. Липа, к. т. н., доцент,

завідуючий кафедрою кондиціонування повітря ОДАХ, перший віце-президент «АВОК-Україна»