XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование эффективности применения в учебных заведениях рециркуляторов воздуха

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Бобылева М.Ю. 1

---

1МОУ «СОШ № 4», г. Южноуральск

Коломиец Н.В. 1

---

1МОУ «СОШ № 4», г. Южноуральск

Работа в формате PDF

298.3 KB

Введение

В 2020 году мир столкнулся с пандемией COVID-19 («corona virus disease 2019», заболевание, вызванное коронавирусом 2019). Многие учреждения были переведены на дистанционный режим работы, в том числе учебные: школы, училища, техникумы и ВУЗы. Был принят ряд мер, способствующих предотвращению распространения коронавирусной инфекции среди учащихся. Одной из таких мер стала установка специальных устройств - рециркуляторов воздуха (очистителей).

Письмо Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека от 21.10.2020 г. № 02/21655-2020-32 «Об обеззараживании воздуха в помещениях» гласит: детские игровые комнаты, учебные классы, бытовые помещения промышленных и общественных зданий (комнаты отдыха, приема пищи персонала и т.п.) с большим скоплением людей при длительном пребывании подлежат оборудованию бактерицидными установками для обеззараживания воздуха согласно п. 5.11 Руководства «Использование ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздуха в помещениях» Р 3.5.1904-04 [1, с. 3].

Таким образом, в каждом учебном классе МОУ «СОШ № 4» были установлены рециркуляторы воздуха для профилактики заболеваемости среди учащихся.

Что такое рециркуляторы воздуха? Это устройство для дезинфекции воздуха в закрытых помещениях от бактериологических и вирусных угроз.

Может ли рециркулятор быть эффективным в борьбе с патогенными микроорганизмами в воздухе?

Цель исследования: доказать эффективность использования рециркуляторов воздуха в учебных кабинетах школы.

Для достижения поставленной цели, необходимо выполнить следующие задачи:

1. Проанализировать и структурировать информацию о типах, видах рециркуляторов воздуха, принципах работы, эффективности.

2. Провести отбор проб воздуха в кабинетах школы с различными условиями окружающей среды, проанализировать результат эксперимента.

3. На основе полученных данных написать статью, в которую будут включены данные о состоянии воздуха в нашей школе и рекомендации по поддержанию санитарных норм в кабинетах.

Объект исследования: качество воздуха.

Предмет исследования: рециркуляторы воздуха в учебных кабинетах.

Гипотеза: использование рециркуляторов в учебных кабинетах оказывает влияние на качество воздуха.

Для реализации цели исследования использовались эмпирические методы: наблюдение, эксперимент, описание; теоретические: анализ, обобщение, систематизация.

Глава 1. Теоретическая часть

Рециркулятор – устройство, которое нейтрализует вредные микроорганизмы, бактерии, вирусы и, тем самым, защищает от различных болезней. Принцип его работы прост. В корпус рециркулятора вентилятором нагнетается воздух из помещения, который проходит через зону воздействия и обеззараживается. Затем, через выходное отверстие выпускается наружу очищенным [2].

Есть множество разновидностей рециркуляторов. Ультрафиолетовые рециркуляторы (бактерицидные) с простым принципом работы: воздух нагнетается внутрь устройства, где обеззараживается безозоновыми ультрафиолетовыми лампами, затем выбрасывается наружу. Такие рециркуляторы просты, но имеют множество недостатков: не способны удалять пыль и другие твердые частицы, требуют частого обслуживания, очистки, замены ламп, подлежащих утилизации, имеют низкую скорость прохождения воздуха [2].

Более эффективные рециркуляторы – комбинированные. Они оборудованы фильтрами и специальными системами очистки в различных сочетаниях:

- фильтр грубой (предварительной) очистки, который задерживает крупные частицы пыли, предотвращая их попадание во внутрь прибора, защищая другие фильтрующее элементы от преждевременного износа или загрязнения, он является моющимся и не подлежит замене;

- HEPA-фильтр различных классов (чем выше класс, тем выше степень очистки) на основе стекловолокна, который эффективно отделяет мельчайшие частицы и задерживает вирусы, плесень и любые виды бактерий, мельчайшие микрочастицы COVID-19, но имеет короткий срок службы и не подлежит восстановлению;

- угольный фильтр, предназначенный для очистки от паров химических веществ, дыма, неприятных запахов, выполняет функцию антисептика, но, после выработки ресурса, не подлежит восстановлению.

- фотокаталитический фильтр – способен очистить воздух от вирусов, бактерий, плесени, аллергенов и летучих органических соединений, разлагая вещества на углекислый газ и воду [3].

- электростатический (плазменный) фильтр, выступающий как дополнение к основному фильтру, работающий по принципу разнополярных зарядов, устраняет неприятные запахи, борется с вирусами, бактериями, вырабатывая озон, требует ухода, но не требует замены [4].

- радиокаталитическая ионизация позволяет ускорить процесс очищения воздуха во всем объеме помещения при помощи абсолютно безвредных компонентов. Радиокаталитическая технология использует сочетание света с длиной волны в диапазоне между видимым и рентгеновским излучением и матрицы, покрытой гидрофильной оболочкой из редкоземельных металлов, которая позволяет уничтожать микробы, запахи, химические соединения.

- волновая ионизация основана на генерации отрицательно заряженных ионов, которые, соединяясь с положительно заряженными аллергенами, способствуют их осаждению, притягиваясь к микробам в воздухе, уничтожают их.

Наибольшее распространение получила комбинация: фильтр предварительной очистки, HEPA-фильтр, угольный фильтр. Остальные фильтры выступают в качестве дополнительных барьеров.

Очиститель выбирают, отталкиваясь от его производительности, сроков замены фильтров, удобства управления, энергопотребления.

Успех обучения в первую очередь зависит от желания и стремлений ученика, но немаловажную роль играет и микроклимат в помещениях, где проходят занятия. Часто мы обращаем внимание на освещенность и детали интерьера, но редко задумываемся о воздухе, которым дышим. Комфортный микроклимат дома или в учебном классе — это не только залог хорошего самочувствия, но и непременное условие качественного усвоения материала. Кроме того, в период активного роста ребенка, негативное влияние загрязненного воздуха на формирующийся организм может быть особенно опасно не только в моменте, но, также, стать причиной заболеваний дыхательной или сердечно-сосудистой системы.

Воздух в помещении – это воздух, которым мы дышим на улице, и, если он поступает в помещение без предварительной очистки, то содержит уличную пыль, бактерии, вирусы, грибки, споры плесени, пыльцу и другие вещества, которые могут вызвать аллергию, вирусное или бактериологическое заболевание. Кроме того, больной человек выделяет в воздух огромное количество болезнетворных вирусов и бактерий, что приводит к заражению людей, находящихся рядом в одном помещении. Высокопатогенные вирусы очень быстро распространяются при большом скоплении людей в замкнутом пространстве.

Существует понятие «качество воздуха» в помещении. Оно определяется тремя факторами: свежесть/чистота, температура и влажность. В свежем воздухе содержится много кислорода, что положительно влияет на самочувствие. Удаление пыли и прочих загрязнений обеспечивает чистоту воздуха. Влажность и температура определяют здоровье и комфортное состояние людей. Совокупность указанных факторов (температура, влажность, свежесть воздуха) определяют микроклимат помещения. Эти показатели нормируются СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» [5, с. 723]. Сводные данные качества воздуха в жилом помещении, в соответствии с нормативными документами приведены в таблице «Сводные данные качества воздуха в жилом помещении, в соответствии с нормативными документами» (Приложение 1).

Комфортный микроклимат в учебном помещении обеспечивает хорошее самочувствие ученика, облегчает усвоение учебного материала и, как следствие, улучшает результат обучения.

Ориентировочный перечень очистителей для школьных классов приведен в таблице «Перечень очистителей воздуха для школьного класса» (Приложение 2).

Пандемия осталась в прошлом, однако, уровень сезонной заболеваемости среди учеников нашей школы по-прежнему высок. Это влияет на успеваемость, качество усвоения материала.

Научные данные говорят о том, что биологических загрязнителей в 1 кубическом метре уличного воздуха в тёплое время года содержится не менее 750 микроорганизмов, в холодное время года меньше - около 150. При этом, в закрытых помещениях летом число микробных тел достигает 1500, а зимой – 4500 [6].

Глава 2. Доказательство зависимости количество патогенных микроорганизмов в воздухе от использования рециркуляторов в школьных кабинетах

Следующий этап в поиске ответа на вопрос об эффективности рециркулятора в борьбе с сезонной заболеваемостью - исследование микробиологической загрязненности воздуха в учебных классах. В одном классе рециркулятор работает согласно режиму, в другом - рециркулятор не включают.

Для проведения исследования Чашки Петри со средой раскладывают в различных местах и открывают на определённое время; затем инкубируют (выращивают) и выявляют видовую принадлежность микроорганизмов. Чаще всего в воздухе определяют ОМЧ (общее микробное число), по эпидемическим показаниям определяют содержание стрептококков.

Подготовка к моему исследованию загрязненности воздуха в учебных помещениях школы микроорганизмами началась с приобретения необходимого оборудования:

- тест-набор РЭД на стафилококк – 3 штуки;

- упаковка агара пищевого для приготовления питательной среды для микроорганизмов.

Немного позже были приобретены чашки Петри диаметром 100 мм и высотой 20 мм –2 штуки;

Поскольку, мое исследование связано с выращиванием культур бактерий, осажденных из воздуха на питательную среду, я должна была позаботиться о стерильности как чашек Петри, так и питательной среды для того, чтобы обеспечить достоверность полученного результата. Поэтому чашки Петри были сначала промыты в растворе пищевой соды. Затем простерилизованы кипячением в течение 40 минут. После того, как чашки Петри просохли, я поместила их в духовой шкаф лицевой стороной вверх и прогрела 1 час при температуре 160 ⁰С.

Для приготовления питательной среды мне понадобилось: жирное мясо – 200 грамм, вода – 2 литра, одна упаковка агара – 7 грамм. Я подготовила питательную среду, используя следующий рецепт: на медленном огне сварила жирное мясо, общее время приготовления -2 часа 30 минут и, горячим, процедила его через марлю стерильного бинта, затем добавила в бульон агар из расчета: ½ чайной ложки (1,2 грамм) агара на 60 мл бульона.

Бульон с агаром разогрела в микроволновой печи до кипения и продолжила кипячение до тех пор, пока весь порошок агара не растворился в бульоне.

Остудила питательную среду до 45-50 ⁰С.

Далее, я наполнила две стерильные чашки Петри питательной средой в количестве 15–20 мл, слегка покачивая чашку, для равномерного распределения слоя питательной среды по ее поверхности. Чтобы не допустить попадания бактерий на питательную среду из воздуха до проведения эксперимента я быстро закрыла их крышками и оставила остывать до комнатной температуры. Питательная среда превратилась в плотное желе. Затем, поместила чашки Петри в холодильник вверх дном для предотвращения образования конденсированной влаги на крышке чашки. На следующее утро я принесла чашки Петри с питательной средой в школу для проведения исследования.

Использовался седиментационный метод исследования воздуха (метод Коха), основанный на естественном осаждении микроорганизмов из воздуха на питательную среду [7]. Разместила в двух помещениях открытые чашки Петри, наполненные питательной средой для роста бактерий, в месте наибольшего присутствия учеников, на 5 минут. По истечении установленного времени чашки были закрыты крышками и помещены в теплое место с постоянной температурой (25 ⁰С) для роста колоний из микроорганизмов, осевших в каждую из чашек Петри. Через 7 дней я произвела подсчет выросших колоний, полагая, что каждая колония выросла из одной осевшей микробной клетки, что позволяет ее идентифицировать:

- проба № 1 – кабинет с постоянно работающим рециркулятором (303);

- проба № 2 – кабинет, в котором не включают рециркулятор (301).

Результаты представлены на фотографиях рисунок 1 и рисунок 2 (Приложение 3).

Даже не прибегая к подсчетам, я могу судить о том, что количество микроорганизмов в чашке Петри под № 2 в несколько раз больше количества микроорганизмов в чашке Петри № 1. Таким образом, уровень загрязнения микроорганизмами воздуха в помещении без использования рециркулятора в несколько раз превышает таковой в помещении, где рециркулятор работает согласно режиму.

Также, были отобраны и проверены пробы на патогенную микрофлору - стрептококк. Он способен вызывать пневмококковые инфекции, такие как ангина и скарлатина.

Все совершенные мною действия проводились под надзором наставника проекта. Тестирование было проведено при помощи приобретенного ранее набора «Тест-набор РЭД на стрептококк», представленного на рисунке 3 (Приложение 4) в соответствии с инструкцией:

Шаг 1: смешать содержимое двух пробирок;

Шаг 2: с помощью ватного тампона взять пробу (каждой колонии – желтой красной и белой);

Шаг 3: растворить пробу в полученном растворе;

Шаг 4: по 4 капли раствора с пробой капнуть на тест полоску, через 10 минут проявится результат.

Одна синяя полоска означает отрицательный результат, одна красная- недействительный тест, красная и синяя – положительный. Все три пробы показали отрицательный результат, то есть колоний стрептококка не обнаружено, что представлено на рисунке 4 (Приложение 5).

Изучив информацию о микроорганизмах, пришла к выводу, что самые яркие колонии желтого и красного цвета принадлежат, предположтельно, к микроорганизмам вида methylobacterium и xanthomonas campestris. Эти патогенные микроорганизмы поражают культурные растения, вызывая гниение листьев. В учебных классах присутствуют комнатные растения.

Подавляющее большинство колоний белого цвета я идентифицировала как эпидермальный стафилококк (staphilococcus epidermidis) [8].

Чаще всего, говоря о стафилококке, врачи имеют в виду золотистый стафилококк. Он вызывает более 90% инфекций. Стафилококк, присутствующий в помещениях классов нашей школы, получил свое название «эпидермальный», так как локализуется на коже («дерма» в переводе с латинского - кожа). Также он часто встречается на слизистых - в носу, горле, полости рта. Несмотря на то, что эпидермальный стафилококк часто находится на поверхности кожи и слизистых, он может попадать и внутрь организма. Здесь бактерия представляет наибольшую опасность. При заражении кишечника или других органов возникают такие симптомы:

- общее ухудшение состояния организма- слабость, усталость, бледность;

- повышение температуры;

- расстройство кишечника.

Эпидермальный стафилококк относится к условно-патогенной микрофлоре и в подавляющем большинстве случаев не активизируется. Однако у людей с ослабленным иммунитетом он все же может вызывать описанные выше симптомы. Он достаточно легко переносится по воздуху и может инфицировать открытые раны. Стафилококк у детей старшего возраста может проявляться на фоне череды заболеваний, которые ухудшают иммунитет.

Не смотря на отсутствие стрептококков в пробах, общее микробное число (ОМЧ) в помещении класса № 301, где не используют рециркулятор воздуха, превышает ОМЧ в помещении № 303, где рециркулятор работал.

Заключение

На основе полученных данных можно сделать следующие выводы:

1. Выдвинутая гипотеза верна. Использование рециркуляторов в учебных кабинетах школы помогает уменьшить количество микроорганизмов в воздухе. При регулярной работе, рециркулятор осуществляет непрерывную очистку воздуха в помещении. Обязательным условием является правильный подбор устройства для работы в конкретном помещении (производительность, оптимальное сочетание фильтров и систем очистки, удобство управления, энергопотребление).

2. Цель и задачи проекта, поставленные мною в начале работы, достигнуты. Для ознакомления учащихся нашей школы с результатами исследования и привлечения внимания к проблеме качественного воздуха, я написала статью «О чистоте воздуха начистоту», где предоставлена информация о рециркуляторах воздуха, проведении и результатах эксперимента, а также предложены рекомендации по поддержанию чистоты воздуха в помещении. Статья размещена на сайте МОУ «СОШ № 4» г.Южноуральска и доступна к прочтению всем желающим. Для ознакомления со статьей нужно перейти по ссылке: https://school4-uu.educhel.ru/about/news/2797040.

Или отсканировать QR-код:

Данная статья принята к печати 29 октября 2024 г. и будет опубликована в международном научном журнале «Юный ученый» №10 (84), ноябрь 2024 г., URL: http://yun.moluch.ru/archive/84/4664/ (ISSN 2409-546X, свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-61102 от 19 марта 2015 г.). Журнал размещается на портале elibrary.ru.

Список литературы

1. Об обеззараживании воздуха в помещениях [Текст]: Письмо Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека/ от 21 октября 2020 г. № 02/21655-2020-32 // Москва: Роспотребнадзор. – 2020. – 3 с.

2. Руководство 3.5.1904-04. Использование ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздуха в помещениях. - Москва: Минздрав России, 2004. – 27 с.

3. Прокопова, Оксана. Как фотокаталитический фильтр чистит воздух [Электронный ресурс]: статья. - / Прокопова Оксана, Конова Александра. – Электронные текстовые данные. - Москва. 2020. Режим доступа: https://бризекс.рф/blog/fotokataliticheskij-filtr?ysclid=m2t7w1qjna525766054

4. Климатическая компания EcoAir [Электронный ресурс]: интернет-магазин / Воротынцев А.П. – Электронные текстовые данные. – Москва, 2003-2021. Режим доступа: https://ecoair.ru

5. СанПиН 1.2.3685-21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания. – Москва: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2021. – 988 с.

6. Большакова Евгения. Воздух в помещении: качество воздуха и что он содержит. [Электронный ресурс]: статья. - /Большакова Евгения, Конова Александра. – Электронные текстовые данные. Москва. 2023. Режим доступа: https://бризекс.рф/blog/vozduh-v-pomeshchenii-kachestvo-vozduha-i-chto-on-soderzhit

7. Методы выделения микроорганизмов из воздуха. Исследование воздуха. [Электронный ресурс]: статья. - Электронные текстовые данные. Москва. 2011-2024. Режим доступа: https://meduniver.com/Medical/Microbiology/868.html.

8. Карасёва, Э. В. Биологическое разнообразие бактерий, выделенных из растений с признаками нематодного поражения. [Электронный ресурс]: статья. - /Э. В. Карасёва, Ю. С. Кучман, Е. А. Аль-Накиб. – Электронные текстовые данные. Издательство «Молодой учёный». 2020. Режим доступа: https://moluch.ru/archive/305/68792

Приложения

Приложение 1

Сводные данные качества воздуха в жилом помещении, в соответствии с нормативными документами

Примечание:	1. Площадь класса S= 5,8х8,75=50,75 м2;
	2. Объем класса V= 50,75х3 =152,25 м3;
	3. Производительность очистителя воздуха, должна быть в 2-3 раза больше объема обрабатываемого помещения.
	4. * - Продается в компании EcoAir

Приложение 2

Приложение 3

Результаты проб №1 и №2

Приложение 4

Тест-набор РЭД на стрептококк

Рисунок 3. Тест-набор РЭД на стрептококк

Приложение 5

Результаты теста на стрептококк

Рис. 4 Результаты теста на стрептококк