Ультрафиолетовая дезинфекция временно ухудшила воздух в помещении

Финские исследователи обнаружили, что коммерческие ультрафиолетовые излучатели высокой мощности, эффективно обеззараживающие воздух, могут временно повысить в нем концентрацию вредных для здоровья взвешенных частиц и химических соединений. Отчет о работе опубликован в журнале Environmental Science & Technology Letters.

Излучатели коротковолнового ультрафиолета С используются для дезинфекции операционных, процедурных и других помещений медицинских учреждений с середины XX века. Позже были разработаны аналогичные устройства для инактивации бактерий на складах и в офисах, сейчас бактерицидные лампы небольшой мощности можно приобрести и для бытового использования. Интерес к такому виду обеззараживания воздуха и поверхностей значительно возрос во время пандемии ковида.

Ультрафиолетовое излучение бактерицидного спектра (обычно с длиной волны 254 нанометра, в современных эксимерных излучателях — 222 нанометра) вызывает ожоги кожи, аналогичные солнечным, и повреждает сетчатку глаза, а также повышает риск злокачественных новообразований. Из-за этого его используют либо в пустых помещениях, либо в замкнутых объемах, либо на ограниченной площади, где исключено попадание прямых лучей на открытые поверхности тела; испускающие его устройства маркируют предупреждающим знаком. Также мощность и время включения ламп нормируют так, чтобы не превышать допустимые нормы образования озона. При этом озон — не единственный продукт фотолиза молекул воздуха и поверхностей под действием ультрафиолета С, однако уровни образования таких соединений и их потенциальное влияние на качество воздуха в помещениях недостаточно изучены.

Чтобы разобраться в этом вопросе, сотрудники Университета Хельсинки под руководством Микаэля Эна (Mikael Ehn) воспользовались мощной профессиональной установкой SteriPro-UVGI, предназначенной для быстрой дезинфекции обширных помещений (например, операционных). Она оснащена шестнадцатью 95-ваттными и восемью 60-ваттными ртутными лампами (суммарная мощность около двух киловатт), излучающими ультрафиолет с пиковой длиной волны 254 нанометра. Все эксперименты проводили в лаборатории физики аэрозолей площадью около 30 квадратных метров и объемом примерно 110 кубических метров при температуре от 26,6 до 28,6 градусов Цельсия и относительной влажности 15–21 процент. Вентиляция обеспечивала кратность воздухообмена 4,2 в час днем и 2,8 в час ночью. Концентрация атмосферного озона была относительно низкой (2–15 миллиардных долей).

Лабораторию в отсутствие людей облучали сеансами по шесть (рекомендованная продолжительность), 12 и 30 минут. После каждого выжидали не менее 75 минут, прежде чем войти в помещение. Чтобы учесть влияние человеческого газообмена, каждый эксперимент повторяли после присутствия людей в лаборатории и без него. На всем протяжении работы непрерывно мониторировали концентрации примесей в воздухе. Количество, размеры и суммарный химический состав взвешенных частиц регистрировали соответственно конденсационным счетчиком (CPC), сканирующим классификатором мобильности (SMPS) и аэрозольным масс-спектрометром (LToF-AMS). Уровень озона измеряли фотометрическим анализатором (Model 49i), летучих органических соединений и продуктов окисления — масс-спектрометрией химической ионизации (Vocus PTR и NO₃-CIMS).

При включении ультрафиолетового излучателя концентрация в воздухе частиц диаметром около 2,5 нанометра возрастала с медианной скоростью 250 частиц на кубический сантиметр за секунду. В зависимости от времени работы прибора и уровня озона (который на протяжении экспериментов оставался низким и примерно соответствовал фоновому) их концентрация увеличивалась от исходного уровня менее 1000 на кубический сантиметр до 4,5×10⁴—1,6×10⁵ на кубический сантиметр. При прекращении облучения она быстро снижалась под действием вентиляции, осаждения и коагуляции.

Во время работы излучателя концентрация практически всех летучих органических соединений повышалась, хотя исследователи ожидали наблюдать снижение у многих из них из-за фотолиза и реакций с образующимися гидроксильными радикалами. Больше всего росли уровни C₃H₆O (ацетон), C₈H₈O (предположительно фенилацетальдегид) и C₂H₄O₂ (уксусная кислота). Источниками таких веществ служат гипсокартон, краска, виниловый ламинат и линолеум. В присутствии людей значительно повышались концентрации изопрена и ацетона. В целом профиль органических соединений во время облучения напоминал таковой по ночам, когда интенсивность вентиляции уменьшалась. На основании этого авторы работы предположили, что ультрафиолет стимулировал их высвобождение с поверхностей. В пользу этого говорило и отсутствие значимого роста температуры воздуха — энергия излучения, по-видимому, уходила именно на испарение.

Также при облучении существенно повышались концентрации практически всех измеряемых окисленных соединений — преимущественно неорганических кислот (в основном серной), высокооксигенированных органических молекул (до 10 атомов кислорода) и сероорганических веществ. Синтез значимых количеств серной кислоты из диоксида серы и гидроксильных радикалов может отвечать за формирование взвешенных частиц, что согласуется с приведенными наблюдениями. Присутствие сероорганических соединений подтверждал легкий характерный неприятный запах, возникающий после работы прибора.

Таким образом, дезинфекция помещений высокоинтенсивным ультрафиолетовым излучением приводит к значительному повышению концентрации широкого спектра летучих соединений и взвешенных частиц, многие из которых опасны для здоровья. По наблюдениям авторов работы, при экспериментах в вентилируемом помещении требовалось не менее 30–40 минут для достаточной очистки воздуха, что необходимо учитывать при составлении графиков обработки. Речь идет о мощных профессиональных установках; интенсивность излучения у бытовых устройств значительно ниже, но и работают они дольше, причем зачастую в помещениях с людьми. Влияние этого на химический состав воздуха также может оказаться нежелательным, что заслуживает отдельного изучения, пишут исследователи.

В 2019 году американские исследователи сообщили, что, по их данным, комнатные растения бесполезны для повышения качества воздуха в помещении. При этом их соотечественники показали, что золотистый эпипренум может эффективно поглощать летучие канцерогены, если снабдить его кроличьим геном цитохрома P450 2E1. В 2016 году был создан интерактивный анимированный 3D-глобус AirVisual Earth, который показывает уровни загрязнения воздуха в мире в реальном времени.