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»