Ультрафиолетовая стерилизационная коробка для повторного использования одноразовых масокВ последнее время возник большой интерес к использованию ультрафиолетового излучения в качестве потенциального способа стерилизации защитного оборудования для повторного использования, например, такого как дорогостоящие маски типа «N95».

В этой статье я бы хотел описать сборку коробки для обеззараживания предметов ультрафиолетовым излучением и немного проанализировать методы ультрафиолетовой стерилизации.

Минутка заботы от НЛО

В мире официально объявлена пандемия COVID-19 — потенциально тяжёлой острой респираторной инфекции, вызываемой коронавирусом SARS-CoV-2 (2019-nCoV). На Хабре много информации по этой теме — всегда помните о том, что она может быть как достоверной/полезной, так и наоборот.

Мы призываем вас критично относиться к любой публикуемой информации

Официальные источники
Если вы проживаете не в России, обратитесь к аналогичным сайтам вашей страны.
Мойте руки, берегите близких, по возможности оставайтесь дома и работайте удалённо.

Читать публикации про: коронавирус | удалённую работу

Описание предмета статьи

Nuke Box – это коробка, созданная для стерилизации поверхностей предметов, помещенных в эту коробку. Прежде всего я имею ввиду медицинские маски, которых, похоже, не хватает везде. И хотя восстановленные маски не идеальны, но когда приходится выбирать между этим и отсутствием защиты вообще, то лучше иметь хоть что-то, чем ничего.

Stanford Medicine только что выпустила исследование методов стерилизации сухим горячим воздухом, паром и УФ-стерилизацией и как они влияют на производительность масок N95 простерилизованных такими методами.

Теория УФ-стерилизации

Обеззараживание ультрафиолетовым излучением — это способ повредить ДНК-патогенных микроорганизмов так, чтобы они потеряли способность к размножению и, следовательно, сделать их стерильными.

Вирусы особенно чувствительны к этому, потому что у них нет клеточных стенок или клеточной мембраны. Используя фотоны высокой энергии в диапазоне короткого ультрафиолета, можно повредить ДНК патогенных микроорганизмов.

Ультрафиолетовое излучение принято разделять на три диапазона длин волн.

Длинноволновое ультрафиолетовое излучение (UV-A) с длинной волны 315–400 нм многим знакомо по черным лампам на дискотеках, излучение которых делает сияющими в полумраке танцпола белые футболки, шнурки, браслеты, глаза и даже улыбки танцующих. Эти же лампы можно встретить в детекторах банкнот.

Средний ультрафиолет (UV-B c длиной волны 280–315 нм) — это то, что дает вам солнечный ожог и, в перспективе, рак кожи.

И наконец коротковолновый ультрафиолет (UV-C c длиной волны 100–280 нм) является бактерицидным и полностью поглощается озоновым слоем в нашей атмосфере, что также означает, что это излучение не встречается в окружающей нас природе. Мы можем получить этот ультрафиолет искусственным способом используя специальные лампы, содержащие ртуть, и современные светодиоды UV-C.

Держите эту информацию в голове, когда работаете с ультрафиолетовым излучением. Важно использовать средства защиты и прикрывать свое тело, глаза и любые открытые раны от ультрафиолетового излучения, поскольку оно может повредить ДНК в клетках человека (т.е. стать причиной рака).

Способность повреждать болезнетворные микроорганизмы не зависит от интенсивности УФ-лампы, а зависит от полученной ими дозы. Это накопительный эффект, очень похожий на радиацию, поэтому если вы достаточно долго облучаете поверхность, то можно сделать ее стерильной. Это также означает, что вы можете управлять скоростью стерилизации оборудования, поскольку увеличение интенсивности излучения увеличит мощность дозы, полученную патогенными микроорганизмами.

Доза измеряется в мкВт*с/см² (микроватт секунда на квадратный сантиметр) или иногда используется мкДж /см² (микроджоуль на квадратный сантиметр). Хотя необычные единицы измерения пугают, но формула для расчета дозы довольно проста:

Доза = (Интенсивность излучения в этой конкретной точке) х (время воздействия излучения)

Например, в моём случае я использую бактерицидную лампу мощностью 10 Вт с номинальной мощностью 2,7 Вт спектре УФ-излучения с длинной волны 254 нм. Это излучение в точке на расстоянии 7 см от лампы теоретически дает интенсивность в 1364 мкВт/см². Вычисления будут чуть позже.

Источник

Обеззараживание ультрафиолетовым излучением достаточно простое в использовании. Вы берете коротковолновую ультрафиолетовую лампу и светите ею на поверхность, которую хотите обеззаразить.

На практике расчет интенсивности излучения в конкретной точке зависит от формы используемого источника излучения. Если мы сделаем некоторые очевидные допущения, расчет интенсивности может быть довольно простым. Допустим, что:

1. Излучаемая источником света мощность равномерна по всей его поверхности.
2. Расстояние ( r ) до точки, в которой рассчитывается интенсивность, очень мало по сравнению с длиной (L) источника излучения (при этом r << L).

Используя такие допущения, мы можем вычислить теоретическую интенсивность распределенную на цилиндрической поверхности на расстоянии r от ультрафиолетовой лампы.

Интенсивность = Общая мощность ультрафиолетового источника излучения) / (Площадь поверхности цилиндра)

Т.е.
Интенсивность = P / (2 * PI * r * L), где
P — излучаемая лампой мощность, L – длина лампы, r – расстояние до точки, где мы хотим измерить интенсивность.

Я попытался сделать красивый компьютерный чертеж, чтобы проиллюстрировать это, но разочаровался и вместо этого нарисовал его вручную как-то так:

Таким образом при условии идеальных условий, при использовании лампы длинною в 45 см, и которая излучает в ультрафиолете мощность 2,7 Вт, интенсивность составит 1364 мкВт/см² в точке на расстоянии 7 см от лампы. Это фактические значения для данной конструкции. Далее мы можем использовать полученное значение интенсивности и рассчитать время, теоретически необходимое для стерилизации поверхности от конкретного вируса.

Возможно, вы заметили, что я упомянул, что, хотя я использую лампу мощностью 10 Вт, но ее мощность в коротком ультрафиолете составляет всего 2,7 Вт. Это одна из ключевых характеристик ламп, поскольку остальная мощность излучается в других спектральных диапазонах электромагнитного излучения — красивый синий свет, который мы можем видеть, и в виде тепла.

Конечно, наши допущения очень идеальны, и мы имеем дело с реальной системой. На концах лампы будут наблюдаться побочные эффекты, мощность излучения может быть распределена неравномерно, лампам потребуется время на прогрев и т. д. Следовательно, мы можем взять нашу идеальную модель стерилизатора и спроектировать её с таким запасом, чтобы наверняка чувствовать себя безопасно. Вот почему для нейтрализации SARS-CoV-2 требуется 3,67 секунды теоретически в идеальных условиях, а в практических медицинских исследованиях называются цифры от 300 секунд (5 минут) до 1800 секунд (30 минут). Любые ошибки будут трагичными, поэтому все исследователи очень осторожны в оценках необходимого времени стерилизации.

Прежде чем мы приступим к сборке Nuke Box, сделаем два заявления о:

• Сотрудничестве: было бы здорово поработать с лабораторией, которая может помочь экспериментально определить результат работы этой конструкции, особенно для Covid-19. Если вы можете помочь нам проверить полученные показатели стерилизации, особенно для коронавируса Covid-19, сообщите нам об этом. Мы хотели бы сотрудничать, чтобы подтвердить работоспособность этой конструкции, а также внести в неё улучшения.
• Ответственности: этот дизайн подпадает под действие закона доброго самаритянина (https://definitions.uslegal.com/g/good-samaritans/). Мы не можем взять на себя ответственность, если что-то пойдет не так с этой конструкцией. Это странные времена, и мы стараемся как можно быстрее освоить новые знания.

Сборка Nuke Box

Ниже будет пошагово описано как я построю стерилизационную коробку, в которой маски будут расположены на расстоянии не более 7 см от верхнего и нижнего источников ультрафиолетового излучения.

Прежде всего — это БЕЗОПАСНОСТЬ! Пожалуйста, закройте плотной одеждой открытые участки кожи вашего тела, любые имеющиеся повреждения вашей кожи и наденьте защитные очки от ультрафиолета. Также старайтесь не проводить слишком много времени в непосредственной близости от источников излучения, пока они включены.

В данной инструкции я буду использовать заводские ультрафиолетовые светильники (электронные пуско-регулирующие аппараты для розжига бактерицидных ламп могут отличаться большим током от светильников для стандартных ламп). Светильники могут быть легко приобретены и поставляются с необходимыми компонентами (балласт, стартер, размер лампы T8) и проводами. Я также буду использовать ультрафиолетовые бактерицидные лампы. В произведенных в Японии лампах это будет серия GL (в данном случае Toshiba GL-10), которая обозначает бактерицидную лампу и производится Panasonic, NEC и Toshiba. Они поставляются в номинальной мощности от 10 Вт до 40 Вт и в разных размерах. В США это будет серия TUV (Tubular UltraViolet) от Philips Lighting.

Это специальные ртутные люминесцентные лампы низкого давления. Подогреваемый катод за счёт термоэлектронной эмиссии электронов ионизирует атомы ртути, заставляя их испускать свет с различными частотами, одна из которых имеет длину 254 нм. Это очень близко к пику поглощения ДНК на длине волны 260 нм и энергии фотонов, которые сталкиваются с ДНК, повреждая ее и лишают болезнетворные микроорганизмы возможности размножаться.

Лампы также выделяют некоторое количество видимого света и тепла. Вот что придает им прохладное, кибер-панковское свечение…

Сборка стерилизационной коробки на самом деле будет довольно простой. Я возьму два сплошных пластиковых ящика и положу их друг на друга. Также я закреплю внутри проволочный корд и буду использовать канцелярские зажимы для бумаг из пружинной стали для фиксации масок на шнуре.

Я начинаю работу со сверления отверстий в одном из двух пластиковых ящиков с интервалом, который соответствует ширине маски N95, и которая составляет около 15 см.

Далее следует установить люминесцентные светильники внутри пластиковых ящиков. Я решил просверлить отверстие и отрезать кабель, чтобы я мог установить светильники внутри и оставить их выключатель снаружи. Я делал это в основном для собственного удобства и потому, что умею работать с электричеством и пайкой. По правде говоря, вам не нужно выполнять эту часть инструкции, и вы можете просто оставить кабели нетронутыми и вытащить их наружу через стык ящиков, чтобы вам не пришлось делать какие-либо обрезки или пайки проводов.

Я просверлил несколько отверстий в пластиковых ящиках и зафиксировал на месте флуоресцентные лампы гайками и болтами.

Затем протяните корд через просверленные отверстия, чтобы сделать своеобразные бельевые веревки для крепления внутри коробки стерилизуемых масок. Я сделал двойную бельевую веревку, потому что важно, чтобы маска была ориентирована так, чтобы лампы светили на неё сверху и снизу.

Второй светильник я прикрепил ко дну второго пластикового ящика. Здесь нет необходимости монтировать корд.

Теперь мы можем соединить два ящика, добавьте кухонный таймер и мы получили Nuke Box.

Я надеюсь, что это полезная инструкция. Я лично заинтересован в стерилизации масок для повторного использования. Мать и сестра моей жены — медсестры, работающие в больницах и клиниках в Мельбурне и Лондоне. В клинике моей свекрови нет достаточного количества масок, и, вероятно, то же самое происходит в Великобритании. Я надеюсь, что, если им в конечном итоге придется использовать повторно свои маски, то есть способ сделать это безопасным для них и их пациентов.

Улучшения

Вот некоторые из улучшений, которые я бы сделал:

Большей мощности лампы: это всего лишь прототип. Если бы мы хотели массово стерилизовать маски, мы бы использовали лампы мощностью 40 Вт. Стерилизатор сможет размещать больше масок и стерилизовать их быстрее.

Больше мощности излучения: мы также можем разместить несколько источников излучения сверху и снизу. Установив два источника излучения и один ряд масок, можно удвоить интенсивность облучения каждой маски. Это сократит время стерилизации вдвое.

Большая коробка: Я бы также попытался разместить как можно больше масок, не затеняя друг друга. Вот примерная схема с двумя рядами масок. Если что-то подобное будет применяться для массовой стерилизации, вам необходимо оптимизировать время и количество масок, которые можно стерилизовать в каждом цикле. Вот грубый пример того, как я тестировал вставку двух рядов масок в прототип Nuke Box. Вы можете поместить 6 масок в этот прототип.

Если вы сделали стерилизатор с полноразмерной люминесцентной лампой мощностью 40 Вт с несколькими лампами сверху и снизу, то вы могли обработать намного больше масок при каждом запуске цикла стерилизации.

---

Комментарий к статье от себя: я два года назад приобрел на Aliexpress такую УФ лампу

Она аналогична применяемым в этой конструкции, но в комплекте есть удобный таймер на 5,15,30, 60 минут с отложенным запуском. И светильник имеет возможность последовательно нарастить цепочку из нескольких таких ламп.

Также рекомендую недавнюю статью на Хабре Коронавирус 2019-nCoV. FAQ по защите органов дыхания и дезинфекции.

Примечательно, что для всех четырех протестированных классов вирусов для 99% инактивации потребовалась в 2 раза большая доза ультрафиолета, чем нужна была для достижения 90% инактивации. Кроме того установили, что воздушно-капельные вирусы с одноцепочечной нуклеиновой кислотой (РНК и ДНК) были более восприимчивы к инактивации ультрафиолетом, чем с двухцепочечными РНК и ДНК. Для всех протестированных вирусов при одинаковой степени инактивации доза ультрафиолета при относительной влажности 85% была выше, чем при относительной влажности 55%. Возможно это связано с тем, что сорбция воды на поверхности вируса обеспечивает защиту от вызываемого ультрафиолетом повреждения ДНК или РНК. Таким образом, данная статья — исчерпывающее руководство по подбору мощности домашнего ультрафиолета.

7.a.	Чтобы обнаружить поврежденные эндоскопы, проверьте каждый гибкий эндоскоп на утечки в рамках каждого цикла переработки. Извлеките из клинического использования любой инструмент, не прошедший проверку на герметичность, и отремонтируйте этот инструмент	II
7.б.	Сразу после использования тщательно очистите эндоскоп ферментативным очистителем, совместимым с эндоскопом.Очистка необходима перед автоматической и ручной дезинфекцией.	IA
7.c.	Отсоедините и разберите эндоскопические компоненты (например, всасывающие клапаны) настолько полно, насколько это возможно, и полностью погрузите все компоненты в ферментный очиститель. Стерилизуйте эти компоненты паром, если они термостабильны.	IB
7.d.	Промойте и почистите все доступные каналы, чтобы удалить все органические вещества (например, кровь, ткани) и другие остатки.Очистите внешние поверхности и принадлежности устройств с помощью мягкой ткани, губки или щеток. Продолжайте чистить, пока на щетке не появится мусор.	IA
7.е.	Используйте чистящие щетки, соответствующие размеру канала или порта эндоскопа (например, щетинки должны контактировать с поверхностями). Чистящие средства (например, щетки, ткань) должны быть одноразовыми или, если они не одноразовыми, их следует тщательно чистить и дезинфицировать или стерилизовать с высоким уровнем после каждого использования.	II
7.f.	Отбрасывайте ферментные чистящие средства (или моющие средства) после каждого использования, поскольку они не обладают бактерицидным действием и, следовательно, не замедляют рост микроорганизмов.	IB
7.г.	Технологические эндоскопы (например, артроскопы, цистоскопы, лапароскопы), которые проходят через обычно стерильные ткани с использованием процедуры стерилизации перед каждым использованием; если это невозможно, обеспечьте дезинфекцию хотя бы на высоком уровне. Дезинфекция артроскопов, лапароскопов и цистоскопов высокого уровня должна сопровождаться стерильным промыванием водой.	IB
7.ч.	Исключить эндоскопы, которые являются критически важными предметами (например, артроскопы, лапароскопы), но которые нельзя стерилизовать паром. Замените эти эндоскопы стерилизуемыми паром инструментами, если это возможно.	II
7.i.	Механически чистые многоразовые принадлежности, вставленные в эндоскопы (например, щипцы для биопсии или другие режущие инструменты), которые разрушают барьер слизистой оболочки (например, щипцы для ультразвуковой чистки биопсии), а затем стерилизуют эти предметы между каждым пациентом.	IA
7.j.	Используйте ультразвуковую чистку многоразовых эндоскопических принадлежностей для удаления загрязнений и органических веществ из труднодоступных мест.	II
7.k.	Обрабатывать эндоскопы и принадлежности, которые соприкасаются со слизистыми оболочками как полукритические элементы, и применять дезинфекцию по крайней мере высокого уровня после использования на каждом пациенте.	IA
7.л.	Используйте FDA-очищенный стерилизующий агент или дезинфицирующее средство высокого уровня для стерилизации или дезинфекции высокого уровня (Таблица 1).	IA
7.м.	После очистки используйте составы, содержащие глутаральдегид, глутаральдегид с фенолом / фенатом, орто-фталевый альдегид, перекись водорода, а также перекись водорода и перуксусную кислоту для достижения высокого уровня дезинфекции с последующим ополаскиванием и сушкой (см. Рекомендуемые концентрации в таблице 1).	IB
7.н.	Увеличьте время воздействия сверх минимального эффективного времени для дезинфекции полукритического оборудования для ухода за пациентами осторожно и консервативно, поскольку длительное воздействие дезинфицирующего средства высокого уровня с большей вероятностью повредит чувствительные и сложные инструменты, такие как гибкие эндоскопы.Время воздействия варьируется среди дезинфицирующих средств высокого уровня, очищенных Управлением по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) (Таблица 2).	IB
7.о.	Федеральные правила должны соответствовать требованиям FDA-cleared label для дезинфицирующих средств высокого уровня. FDA-очищенные этикетки для дезинфекции высокого уровня с> 2% глутаровым альдегидом при температуре 25ºC варьируются от 20 до 90 минут, в зависимости от продукта, основанного на трехуровневом тестировании, включающем спорицидные тесты AOAC, имитируемое тестирование с использованием микобактерий и тестирование в процессе эксплуатации.	IC
7.p.	Несколько научных исследований и профессиональных организаций поддерживают эффективность> 2% глутаральдегида в течение 20 минут при 20ºC; эта эффективность предполагает адекватную очистку перед дезинфекцией, в то время как в утвержденной FDA заявке на этикетке содержится дополнительный запас безопасности, чтобы учесть возможные ошибки в методах очистки. Учреждения, которые решили применить 20-минутную продолжительность при 20ºC, сделали это на основе рекомендации IA в позиционном документе SHEA от июля 2003 года, «Руководство для различных обществ по переработке гибких желудочно-кишечных эндоскопов» Гибкая эндоскопическая обработка эндоскопов [июнь 2011]
7.кв.	При использовании дезинфицирующих средств высокого уровня, очищенных FDA, используйте рекомендованные производителем условия воздействия. Некоторым продуктам может потребоваться более короткое время воздействия (например, 0,55% орто-фталевого альдегида в течение 12 минут при 20ºC, 7,35% пероксида водорода и 0,23% перуксусной кислоты в течение 15 минут при 20ºC), чем у глутаральдегида при комнатной температуре из-за их быстрой инактивации микобактерий или уменьшенное время воздействия из-за повышенной микобактерицидной активности при повышенной температуре (например, 2,5% глутаральдегида при 5 минутах при 35ºC).	IB
7.р.	Выберите дезинфицирующее или химическое стерилизующее средство, совместимое с устройством, которое подвергается повторной обработке. Избегайте использования химикатов для повторной обработки на эндоскопе, если производитель эндоскопа предостерегает от использования этих химикатов из-за функционального повреждения (с косметическим повреждением или без него).	IB
7.с.	Полностью погрузите эндоскоп в дезинфицирующее средство высокого уровня и убедитесь, что все каналы перфузированы.Как только это станет возможным, прекратите использование неиммерзирующих эндоскопов.	IB
7.т.	После дезинфекции высокого уровня промойте эндоскопы и промойте каналы стерильной водой, фильтрованной водой или водопроводной водой, чтобы предотвратить неблагоприятное воздействие на пациентов, связанных с дезинфицирующим средством, которое остается в эндоскопе (например, вызванный дезинфицирующим средством колит). После этого промыть водой с 70% — 90% этилового или изопропилового спирта.	IB
7.и.	После промывки всех каналов спиртом, продуйте каналы с помощью нагнетаемого воздуха, чтобы уменьшить вероятность загрязнения эндоскопа водными болезнетворными микроорганизмами и облегчить сушку.	IB
7.v.	Повесьте эндоскопы в вертикальном положении для облегчения сушки.	II
7.w.	Храните эндоскопы таким образом, чтобы защитить их от повреждений или загрязнения.	II
7.Икс.	Стерилизуйте или дезинфицируйте с высоким уровнем как бутылку с водой, используемой для подачи раствора для промывки внутрипроцедурного, так и ее соединительную трубку, по крайней мере, один раз в день После стерилизации или дезинфекции воды на высоком уровне наполните ее стерильной водой.	IB
7.й.	Вести журнал для каждой процедуры и записать следующее: имя пациента и номер медицинской карты (если имеется), процедура, дата, эндоскопист, система, используемая для повторной обработки эндоскопа (если в зоне обработки может использоваться более одной системы), и серийный номер или другой идентификатор используемого эндоскопа.	II

Методы дезинфекции | IntechOpen

Abstract

Вода должна быть безопасной для питья, и важным шагом в обеспечении ее безопасности является дезинфекция. Дезинфицирующие средства добавляются в воду для уничтожения болезнетворных микроорганизмов. Источники грунтовых вод могут быть продезинфицированы «Правилом очистки воды», которое требует общественных систем водоснабжения для дезинфекции. Хлорирование, озон, ультрафиолетовое излучение и хлорамины являются основными методами дезинфекции. Однако также можно использовать перманганат калия, фотокаталитическую дезинфекцию, нанофильтрацию и диоксид хлора.Органический материал естественно присутствует в воде. Определенные формы хлора могут вступать в реакцию с этими органическими материалами и приводить к образованию вредных побочных продуктов; Агентство по охране окружающей среды США прогнозировало максимальные уровни этих загрязнителей.

1. Введение

Уничтожение, удаление или дезактивацию вредных микроорганизмов можно назвать дезинфекцией. Уничтожение или дезактивация патогенных микроорганизмов приводит к остановке их размножения и роста.Люди могут заболеть, употребляя загрязненную воду, содержащую патогенные микроорганизмы. Дезинфекция и стерилизация являются взаимосвязанными процессами, но стерилизация убивает все вредные и безвредные микроорганизмы. Следовательно, дезинфекция является более подходящим процессом.

2. Методы дезинфекции

2.1. Газообразный хлор

Хлор — зеленовато-желтый газ. При обеспечении высокого давления газ становится жидким. Это токсично. Газообразный хлор в основном используется в качестве дезинфицирующего средства для воды.Введение хлора в воду играет очень эффективную роль для удаления почти всех патогенных микроорганизмов. Может использоваться как в качестве основного, так и вторичного дезинфицирующего средства. Газ не применяется для использования в бытовой системе, так как он очень опасен. Он смертелен при концентрациях всего 0,1% воздуха по объему [1].

2.1.1. Преимущества

• Хлорирование является более дешевым источником, чем методы обеззараживания ультрафиолетом или озоном, используемые для очистки воды.

• Очень эффективен против широкого спектра патогенных микроорганизмов.

• Дозировки легко контролируются, поскольку они гибкие.

• Остатки хлора, оставшиеся в сточных водах, могут продлить процесс дезинфекции даже после первоначальной очистки. Они могут в дальнейшем использоваться для оценки эффективности [2].

2.1.2. Ограничения

Несмотря на то, что газообразный хлор используется в крупных очистных сооружениях и сетях для распределения воды в качестве наилучшего метода очистки воды, он все же имеет различные ограничения.Эти ограничения могут повлиять на применимость к системе лечения (POU). Возражения против хлорирования возникают из-за эстетических, материально-технических и медицинских проблем.

Что касается эстетического уровня, хлорирование может быть отклонено, так как это придает воде неприятные вкусы и запахи. Развитые страны могут рассказать своим людям о хороших последствиях хлорирования; однако менее развитые страны не имеют такой возможности.

Ограничения использования газообразного хлора в бытовом контексте могут включать распределение, заготовку / производство, дозирование хлора и точное обращение.Опасности для здоровья, вызываемые хлором, не ограничиваются только его летучей природой. Большую обеспокоенность могут вызывать побочные продукты и не полностью окисленные соединения, присутствующие в хлорированной воде, что повышает ее токсичность. Наиболее известными побочными продуктами хлорирования являются хлорорганика и тригалогенметан (ТГМ). Гуминовые и фульвокислоты присутствуют в воде. Когда хлор вступает в реакцию с этими кислотами, образуется тригалогенметан. Во многих исследованиях было установлено, что некоторые из этих хлорорганических соединений являются мутагенами, токсинами или канцерогенами.Хорошо известный THM хлороформ является канцерогеном для животных. USEPA (Агентство по охране окружающей среды США) определило некоторые руководящие принципы, согласно которым содержание ТГМ не должно превышать 0,10 мг / л. Высокие концентрации THMs приведут к осложнениям здоровья [1].

2.1.3. Процесс

Хлор легко сочетается со всеми водными компонентами, то есть с химическими веществами, мелкими животными, микроорганизмами, растительным материалом, запахами, цветами и вкусами. Достаточное количество хлора необходимо для удовлетворения потребности хлора в воде и обеспечения остаточной дезинфекции.

Остаточный (свободный) хлор называется тем, который не соединяется с другими компонентами воды. Точка, в которой свободный хлор доступен для непрерывной дезинфекции, называется точкой останова. Система, в которой свободный хлор подается в концентрации 0,3–0,5 мг / л, является идеальной системой. Простые тест-наборы, чаще всего колориметрические тест-наборы DPD (N, N-диэтил-п-фенилендиамин), доступны для тестирования точки останова и остаточного хлора в частных системах. Набор должен проверять количество свободного хлора, а не общего хлора [3].

2.1.4. Оборудование

Состоит из контейнеров весом 908 кг (2000 фунтов) или 68 кг (150 фунтов), весов, хлоратора, инжекторов, модулей переключения, вакуумных линий, бустерных насосов, линий раствора, диффузоров и расходомера. Требования безопасности: пассивная вентиляция, механическая вентиляция, сигнализация и устройства, душевые кабины, паника для дверей и промывка глаз. Отдельная герметичная комната для оборудования для хлорирования является обязательной. Для процесса дезинфекции доступно 100% газообразного хлора [4].

2.1.5. Химикаты

Хлор можно использовать в виде жидкости или газа. Это очень сильный окислитель. Обе формы (жидкость и газ) могут храниться и использоваться из газовых баллонов под давлением. Баллоны с хлором могут составлять 150 фунтов. Небольшие системы питьевой воды обычно используют баллоны по 150 фунтов.

Ионы хлорноватистой и гипохлоритной кислот образуются при смешивании хлора с водой. Хлорноватистый ион является лучшим дезинфицирующим средством, которое образуется в больших концентрациях при низких концентрациях рН.Гипохлорит и хлорноватистые ионы будут присутствовать в равных концентрациях при pH 7,3. При рН выше 8,3 преобладает гипохлорит-ион, который не является лучшим дезинфицирующим средством. Таким образом, лучшая дезинфекция достигается при низком pH. Чтобы избежать образования тригалометанов и галогенуксусных кислот, после обработки следует применять хлорирование [5] (рис. 1).

Рисунок 1.

Хлорирование газовым методом.

2.2. Хлорирование (раствор гипохлорита натрия)

Гипохлорит натрия используется в качестве отбеливателя, главным образом для отбеливания бумаги или текстиля, а также в качестве дезинфицирующего средства в растворе.Раствор обычно содержит 10–15% доступного хлора, но быстро теряет силу при хранении. Необходима регулярная контролируемая среда, поскольку на раствор сильно влияют pH, свет, тепло и тяжелые металлы [6].

2.2.1. Преимущества

• Гипохлорит натрия также можно использовать в качестве дезинфицирующего средства.

• Гипохлорит натрия и газообразный хлор имеют одинаковую эффективность дезинфекции.

• По сравнению с газообразным хлором дезинфекция гипохлоритом натрия снижает риски при хранении и обращении.

• При производстве на месте не используются опасные химические вещества. Используется только смягченная вода и соль высокого качества (NaCl).

• По сравнению со стандартным поставляемым раствором (концентрация 14%) растворы гипохлорида натрия (NaOCl) менее опасны (концентрация 1%) и менее концентрированы при производстве на месте [7]

2.2.2. Ограничения

NaOCl могут поставляться на коммерческой основе или генерироваться на месте, причем последний является более безопасным из двух способов обработки.При генерировании на месте соль растворяют в умягченной воде с образованием концентрированного солевого раствора, который затем разбавляют и пропускают через электролизер для образования гипохлорита натрия. Водород также образуется во время электролиза, и его необходимо выпускать из-за его взрывной природы [7].

2.2.3. Процесс

Эти дозирующие системы в основном просты, но может возникнуть проблема с дизайном. Конструкция может влиять на контроль выделения газа из объемного гипохлорита в дозирующих насосах, а также в трубопроводе и образовании накипи.Газификация (в основном производит кислород) может привести к образованию паровых или газовых пузырьков, особенно если гипохлорит натрия находится ниже атмосферного давления, что приводит к газовой блокировке линии всасывания в диафрагме. Поэтому насосы должны быть снабжены затопленным отсосом. Резервуары должны быть должным образом выпущены из всех структур в атмосферу.

В наиболее распространенных дозирующих системах используются мембранные дозирующие насосы. Действие насоса может привести к развитию вакуума. Вакуум вызывает испарение растворенных газов в гипохлорите натрия, в результате чего насос теряет свою первичную массу и снижает дозу применяемого хлора.

Следовательно, для предотвращения газификации дозирующие устройства должны иметь положительный напор на всасывании насоса (впуск насоса всегда ниже минимального уровня жидкости в баке). Кроме того, следует избегать конфигураций системы трубопроводов, которые будут удерживать NaOCl натрия между двумя закрытыми запорными клапанами или обратными клапанами.

Калибровочный цилиндр, демпфер пульсаций, предохранительный клапан и загрузочный клапан являются основными компонентами системы дозирования. Автоматические клапаны для автоматической дегазации также поставляются некоторыми поставщиками дозирующих насосов.NaOCl дозируется либо через распределительную штангу, погруженную в открытый канал, либо через впрыскивающий фитинг (трубки под давлением). Демпфер пульсации и дозирующий насос должны быть расположены близко друг к другу. Амортизация пульсации также помогает в улучшении рассеивания. Загрузочный клапан также должен быть предусмотрен в системах, где обратное давление на стороне нагнетания насоса недостаточно (<0,7–1,0 бар), пока клапан всасывания не будет установлен на стороне всасывания.

Для защиты диафрагмы от разрыва, PRV (предохранительный клапан) также должен быть предусмотрен на стороне нагнетания насоса.Работа PRV должна быть обнаружена и предупреждена: например, выход клапана может быть направлен на небольшой «уловитель», оборудованный поплавковым выключателем. Все отключенные системы или насосы должны содержать методы для снятия любого повышения давления.

Поскольку гидроксид натрия (NaOH) используется в его производстве, pH NaOCl является высоким. При использовании жестких вод (или вод с присутствием CO ₂ ) требуется особая осторожность, поскольку сильнощелочный продукт может привести к снижению расхода, уменьшению диаметра трубы, снижению производительности насоса и образованию накипи в точках дозирования [8].

2.2.4. Оборудование

Раствор NaOCl представляет собой коррозийную жидкость с высоким pH, т. Е. 12. Поэтому следует применять общие меры предосторожности при работе с коррозийными материалами, например избегать контакта с металлом, в том числе с нержавеющей сталью. Эти решения могут содержать хлорат. Из-за деградации продукта хлорат может образовываться в процессе производства и хранения гипохлорита натрия. Образование хлората и деградация NaOCl напрямую связаны друг с другом.Уменьшая разложение NaOCl, образование хлората можно свести к минимуму, избегая высоких температур, уменьшая воздействие света и ограничивая время хранения. Для резервуаров-хранилищ NaOCl должна быть предусмотрена защита от разливов. Типичные структуры локализации разливов включают в себя отсутствие неконтролируемых сливов с пола, защитную оболочку для всего содержимого самого большого резервуара (вместе с надводным бортом для дождевых / пожарных разбрызгивателей) и отдельные зоны локализации для каждого несовместимого химического вещества [9].

2.2.5. Химические вещества

Раствор NaOCl (или жидкий отбеливатель) представляет собой раствор с концентрацией хлора 5–15%. Используется в качестве отбеливающего и моющего средства. Он также широко используется в качестве дезинфицирующего средства для воды, но это может быть не самым экономичным решением, поскольку он дороже, чем газ. Будучи жидким, с ним можно легко обращаться, чем с газом или гипохлоритом кальция, но это ограничено из-за его недостаточной стабильности и коррозионной природы. Это может быть произведено легко. Непрерывная подача соли и электроэнергии необходима для выработки жидкого отбеливателя на месте.Жидкий отбеливатель имеет лучшее применение POU из-за его доступности и относительной управляемости [1] (Рисунок 2).

Рисунок 2.

Хлорирование жидким хлором.

2.3. Хлорирование (твердый гипохлорит кальция)

Ca (OCl) ₂ (гипохлорит кальция) является важным твердым веществом, которое можно использовать вместо NaOCl (жидкого). Как дезинфицирующее средство, оно имеет сходство с NaOCl, но с ним гораздо безопаснее обращаться. Почти 70% хлора доступно в коммерческих марках Ca (OCl) ₂ .Он применяется как в сточных водах, так и в питьевой воде [7].

2.3.1. Преимущества

• Ca (OCl) ₂ , будучи твердым, безопаснее, чем газообразный хлор и NaOCl.

• Он даже обладает превосходной стабильностью при хранении в сухом месте, хорошо сохраняя свою эффективность с течением времени [7].

2.3.2. Ограничение

Загрязнение или ненадлежащее использование Ca (OCl) ₂ может привести к взрыву, пожару или выделению газов (токсичных газов).Нельзя допускать контакта гипохлорита кальция с какими-либо посторонними веществами (включая другие продукты для очистки воды). Если Ca (OCl) ₂ подвергается воздействию даже очень небольшого количества воды, он может бурно реагировать с образованием токсичных газов, тепла и брызг. Продукт следует добавлять в воду вместо добавления воды в продукт. Воздействие тепла может привести к быстрому разложению Ca (OCl) ₂, что может привести к взрыву, интенсивному пожару и выделению токсичных газов. Для хранения продукта необходима сухая, прохладная, хорошо проветриваемая область.Ca (OCl) ₂ используется в качестве сильного окислителя. Увеличивает интенсивность огня. Ca (OCl) ₂ должен быть защищен от тепла, то есть от пламени, тепла и любых горящих материалов [7].

2.3.3. Процесс

Хлоратор гипохлорита кальция содержит цилиндрический резервуар из поливинилхлорида (ПВХ) высотой 0,6–1,2 м и диаметром 230–610 мм. Присутствует ситчатая пластина, содержащая отверстия, которые поддерживают таблетки Ca (OCl) диаметром 80 мм ₂ . Системы таблетирования хлоратора обычно могут обеспечить от 1 до 295 кг хлора в день.Внизу боковой поток подается в хлоратор. Поток возникает из отверстий в ситчатой ​​пластине, что приводит к разрушению последнего слоя таблеток. Количество воды, поступающей в хлоратор, пропорционально скорости разрушения таблеток. Скорость дозирования хлора можно рассчитать, контролируя поток воды через хлоратор. Для удовлетворения эксплуатационных требований стоки хлоратора возвращаются в основной поток, обеспечивая требуемый уровень доступного хлора.

Изменение дозы и времени контакта может быть сделано для расчета необходимой дезинфекции. На дозировку хлора влияют различные факторы, то есть характеристики сточных вод, потребность в хлоре и требования к сбросу. Преимущественно доза колеблется от 5 до 20 мг / л. Различные факторы определяют оптимальную дезинфекцию, которая может включать температуру, щелочность и содержание азота. PH сточных вод может повлиять на распределение хлора между хлорноватистой кислотой и гипохлоритом.Более низкий уровень pH благоприятствует образованию хлорноватистой кислоты: лучшего дезинфицирующего средства. Более высокие концентрации хлорноватистой кислоты приведут к образованию опасного газообразного хлора [2].

2.3.4. Оборудование

Ca (OCl) ₂ можно добавлять в сточные воды двумя способами, то есть

1. , либо смешивая порошок гипохлорита кальция в смесительном устройстве, а затем впрыскивая его в поток сточных вод;

2. Путем погружения таблеток хлора в сточные воды с использованием таблеточного хлоратора [2] (рис. 3).

Рисунок 3.

Хлорирование методом гипохлорита кальция.

2.4. Хлорамины

Хлорамины образуются путем взаимодействия аммиака со свободным хлором. Они играют важную роль в обеспечении остаточной защиты в системе распределения. Они очень стабильны. По сравнению с хлором образуется меньше галогенированных побочных продуктов [10].

2.4.1. Преимущества

• Хлорамин более стабилен, но не является сильным дезинфицирующим средством, как хлор, обеспечивая длительное остаточное дезинфицирующее средство.

• Побочные продукты не образуются при хлораминировании.

• Однако Агентство по охране окружающей среды (EPA) стремится узнать о типе и количестве побочных продуктов дезинфекции, образующихся при взаимодействии хлораминов, бромида, бромированных органических веществ и при хлорировании озонированных вод. Результаты EPA могут повлиять на будущее использование хлорамина [7].

2.4.2. Оборудование для хлораминации

Оборудование для производства хлораминов и систем хлорирования одинаково.И хлор, и аммиак могут быть введены в виде жидкости или газа. Кроме того, хлор и аммиак доступны в жидкой или гранулированной форме. Необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы концентрированный хлор и аммиак никогда не смешивались, так как они образуют трихлорид азота, потенциально взрывоопасное соединение [11].

2.5. Озонирование

Озон — это аллотропная (нестабильная) формула кислорода, в которой три молекулы объединяются для получения новой молекулы. Это быстро разлагается, чтобы произвести очень реактивные свободные радикалы.Окислительный потенциал озона (-2,7 В) больше, чем у хлора (-1,36 В) или иона гипохлорита (-1,49 В), веществ, широко используемых при очистке сточных вод, таких как окислители. Озон превосходит только по гидроксильному радикалу (• ОН) и фториду по своей окислительной способности [7, 12].

2.5.1. Преимущества

Ниже приведены преимущества использования озона для очистки воды:

• Озон обладает сильной окислительной способностью

• Требуется короткое время реакции, чтобы микробы (включая вирусы) были убиты за несколько секунд

• Нет происходит изменение цвета и вкуса.

• Не требует химических веществ

• Кислород поступает в воду после дезинфекции

• Уничтожает и удаляет водоросли

• Окисляет железо и марганец

• Реагирует и удаляет все органические вещества [13].

2.5.2. Ограничение

Образование на месте необходимо, поскольку озон нестабилен при атмосферном давлении. В высоких концентрациях он токсичен, так как является парниковым газом.Три модуля озонатора — это разрушитель озона, камера контакта с озоном и генератор. Ультрафиолетовый свет или процесс коронного разряда используется для генерации озона. В контактной камере озон добавляется в воду. Основная цель деструктора заключается в ограничении количества озона, который будет выбрасываться в воздух. Три основных процесса влияют на высвобождение озона после введения озона в воду: разложение, реакция с примесями воды и удаление в атмосферу [14].

2.5.3. Процесс

Озон производится из газа, содержащего кислород (обычно окружающий воздух или чистый кислород). Затем газ пропускается через электрическое поле. Воздух очищают, чтобы он был сухим и не содержал пыли. Кислород превращается в озон в электрическом поле. Затем озон подается в контактный резервуар, так что озон растворяется водой, чтобы продолжить процесс дезинфекции [14].

2.5.4. Оборудование

Система состоит из комбинации систем подачи кислорода и электропитания большой мощности: между электродами подается электрический ток высокого напряжения, а между электродами подается кислород.Электроды разделены с помощью диэлектрического зазора, который содержит разрядную камеру для потока кислорода. Электрическое поле вызывает разрушение молекул кислорода и образование озона. После генерации озон направляется в соединительную камеру, где очищенная вода подлежит дезинфекции. Образующийся озон немедленно диссоциирует, поэтому необходимо производить озон на месте.

Одной из важных особенностей является также время контакта. Таким образом, режимы балластировки и дебалластировки очень больших балластных количеств воды будут очень дорогими в полномасштабных применениях.Одна или несколько балластных вод оснащены оборудованием для впрыска озона, которое действует как контактные камеры. Для достижения длительного времени контакта эту балластную воду следует закачать в эти контактные емкости. Чтобы уменьшить образование осадка и попадание мелких частиц в процесс очистки, обработка озоном должна проходить предварительную обработку (фильтр или циклон).

Балластная обработка гарантирует, что вся вода, присутствующая в балластных танках, подвергается воздействию озона в начале рейса.Время контакта играет важную роль в процессе дезинфекции. Дезинфекция обеспечивается, если длительный контакт с конкретным микроорганизмом не требуется. Если требуется длительное время контакта с конкретными микроорганизмами, следует проводить обработку во время рейса, чтобы обеспечить более длительное время контакта.

Органические угли связаны с образованием отложений. Эти отложения оседают на дне балластных танков во время рейса. Отложения содержат микробы, которые трудно лечить, как бактериальные колонии или вирусные скопления.Обработка озоном может быть неэффективной в осадке. Аммиак может быть получен в результате биологической активности во время рейса. Бромы получают по реакции аммиака и дезинфицирующего остатка. Бромы являются более слабыми дезинфицирующими средствами, поэтому их эффективность снижается [14].

2.5.5. Химическое вещество

Озон производится путем подачи электричества высокого напряжения в зазор (трубу), содержащий чистый кислород или отфильтрованный сухой воздух (метод коронного разряда).

Высоковольтное электричество приводит к образованию озона путем рекомбинации кислорода.Реакция следующая:

3O2 → 2O3

Озон дезинфицирует путем окисления клеточных стенок микроорганизмов, которые затем распадаются (лизируются), уничтожая микроорганизм. Это совершенно другой механизм, чем у хлора, который диффундирует через клеточную стенку, что делает клетку подверженной ферментативной атаке [7] (рис. 4).

Рисунок 4.

Контактирование озона.

2.6. Ультрафиолетовое излучение (УФ)

Ультрафиолетовая обработка может использоваться для очистки сточных вод, питьевой воды и аквакультуры.Ультрафиолетовый свет вызывает дезинфекцию, изменяя биологические компоненты микроорганизмов, в частности разрушая химические связи в ДНК, РНК и белках [14].

2.6.1. Преимущества

• Ограничивает потенциал отрастания в распределительной системе, поэтому не происходит увеличения концентрации биоразлагаемого или усваиваемого органического углерода (AOC).

• Относительно взаимодействия с материалом трубы проблем не возникает.

• Побочные продукты не образуются (например,например, связанные с гемоглобином ацетальдегиды (HAA), тригалометаны (THM), альдегиды, кетоацидоз и бромат).

• Используя ультрафиолетовое излучение, мы можем добиться такой же логинактивации Giardia и Cryptosporidium, что дешевле, чем методы с использованием диоксида хлора и озона.

• При использовании в отношении хлораминов образование хлорированного побочного продукта дезинфекции (ДАД) не наблюдается [14].

2.6.2. Ограничения

В слаборазвитых странах существует несколько ограничений для УФ-дезинфекции.Основным ограничением является потребность в энергии. Во многих системах электроснабжение не может быть гарантировано.

Ограничение может состоять в том, что нет ни одного доступного теста для проверки правильной дезинфекции лучей. Он эффективен только в качестве основного дезинфицирующего средства, так как не оставляет следов. Это не действует как вторичное дезинфицирующее средство, поскольку это не работает против повторного заражения в воде.

Обеспокоенность в отношении дезинфекции ультрафиолетом — это химический состав и качество микроорганизмов, присутствующих во входящей воде.Мутная, мутная или вода, содержащая большое количество бактерий, может быть использована для защиты бактерий. Химический состав является основной проблемой, так как вода, содержащая большое количество минералов, может нанести покрытие на гильзу лампы, что снижает эффективность обработки. Фосфатные инжекторы или умягчители воды могут быть использованы для предотвращения покрытия лампы. Ультрафиолетовая обработка более эффективна для воды с низкой мутностью или частично очищенной воды, которая может быть недоступна в полевых условиях [15].

2.6.3. Процесс

УФ-дезинфекционные установки используются в настоящее время в качестве методов обеззараживания воды.Конструкция довольно проста, состоит из источника ультрафиолетового света, который заключен в прозрачный защитный чехол. Источник света установлен так, что вода может проходить через проточную камеру, так что ультрафиолетовые лучи могут и впускаться, и поглощаться в потоке. Никаких изменений вкуса и цвета не происходит, что является преимуществом этого метода. Время контакта также очень мало, поскольку эти лучи быстро убивают патогенные бактерии [1].

2.6.4. Оборудование

Системы УФ-дезинфекции должны быть надлежащим образом отключены, если лечение не требуется в течение нескольких дней.Лампа должна быть прогрета в течение нескольких минут перед включением. Кроме того, сантехническая система должна быть надлежащим образом промыта, когда она не используется. Вся сантехническая система должна быть продезинфицирована химическим веществом (предпочтительно хлором), прежде чем полагаться на процесс.

Ультрафиолетовые лампы

теряют свою эффективность при использовании, поэтому их следует регулярно чистить и заменять раз в год. Следует отметить, что новая лампа может потерять свою 20% интенсивность в первые 100 часов работы. Правильно откалиброванные УФ-детекторы помогают владельцу предупреждать, когда интенсивность света падает ниже определенного уровня.

Вода, обработанная ультрафиолетом, должна регулярно проверяться на наличие гетеротрофных бактерий и колиформных бактерий ежемесячно (первые 6 месяцев использования устройства). Интенсивность лампы следует проверять, если замечены такие организмы [16].

2.6.5. Химическая

Ультрафиолетовый свет может обрабатывать воду без каких-либо серьезных химических или физических изменений в воде. При использовании воды, обработанной ультрафиолетом, никаких негативных последствий не наблюдалось. Меньше шансов для формирования ДАД, поскольку в этом процессе не добавляется новое вещество.Никаких изменений во вкусе и цвете не происходит. Дозировка и частота, используемые для дезинфекции, не дают вредных веществ. Даже передозировка ультрафиолета не приводит к образованию вредных продуктов. Во избежание воздействия оператор должен использовать защитную одежду [7] (рис. 5).

Рисунок 5.

Дезинфекция ультрафиолетом.

2.7. Фотокаталитическая дезинфекция

Ускорение фотореакции в присутствии катализатора называется фотокатализом.При каталитическом фотолизе адсорбированный субстрат используется для поглощения света. При фотогенерированном катализе электронно-дырочные пары создаются фотокаталитической активностью (РСА), генерирующей свободные радикалы (например, гидроксильные радикалы: • ОН), которые обладают способностью подвергаться вторичным реакциям. Его практическое применение стало возможным благодаря открытию электролиза воды с использованием диоксида титана.

2.7.1. Преимущества

Ниже приведены преимущества фотокаталитической дезинфекции

• Фотокатализ использует емкость для возобновляемой и экологически чистой солнечной энергии, таким образом, он является хорошей заменой традиционным энергоемким традиционным методам лечения.

• По сравнению с обычными методами лечения фотокатализ приводит к образованию безвредных соединений.

• Сточные воды содержат различные опасные соединения. Фотокаталитический процесс вызывает разрушение широкого спектра этих опасных соединений в различных потоках сточных вод.

• Эти реакции мягкие. Требуется меньше химических веществ и время реакции скромное.

• Он может быть применен для генерации водорода, газообразной фазы и водной обработки, а также для обработки твердой (почвенной) фазы [17].

2.7.2. Ограничения

Для эффективного применения TiO ₂ в водоподготовке ограничение переноса массы должно быть минимизировано, поскольку фотокаталитическая деградация в основном происходит на поверхности TiO ₂ . TiO ₂ имеет низкое сродство к органическим загрязнителям (более конкретно, к гидрофобным органическим загрязнителям), поэтому адсорбция органических загрязнителей на поверхности TiO ₂ является низкой, что приводит к медленным скоростям фотокаталитической деградации.Следовательно, необходимо учитывать воздействие загрязняющих веществ на наночастицы TiO ₂ для повышения фотокаталитической эффективности. Помимо этого, наночастицы TiO ₂ могут подвергаться агрегации из-за нестабильности наноразмерной частицы, которая может препятствовать падению света на активные центры и, следовательно, происходит снижение каталитической активности. Однако следует отметить, что вполне может случиться так, что мелкие частицы демонстрируют более высокое рассеяние, что может снизить их фотокаталитическую активность по сравнению с более крупными.Кроме того, для суспензионной системы одной из основных практических задач, которые необходимо преодолеть, является извлечение наноразмерных частиц TiO ₂ из очищенной воды с точки зрения как экономической, так и безопасности.

Чтобы преодолеть эти ограничения фотокатализа на основе TiO ₂ , в предыдущих исследованиях были приняты следующие контрмеры:

1. Модификация катализатора TiO ₂ для достижения использования видимого света.

2. Синтез катализатора должен быть оптимизирован для получения катализаторов с определенной кристаллической структурой, высоким сродством к различным органическим загрязнителям и меньшим размером частиц.

3. Разработка и проектирование катализатора TiO ₂ второго поколения с высокой разделительной способностью, который может быть эффективно извлечен и регенерирован.

Целью этих модификаций и разработок является повышение фотокаталитической эффективности, полное разложение органических загрязнителей, улучшение поглощения видимого света, улучшение стабильности и воспроизводимости, а также улучшение способности рециркулировать и повторно использовать TiO ₂ [18].

2.7.3. Процесс

Фотокаталитическая реакция зависит главным образом от энергии света (фотона) или длины волны и катализатора. Как правило, полупроводники используются в качестве катализаторов. Эти материалы функционируют как сенсибилизаторы для облучения стимулируемого светом окислительно-восстановительного процесса из-за их электронной структуры. Они имеют заполненную валентную зону и свободную зону проводимости.

Основные этапы процесса фотокатализа полупроводника следующие:

• Когда световая энергия в виде фотонов падает на поверхность полупроводника и если энергия падающего луча эквивалентна или больше энергии запрещенной зоны В полупроводнике электроны валентной зоны перемещаются в зону проводимости полупроводника.

• Зона валентности полупроводников оставлена ​​с отверстиями. Эти отверстия могут реагировать с молекулами воды с образованием гидроксильных радикалов путем окисления донорных молекул.

• Супероксид-ионы образуются в результате реакции электронов зоны проводимости с частицами растворенного кислорода. Эти электроны вызывают окислительно-восстановительные реакции.

Эти электроны и дырки могут подвергаться последовательным окислительно-восстановительным реакциям со многими веществами с образованием необходимых продуктов путем поглощения на поверхности полупроводника [19] (рис. 6).

Рисунок 6.

Схематическое изображение полупроводникового фотокаталитического механизма.

2.7.4. Химическое вещество

TiO ₂ представляет собой полупроводниковый материал, который действует в качестве сильного окислителя при освещении за счет снижения энергии активации, необходимой для разложения органических и неорганических соединений. Освещение поверхности TiO ₂ вызывает два типа разделения носителей: (1) электрон (e-) и (2) отверстие (h +). Для производства этих двух носителей фотон должен подавать достаточное количество энергии для перемещения электрона (e-) из валентной зоны в зону проводимости, оставляя таким образом дыру (h +) в валентной зоне.По сравнению с проводящими материалами рекомбинация дырок и электронов относительно медленная, в TiO ₂ рекомбинация в металлах происходит сразу [20].

TiO2 + hv → h ++ e−

3. Выводы

На воду могут влиять факторы окружающей среды. Учитываются как человеческие, так и экологические риски, которые могут быть материальными и / или нематериальными. Хлорирование может привести к образованию побочных продуктов или токсичных химических веществ, которые опасны для водной жизни. Высокие остатки хлора могут варьироваться от избегания до гибели водных организмов.Порог допуска некоторых водных видов к хлору составляет 0,002 мг / л в пресной воде и 0,01 мг / л в соленой воде. Побочные продукты могут также накапливаться в водной среде. Токсичность хлорированных остатков может быть устранена путем дехлорирования.

Таким образом, выгодное использование защиты водных экосистем может быть поставлено под угрозу, когда хлорированные сточные воды сбрасываются в приемные поверхностные воды.

Хлорирование может не представлять опасности для окружающей среды, если очищенные сточные воды используются повторно, а не сбрасываются в приемные поверхностные воды.Приемлемым методом обеззараживания повторного использования сточных вод является хлорирование. Хлорирование — лучший метод для повторного использования, когда остаточный остаток необходим для повторного роста микробов. Тем не менее, существует ограничение в 1 мг / л хлора в месте применения восстановленной воды. Эти ограничения в основном не наносят вреда жизни растений. Однако некоторые чувствительные культуры могут быть повреждены при уровне хлора ниже 1 мг / л, и пользователи должны учитывать чувствительность любых культур, которые могут быть орошены очищенной от хлора очищенной водой.Тем не менее, непосредственное использование хлора связано с небольшими экологическими рисками. Однако производство, хранение и транспортировка хлорсодержащих продуктов по-прежнему представляют опасность для окружающей среды.

Токсичные побочные продукты образуются в результате окисления озона. Озоновый газ может нанести вред окружающей среде из-за его агрессивной природы.

Микрофильтрация представляет опасность для окружающей среды только в случае разлива чистящих средств или при неправильной утилизации загрязненных отходов обратной промывки.Ультрафиолетовый свет представляет меньший риск по сравнению с другими методами дезинфекции, но он может представлять риск в отношении фотореактивации и мутации микробной популяции, присутствующей в разряде. Опция повторного использования недоступна для УФ-ламп. Управлять природными системами, такими как лагеря содержания под стражей, сложно.

Основным экологическим риском, связанным с дезинфекцией на основе лагуны, является чрезмерный рост нежелательных организмов, таких как сине-зеленые водоросли. Люди подвергаются высокому риску, так как сине-зеленое цветение водорослей производит токсины.Окружающая среда также находится в опасности, так как уровни SS и BOD увеличиваются. С точки зрения возможных экологических издержек, представляется, что ультрафиолетовое излучение, лагуны и микрофильтрация имеют наименьший потенциал неблагоприятного воздействия на окружающую среду, за которым следует озонирование и затем хлорирование. Этот рейтинг основан на образовании побочных продуктов и уровне токсичности сброса для принимающей среды.

Благодарности

Авторы благодарят г-жу Акдас Зорин и Джамшаида Хана (отделение микробиологии и биотехнологии) за искреннюю помощь в написании главы.Авторы также выражают благодарность руководству других преподавателей кафедры за их рекомендации и предложения.

Квантование

— дистиллятор нейронной сети

Квантование относится к процессу уменьшения количества битов, которые представляют число. В контексте глубокого обучения преобладающим числовым форматом, используемым для исследований и для развертывания, является 32-битная с плавающей запятой, или FP32. Однако стремление к уменьшению пропускной способности и вычислительных требований моделей глубокого обучения побудило исследование использовать числовые форматы с более низкой точностью. Было широко продемонстрировано, что веса и активации могут быть представлены с использованием 8-битных целых чисел (или INT8) без значительных потерь в точности.Использование битов меньшей ширины, таких как 4/2/1 бита, является активной областью исследований, которая также показала большой прогресс.

Обратите внимание, что это обсуждение квантования только в контексте более эффективного вывода. Использование чисел с меньшей точностью для более эффективного обучения в настоящее время выходит за рамки.

Мотивация: общая эффективность

Более очевидным преимуществом квантования является , значительно уменьшивший пропускную способность и память . Например, использование INT8 для весов и активаций потребляет в 4 раза меньшую общую пропускную способность по сравнению с FP32.
Кроме того, целочисленные вычисления на быстрее, чем , чем вычисления с плавающей запятой. Это также намного больше площадей и энергоэффективных :

INT8 Эксплуатация	Энергосбережение против FP32	Экономия площади против FP32
добавить	30x	116x
Умножить	18,5x	27x

(Dally, 2015)

Обратите внимание, что очень агрессивное квантование может привести к еще большей эффективности.Если веса являются двоичными (-1, 1) или троичными (-1, 0, 1 с использованием 2-битных), то свертка и полностью связанные слои могут быть вычислены только с сложениями и вычитаниями, полностью удаляя умножения. Если активации также являются двоичными, то также могут быть удалены дополнения в пользу побитовых операций (Rastegari et al., 2016).

Integer vs. FP32

При обсуждении числового формата есть два основных атрибута. Первый — это динамический диапазон , который относится к диапазону представимых чисел.Второй — сколько значений может быть представлено в динамическом диапазоне, что, в свою очередь, определяет точность / разрешение формата (расстояние между двумя числами).
Для всех целочисленных форматов динамический диапазон равен числу битов. Таким образом, для INT8 диапазон есть, а для INT4 — это (сейчас мы ограничиваемся целыми числами со знаком). Количество представимых значений равно. Сравните это с FP32, где динамический диапазон и приблизительные значения могут быть представлены.
Мы сразу видим, что FP32 намного более универсален по , поскольку он способен точно представлять широкий диапазон распределений. Это хорошее свойство для моделей глубокого обучения, где распределения весов и активаций обычно очень разные (по крайней мере, в динамическом диапазоне). Кроме того, динамический диапазон может отличаться между слоями в модели.
Чтобы иметь возможность представлять эти различные распределения в целочисленном формате, используется масштабный коэффициент , чтобы отобразить динамический диапазон тензора в диапазон целочисленного формата.Но все же мы остаемся с проблемой значительно меньшего числа представимых значений, то есть с гораздо более низким разрешением.
Обратите внимание, что этот масштабный коэффициент в большинстве случаев является числом с плавающей запятой. Следовательно, даже при использовании целочисленных чисел некоторые вычисления с плавающей точкой остаются. Курбаро и др., Масштаб 2014, используя только смены, исключая операцию с плавающей запятой. В GEMMLWOP масштабный коэффициент FP32 аппроксимируется с использованием умножения целого числа или фиксированной точки с последующей операцией сдвига.Во многих случаях влияние этого приближения на точность пренебрежимо мало.

Предотвращение переполнения

Свертка и полностью связанные слои предполагают хранение промежуточных результатов в аккумуляторах. Из-за ограниченного динамического диапазона целочисленных форматов, если бы мы использовали одинаковую битовую ширину для весов и активации, и для аккумуляторов, мы, вероятно, переполнились бы очень быстро. Поэтому аккумуляторы обычно реализуются с большей битовой шириной.
Результат умножения двухбитных целых чисел, самое большее, -битное число.В слоях свертки такие умножения накапливаются раз, где есть количество входных каналов и ширина ядра (в предположении квадратного ядра). Следовательно, чтобы избежать переполнения, аккумулятор должен иметь ширину -бит, где М не менее. Во многих случаях используются 32-разрядные аккумуляторы, однако для INT4 и ниже может быть возможно использовать менее 32-разрядных в зависимости от ожидаемых вариантов использования и ширины слоев.

«Консервативное» квантование: INT8

Во многих случаях выбор модели, обученной для FP32, и ее непосредственное квантование в INT8 без какой-либо переподготовки может привести к относительно низкой потере точности (что может быть или не быть приемлемым, в зависимости от варианта использования).Некоторая подстройка может еще больше повысить точность (Gysel at al., 2018).
Как упоминалось выше, масштабный коэффициент используется для адаптации динамического диапазона имеющегося тензора к целочисленному формату. Этот масштабный коэффициент необходимо рассчитывать для каждого слоя на тензор. Самый простой способ — отобразить минимальные / максимальные значения тензора с плавающей запятой в минимальные / максимальные значения целочисленного формата. Для весов и смещений это легко, поскольку они устанавливаются после завершения тренировки. Для активаций минимальные / максимальные значения с плавающей запятой могут быть получены «онлайн» во время вывода или «автономно».

• Офлайн означает сбор статистики активаций перед развертыванием модели, либо во время обучения, либо путем запуска нескольких «калибровочных» партий на обученной модели FP32. На основе этой собранной статистики рассчитываются масштабные коэффициенты, которые фиксируются после развертывания модели. Этот метод имеет риск встретить значения за пределами ранее наблюдаемых диапазонов во время выполнения. Эти значения будут обрезаны, что может привести к снижению точности.
• Online означает динамическое вычисление минимальных / максимальных значений для каждого тензора во время выполнения.В этом методе отсечение не может происходить, однако добавленные вычислительные ресурсы, необходимые для вычисления минимальных / максимальных значений во время выполнения, могут быть непомерно высокими.

Важно отметить, однако, что полный диапазон значений тензора активаций обычно включает элементы, которые являются статистически выпадающими. Эти значения могут быть отброшены путем использования более узкого минимального / максимального диапазона, что позволяет эффективно выполнять некоторое ограничение в пользу увеличения разрешения, предоставляемого части распределения, содержащей большую часть информации.Простой метод, который может дать хорошие результаты, состоит в том, чтобы просто использовать среднее из наблюдаемых минимальных / максимальных значений вместо фактических значений. В качестве альтернативы можно использовать статистические показатели для интеллектуального выбора места для обрезки исходного диапазона, чтобы сохранить как можно больше информации (Migacz, 2017). Далее, Banner et al., 2018, предложили метод аналитического вычисления значения отсечения при определенных условиях.

Еще одна возможная точка оптимизации — это масштабная шкала .Наиболее распространенным способом является использование одного масштабного коэффициента для каждого слоя, но также возможно рассчитать масштабный коэффициент для каждого канала. Это может быть полезно, если распределение веса сильно различается между каналами.

При использовании для прямого квантования модели без повторного обучения, как описано выше, этот метод обычно называется квантования после обучения . Тем не менее, недавние публикации показали, что есть случаи, когда квантование после обучения до INT8 не сохраняет точности (Benoit et al.2018, Кришнамурти, 2018). А именно, более мелкие модели, такие как MobileNet, по-видимому, также не реагируют на квантование после обучения, предположительно из-за их меньшей репрезентативной способности. В таких случаях используется обучение с учетом квантования.

«Агрессивное» квантование: INT4 и ниже

Наивное квантование модели FP32 до INT4 и ниже обычно приводит к значительному снижению точности. Многие работы пытались смягчить этот эффект. Обычно они используют одну или несколько из следующих концепций для повышения точности модели:

• Обучение / переподготовка : Для INT4 и ниже требуется обучение для получения разумной точности.Обучающий цикл модифицируется для учета квантования. Подробности смотрите в следующем разделе.
  Zhou S et al., 2016 показали, что начальная загрузка квантованной модели с обученными весами FP32 приводит к более высокой точности, в отличие от обучения с нуля. Другие методы требуют обученной модели FP32, либо в качестве отправной точки (Zhou A et al., 2017), либо в качестве сети преподавателей в обучающей установке по дистилляции знаний (см. Здесь).
• Замена функции активации : Наиболее распространенной функцией активации в моделях зрения является ReLU, который не ограничен.То есть — его динамический диапазон не ограничен для положительных входов. Это очень проблематично для INT4 и ниже из-за очень ограниченного диапазона и разрешения. Поэтому большинство методов заменяют ReLU другой функцией, которая ограничена. В некоторых случаях используется функция отсечения с жестко закодированными значениями (Zhou S et al., 2016, Mishra et al., 2018). Другой метод изучает значение отсечения для слоя с лучшими результатами (Choi et al., 2018). Как только установлено значение отсечения, также устанавливается масштабный коэффициент, используемый для квантования, и никаких дополнительных шагов калибровки не требуется (в отличие от методов INT8, описанных выше).
• Изменение структуры сети : Мишра и др., 2018 пытаются компенсировать потерю информации из-за квантования, используя более широкие слои (больше каналов). Лин и др., 2017 предложили метод двоичного квантования, в котором одна свертка FP32 заменяется несколькими двоичными свертками, каждая из которых масштабируется, чтобы представлять различную «базу», охватывающую больший динамический диапазон в целом.
• Первый и последний уровень : Многие методы не проводят квантование первого и последнего уровня модели.Han et al., 2015 заметил, что первый сверточный слой более чувствителен к сокращению веса, и некоторые работы по квантованию приводят ту же причину и показывают ее эмпирически (Zhou S et al., 2016, Choi et al., 2018 ). В некоторых работах также отмечается, что эти уровни обычно составляют очень небольшую часть общих вычислений в модели, что еще больше снижает мотивацию их квантования (Rastegari et al., 2016). Большинство методов сохраняют первый и последний уровни на FP32. Тем не менее, Чой и соавт.2018 показал, что «консервативное» квантование этих слоев, например, до INT8, не снижает точность.

Дезинфекция — WikiLectures

послать

Спасибо за ваши Коментарии.

Спасибо за обзор этой статьи.

Ваш отзыв не был вставлен (разрешен один обзор на статью в день)!

Эта статья забыта

Это было отмечено его автором как В процессе строительства , но последнее изменение старше 30 дней. Если вы хотите отредактировать эту страницу, пожалуйста, сначала свяжитесь с ее автором (вы найдете его в истории).Смотрите также обсуждение. Если автор не будет продолжать работу, удалите шаблон {{В разработке}} и отредактируйте страницу. Последнее обновление: вторник, 3 января 2017 года, в 17.44.

• Дезинфекция — это процесс, который включает уничтожение большинства патогенных микроорганизмов (за исключением бактериальных спор) на неодушевленных предметах. • Химические вещества, используемые при дезинфекции, называются дезинфицирующими средствами. Различные дезинфицирующие средства имеют разные целевые диапазоны, не все дезинфицирующие средства могут уничтожить все микроорганизмы.

JJ Минимизировать количество организмов в популяции по всему миру. Метод дезинфекции используется на международном уровне для безопасности людей, для уменьшения масштабов передачи заболеваний. Большое внимание стерилизации и дезинфекции было уделено пищевой промышленности, санитарной обработке воды, медицинскому обслуживанию и больницам. Поскольку они оказались наиболее пострадавшими организациями с микроорганизмами и путями передачи среди населения. Различные дезинфицирующие средства используются в различных отраслях промышленности, которые предназначены для конкретной флоры.

Консистенция

• Жидкость (спирты, фенолы)

• газообразный (пары формальдегида, этиленоксид)

Спектр активности (Рисунок 2)

• Высокий уровень

• Средний уровень

• Низкий уровень

Механизм действия

• Действие на мембрану (спирт, моющее средство)

• Денатурация клеточных белков (спирт, фенол)

• Окисление незаменимых сульфгидрильных групп ферментов (h3O2, галогены)

• Алкилирование амино-, карбоксильной и гидроксильной группы (этиленоксид, формальдегид)

• Повреждение нуклеиновых кислот (этиленоксид, формальдегид)

Рисунок 1: Иллюстрация различных методов дезинфекции.

Альдегиды: дезинфекция поверхности, фумигация помещений, камер и операционных залов.

Алкоголь: 70% водный спирт более эффективен при уничтожении микробов. 70% этиловый спирт используется как антисептик для кожи.

Фенол: ‘ впервые использовался Lister для предотвращения инфекции в хирургических ранах. В высоких концентрациях используется в качестве дезинфицирующего средства, а в низких концентрациях в качестве антисептика.

Галогены: Йод (антисептик), Хлор (отбеливатель)

Рисунок 2: Показывает спектр действия различных дезинфицирующих средств на организмы.

Ультразвуковые колебания:

• С частотой> 20000 циклов / секунду убивает бактерии и некоторые вирусы при воздействии в течение часа.

Микроволновые печи:

• Антимикробный эффект, разрушение клеток • Общее использование: дезинфекция инструментов и снижение микробной нагрузки. Этот метод не влияет на многие вирусы.

Фильтрация не убивает микробы, а отделяет их. Различные фильтры используются для разделения различных организмов и частиц.

Различные типы:

• Глиняные фильтры

• Асбестовые фильтры

• Фильтры из спеченного стекла

• Мембранные фильтры

• Воздушные фильтры

• Общее использование: Удаление микробов из сыворотки, растворов антибиотиков и сахара, приготовление вирусных суспензий, осветление и очистка жидкостей и т. Д.

Внешние ссылки / Ссылки:

• Мюррей Р. Патрик, доктор наук, Розенталь Кен С.Phd, Pfaller Micheal A. Методы стерилизации и дезинфекции MD, Медицинская микробиология: с STUDENT CONSULT Online Access, 6ed.Webiste http://www.studentconsult.com/ Последнее обновление 2008

,