Использование низкотемпературной плазмы для обеззараживания открытых поверхностей производственных помещений

Приведены результаты исследований по инактивации микроорганизмов на открытых поверхностях птицеводческих помещений с использованием низкотемпературной неравновесной плазмы. В качестве ее источника использован электроискровой разряд переменного тока при атмосферном давлении. Типы разряда – стримерный, факельный. Рассмотрено одновременное воздействие электромагнитных полей, заряженных частиц и химически активных соединений, образующихся при электроискровом разряде, на эффективность инактивации патогенной микрофлоры для различных поверхностей (акриловый грунт, эпоксидная смола, лак яхтный, бетонно-графитовая смесь). Обрабатываемый материал (биологический макет подстилочной поверхности пола в птичнике с нанесенным защитным слоем) установлен после электроискровой разрядной камеры, продуваемой плазмообразующим газом (атмосферный воздух). Основными поражающими факторами являются активные химические соединения: озон; свободные радикалы (OH, O, O₂), ультрафиолетовое излучение в диапазоне 750–1600 ТГц, электромагнитное излучение от 50 Гц до 980 МГц, заряженные частицы и колебательно возбужденные молекулы азота и кислорода. Получены характеристики плотности потока электромагнитного излучения при электроискровом разряде. По результатам исследований максимальный эффект обработки открытых поверхностей низкотемпературной неравновесной плазмой достигается при использовании в качестве защитного материала поверхностей эпоксидной смолы. Количество инактивированных микроорганизмов при экспозиции 10–20 с достигает 100%. При инактивации микроорганизмов, находящихся на открытых поверхностях, длительность экспозиции экономически нецелесообразно принимать более 20 с. В исследованиях не выявлено существенного различия при использовании стримерного или факельного разрядов для обработки открытых поверхностей помещений.

1. Акишев Ю.С. Низкотемпературная плазма при атмосферном давлении и ее возможности для приложений // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2019. Т. 62. Вып. 8. С. 26–60.

2. Zhitong Chen, Richard E. Wirtz. Technology and applications of cold atmospheric plasma (CAP) // General lectures on mechanical engineering. 2021. Vol. 6 (2). P. i-191. DOI: 10.2200/S01107ED1V01Y202105MEC035.

3. Koichi Takaki, Katsuyuki Takahashi, Daisuke Hamanaka, Riichiro Yoshida, Toshitaka Uchino. Plasma and electrostatic function to preserve the quality of agricultural products at the post-harvest stage // Japanese Journal of Applied Physics. 2021. Vol. 60 (1). P. 010501. DOI: 10.35848/1347-4065/abcc13.

4. Gulyaev Yu.V., Taranov I.V., Cherepenin V.A. The use of powerful electromagnetic pulses for influencing bacteria and viruses // Reports of the Russian Academy of Sciences. 2020. Vol. 493. P. 15–17.

5. Zakirova A.R. Protection of electrical personnel from the harmful effects of electromagnetic fields: monograph. Yekaterinburg: Publishing house of USUPS, 2017. 188 p.

6. Koichi Taki, Katsuyuki Takahashi, Nobuo Hayashi, Dong Wan, Takayuki Okima. The use of pulsed energy in agriculture and the food industry // Reviews of Modern Plasma Physics. 2021. Vol. 5 (1). DOI: 10.1007/s41614-021-00059-9.

7. Lin Zhang, Yongtao Guo, Jianfeng Te, Zhenghui Yao, Zi hao Feng, Xiong Wu, Xinxin Wang, Haiyun Luo. Recalculated DBD program for air disinfection: characteristics of dosage and dose-dependent action // Journal of Hazar dous Materials. 2023. Vol. 447. P. 130780. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.130780.

8. Kang Wang, Siyi Lu, Zhiwei Zhang. Inactivation of airborne bacteria using various ultraviolet light sources: modeling efficiency, energy use, and endotoxin degradation // General Environmental Science. 2019. Vol. 655. P. 787–795. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.11.266.

9. Hao Wang, Liyan Zhang, Haiyun Luo, Xinxin Wang, Jinfeng Te, Zhe Ren. Sterilization processes and mechanisms for the treatment of E. coli with plasma with a dielectric barrier // Applied and Environmental Microbiology. 2019. Vol. 86 (1). DOI: 10.1128/AEM.01907.

10. Angela Luengas, Astrid Barona, Cecile Hort, Gorka Gallastegui, Vincent Platel, Ana Elias. Review of indoor air purification technologies. Reviews in Environmental Science and Bio // Technology. 2015. Vol. 14 (3). P. 499–522. DOI: 10.1007/s11157-015-9363-9.

11. Lu Song, Jianfeng Zhou, Kang Wang, Ge Meng, Yunfei Li, Mourinho Yarin, Jian Wu, Xing Xie. Airborne pathogenic microorganisms and the development of air purification technology: an overview // Journal of Hazardous Materials. 2022. Vol. 424. P. 27429. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.127429.

12. Joseph P. Wood, Bolden Charles Adrian. Overview of disinfection methods for the detection of Bacillus anthracis and other microorganisms associated with sterile preparations, methylamines and other armed material // Environmental Science and Technology. 2019. Vol. 53 (8). P. 4045– 4062. DOI: 10.1021/acs.est.8b05274.