По материалам из телеграм-канала LAB66 и присоединенного к нему чата.

Это время для фактов, а не для страха. Это время для науки, а не слухов. Это время солидарности, а не охоты на ведьм…
директор ВОЗ Tedros Adhanom Ghebreyesus про эпидемию COVID-19

Прошло немного времени с момента публикации моей статьи про респираторную защиту во время эпидемии. За это время, отчасти благодаря активному обсуждению в «приканальном» чате выработалась некоторая система, которой бы я хотел поделится и с читателями хабра. Вынудило меня написать эту статью то, что из-за коронавируса поднялся нездоровый хайп, на волне которого на поверхность начала всплывать совсем не та информация, которая всплывать должна была бы (равно как и внезапно подскочили до х40 раз цены на респираторы, притом все без разбора). Так что нужно расставить точки над i. Под катом читаем про подбор правильного респиратора, про сборку кастомных фильтров и стерилизацию зараженных средств защиты. Ответы на вопросы.

Настоятельно рекомендую «в закладки». Буду рад любому посильному распространению статьи. Краткий итоговый FAQ — в конце статьи.

Вы даже не представляете, наверно, насколько важную работу сейчас делаете (хотя, скорее всего представляете, что это реальное спасение реальных жизней). Вот сидит человек с семьёй почти посредине страшной и никому неизвестной эпидемии. А в магазинах и аптеках ни хрена нормальной защиты уже нет. Человек бредёт в интернет-магазин, а там тоже уже ничего нет. И тут, вот он вы! И всё! И уже мы можем сделать что-то сами! И обеспечить не только семью, но и всех знакомых! А ещё и научить этому тайцев, с которыми рядом живём. И вот нам всем стало спокойнее и защищённее. Это дорогого стоит!

Читаешь вот такие сообщения, и понимаешь что писать нужно. Что ж, начинаем очередной лонгрид. В первой статье было упомянуто, что лучшей защитой от аэрозолей обладают «респираторы типа FFP3/P3/N99» по различным классификациям. Притом все рассказы продавцов, что вот дескать «этот противопылевой он от аэрозоля не защитит», а «вот этот противоаэрозольный — защитит» по моему мнению не стоят и выеденного яйца и сразу выдают людей без малейшего понятия в области коллоидной химии. Потому что по определению аэрозоль — это дисперсная система, состоящая из взвешенных в воздухе (дисперсионной среде), мелких частиц (дисперсной фазы). Притом практически нигде не разделяется тип дисперсной фазы (твердый/жидкий). Мелкодисперсная пыль в воздухе и микрокапельки, образующиеся при чихании, все это аэрозоль (часто даже размерность близка). Поэтому и эффективность задерживания дисперсной фазы респираторами будет примерно одинакова. Рассказы про промышленные аэрозоли и дымы достойны отдельной книги по коллоидной химии, а вот на биологических аэрозолях я, пожалуй, остановлюсь подробнее.

Биологические аэрозоли

Биологические аэрозоли — это аэрозоли, частицы которых несут на себе жизнеспособные микроорганизмы или токсины. Они возникают в помещениях во время каждого чихания, фыркания животных, а также осуществления различных технологических процессов: кормления животных, ухода за помещениями, в результате испарения и высыхания жидкости и попадания с пылью в воздух экскрементов больных животных и человека. В зависимости от размера частиц различаются 4 фазы биологического аэрозоля: крупнокапельная (диаметр частиц > 100 мкм), мелкокапельная (диаметр частиц < 100 мкм), капельно-ядерная (диаметр частиц < 1 мкм) и т.н. бактериальной пыли (частицы размером десятки и сотни нанометров).



Частицы крупнокапельной фазы находятся во взвешенном состоянии в течение нескольких секунд и быстро оседают. Дальность их рассеивания не превышает 2–3 метра. С точки зрения распространения возбудителей заболеваний, крупные капли представляют наибольшую опасность только в момент образования и в непосредственной близости от больного. Оседая на различные поверхности, они смешиваются с пылью и, подсыхая, образуют бактериальную пыль, которая при движении воздуха в помещениях многократно поднимается и оседает на поверхности, что делает ее источником постоянного повторного заражения воздушной среды.

Частицы пылевой фазы аэрозоля, размером более 50 мкм по своим кинетическим характеристикам аналогичны частицам крупно-капельной фазы, но отличаются от последних тем, что, осаждаясь на поверхностях под действием конвекционных потоков воздуха, вновь оказываются во взвешенном состоянии и способны многократно реинфицировать воздух помещения, создавая в нем предельно высокие концентрации микроорганизмов. При определенных условиях (уборке помещений, застилании постелей, высокой двигательной активности людей) количество частиц пылевого аэрозоля в воздухе может достигать 90–95 % от общего числа частиц всех фаз бактериального аэрозоля. Кстати, количество и величина частиц биологического аэрозоля, создаваемого инфекционным больным в воздухе помещения зависит от силы и частоты физиологических актов чиханья, кашля, разговора, а также интенсивности образования мокроты.

Мелкокапельная фракция частиц размером 30 и более мкм медленно оседают, формируя вместе с частицами крупнокапельной фазы бактериальную пыль. Мелкие частицы (до 10 мкм) подсыхают и превращаются в ядрышки размером 1 мкм и мельче, формируя капельно-ядерную фракцию. Эти частицы являются сложным структурным образованием, содержащим возбудителей инфекции заключенных в белковую оболочку, защищающую их от губительного действия факторов окружающей среды. Процесс испарения проходит очень быстро — для превращения мелких капель в частицы капельно-ядерной фазы требуются сотые доли секунды. Скорость оседания частиц мелко-капельной фазы размером менее 10 мкм и частиц капельно-ядерной фазы исчезающе мала, фактически, это почти стабильный аэрозоль. Поэтому не удивительно, что для длительного поддержания таких частиц во взвешенном состоянии достаточно небольшого движения воздуха (1–10 см/сек), которое практически всегда имеет место в любом помещении. Частицам мелкокапельной фракции присуща высокая способность переноситься с потоками воздуха на значительные расстояния. Частицы размером менее 10 мкм по своим кинетическим характеристикам аналогичны частицам мелкокапельной и капельно-ядерной фаз и имеют сходную с ними и эпидемиологическую характеристику. Из-за своего малого размера (1-10 мкм) такие частицы способны проникать в наиболее глубокие отделы дыхательных путей и являются одним из ключевых движущих факторов в распространении воздушно-капельных инфекций.

Величина частиц биологического аэрозоля определяет глубину их проникновения в дыхательные пути человека и, соответственно, локализацию и тяжесть течения заболевания. Частицы размером более 30 мкм оседают в основном на слизистой оболочке носа, гортани и трахеи, частицы размером 3–10 мкм – проникают в более глубокие отделы респираторного тракта – бронхиолы, а частицы размером 0,3–1 мкм в 51–82% случаев могут достигать альвеол.

Половина частиц аэрозоля диаметром менее 0,5 мкм, как правило, выдыхается обратно. Наибольшую опасность представляют высокодисперсные аэрозоли, частицы которых имеют размер до 2 мкм. Именно такие частицы проникают в глубокие отделы легких, вызывая их первичные поражения в виде пневмоний. Грубодисперсные аэрозоли, с частицами размером более 10-15 мкм в основном задерживаются на слизистой оболочке верхних дыхательных путей.


Подытоживая можно сказать, что чем меньше размеры частиц аэрозоля, тем дольше они сохраняются в воздухе и тем глубже проникают в дыхательные пути при вдохе. Длительность нахождения аэрозоля в воздухе (его стабильность) зависит от его температуры, влажности, скорости движения, концентрации частиц, их электрического заряда и других факторов, которые активно изучаются в курсе коллоидной химии, поэтому отдельно на этом останавливаться не будем.

Фильтры для очистки воздуха от бактерий и вирусов

Для контроля за аэрозолями разработано достаточно большое количество методов. Но в применении к рядовому жителю мегаполиса — это чаще всего использование фильтрующего материала. При фильтрации аэрозолей на сетчатых фильтрах дисперсные частицы задерживаются в основном вследствие того, что их размеры больше размеров ячеек фильтрующего материала (вследствие ситового эффекта). Логично, что уменьшать размер ячеек такого импровизированного сита можно не бесконечно. Поэтому существует такая вещь как фильтры волокнистые. Если в сите задерживаются только частицы крупнее отверстий, то в волокнистой структуре — все частицы (крупные и мелкие), но с разной эффективностью. Принцип работы волокнистых фильтров основан на том, что поток воздуха с частицами проходит в промежутках между волокнами. Частицы, коснувшиеся поверхности волокна, удаляются из потока и прочно удерживаются волокном за счет межмолекулярных сил. При фильтрации монодисперсного аэрозоля каждый элементарный слой волокон улавливает одну и ту же долю поступающих на него частиц. Любой полидисперсный аэрозоль можно представить как совокупность монодисперсных фракций, каждая из которых улавливается по своему механизму. В целом, механизм фильтрации аэрозолей на волокнистых материалах — это сумма различных эффектов, среди которых кроме ситового (имеющего наименьшее значение) существенную роль играют некоторые другие (под спойлером):


В целом, в волокнистом материале, который состоит из нескольких слоев беспорядочно расположенных волокон, перечисленные под спойлером эффекты осаждения частиц действуют с различной степенью проявления, а фильтрующие материалы характеризуются эффективностью улавливания аэрозолей и сопротивлением потока проходящего воздуха. Как правило, самые мелкие частицы, размером меньше 0,3 мкм, улавливаются преимущественно за счет диффузионного эффекта, а частицы больших размеров – преимущественно под действием механизмов касания, инерции и седиментации. Электростатический эффект осаждения проявляется в значительной степени при наличии высокозаряженных частиц и/или волокон.

Некоторые вещи проще объяснять на наглядных примерах, поэтому перейдем к конкретике. На сегодняшний день для фильтрации аэрозольных частиц подходят только волокнистые фильтры (ака HEPA или их отечественный аналог, фильтры Петрянова-Соколова, ака ФП)


Что этот советский респиратор может нам дать сегодня? Во-первых, в случае отсутствия каких-либо импортных СИЗОД, «Лепесток» можно применять для защиты от вирусных аэрозолей, равно как и использовать ткань из оного для замены, к примеру, фильтрующих элементов. Во-вторых, из-за недостатка информации по материалам из которых сделаны зарубежные HEPA фильтры, старые публикации по фильтрам Петрянова можно использовать как руководства к дезинфекции/стерилизации. Ну и кроме того, ориентируясь на материал волокон, можно подобрать условия работы и т.п.


Например, перхлорвиниловые фильтры Петрянова устойчивы к сильным кислотам и водным растворам щелочей, но не переносят температуры выше 60 градусов Цельсия. Полиакрилонитриловые фильтры Петрянова стойки к органическим растворителям, а полиакрилатные фильтры выдерживают температуры вплоть до 270 градусов. Современные зарубежные «пользовательские» фильтры аэрозольной фильтрации так же делаются из различных материалов и обладают различной устойчивостью к внешним воздействиям. В качестве примера — противоаэрозольники от 3М:


Дополнительно, в качестве иллюстрации к озвученному выше тезису про «субмикронные частицы задерживаются за счет диффузионного эффекта, крупные частицы — за счет касания и инерции» хотелось бы привести один факт. На рисунке ниже приведены значения а (=коэффициента фильтрующего действия) для материала ФПП-25. Эксперименты проводились с помощью монодисперсных аэрозолей в диапазоне размеров 0,04 — 2 мкм и плотностью около 1 г/см3. Скорости воздушного потока составляли 0,3 — 30 см/с. Чтобы исключить влияние электростатического эффекта, материал ФПП-25 был разряжен при облучении источником ⁶⁰Со.


Зависимость коэффициента фильтрующего действия материала ФПП-25 от размера частиц аэрозоля при разных скоростях фильтрации. Числа у кривых — скорость воздуха, см/c

На рисунке отчетливо различимы три области. В левой области захват аэрозолей происходит преимущественно за счет диффузионного осаждения частиц на волокнах. С уменьшением размера частиц и скорости потока а увеличивается. В правой области осаждение частиц происходит в основном за счет инерционного механизма. Эффективность тем больше, чем крупнее частицы и выше скорость потока. В промежуточной области а наименьшие. Все кривые на рисунке проходят через минимум. Здесь диффузионный и инерционный механизмы проявляются незначительно. Захват частиц определяется механизмом касания. Диапазон размеров частиц, соответствующий минимальным значениям а, характеризует наиболее проникающие частицы. На рисунке хорошо видно, что для каждой скорости он свой. При этом с увеличением скорости потока наиболее проникающими становятся все более мелкие частицы. Если для скорости 1 см/с их диаметр составляет около 0,4 мкм, то для скорости 30 см/с — около 0,15 мкм. Из представленных данных можно сделать вывод: если при некоторой скорости потока фильтр рассчитан на улавливание с определенной эффективностью наиболее проникающих частиц, то он с заведомо большей эффективностью будет задерживать как более мелкие, так и более крупные частицы.Скорости 0,3 — 10 см/с характерны для воздушных потоков в средствах индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД), а более 10 см/с — присуствуют в стационарных очистных фильтрах и различных аналитических аспираторах.

Так что если допустить что ФП ? HEPA, то можно сказать, что механизм электростатического улавливания является важным, но отнюдь не основным. Что не удивительно, так как при длительном хранении, сжатии и прессовании, в условиях высокой влажности, под действием ионизирующих излучений заряды с фильтрующих материалов стекают. Быстрая разрядка происходит и при длительной эксплуатации заряженного волокнистого материала вследствие накопления в нем электропроводящей пыли (аэрозоли сажи (!), металлических частиц, аэрозолей солей и т.п.). Хотя электростатические заряды на гидрофобных полимерных волокнах материалов сохраняются при хранении (в закрытом состоянии) в течении длительного периода времени, во время фильтрации электростатические заряды постепенно стекают с волокон. Практически электростатический заряд волокон обеспечивает повышенную эффективность улавливания аэрозольных частиц из атмосферного воздуха в течении нескольких десятков и сотен часов. Важно то, что после разрядки материалы все равно сохраняют высокие фильтрующие свойства, обусловленные структурными характеристиками материалов. При длительной фильтрации аэрозолей с твердыми частицами происходят постепенное забивание фильтрующего слоя и осаждение вновь поступающих аэрозольных частиц на уже осажденных частицах, в результате чего эффективность не уменьшается, а сопротивление материала постепенно возрастает. При этом скорость забивания зависит от концентрации, дисперсности и природы аэрозольных частиц.

Замечание про асбест: кроме уже упомянутых HEPA- подобных материалов, фильтровать аэрозоли можно и с помощью асбеста, который по своей химической природе уже представляет ультрадисперсные волокна. Поэтому первыми волокнистыми фильтрами были именно фильтры из асбеста (т.н. ЦАК, целлюлозно-асбестовые картоны). Целлюлозно-асбестовые картоны изготовляются из специально обработанных сортов целлюлозы в смеси с ультратонкими волокнами асбеста. В отдельные виды картона добавляются шерсть, хлопок и стеклянны волокна со связующими веществами. Такие фильтрующие картоны обеспечивают достаточно высокую эффективность улавливания аэрозолей. Однако они имеют низкую эластичность, малую пылеемкость и не стойки к влаге, что ограничивает их применение в респираторной технике. Ну и кроме того, асбест и его микроволокна — имеют зафиксированный канцерогенный эффект, что и вызывало повсеместный отказ от этого материала.

Выбор респиратора

Поговорив о материалах в общем, теперь стоит остановится на продукции с их использованием. В первой статье было упомянуто, что лучшей защитой от аэрозолей обладают «все респираторы класса FFP3. У нас доступны следующие варианты:



По прошествии некоторого времени я пришел к тому, что идеальный респиратор, помимо класса FFP3/P3 (и HEPA-материала корпуса) должен обязательно иметь клапан для выдоха и (!) обтюратор (мягкий корпус из силикона или резины, который обеспечивает герметичность маски). Потому что все невероятные свойства волокнистого материала могут быть сведены на нет подсосом воздуха через щель между маской и лицом. Это было еще известно во времена первых лепестков:

… Герметизация осуществлялась приклеиванием респиратора по линии обтюрации к лицу оператора клеем БФ-6, смазкой ЦИАТИМ, детским кремом и вазелиновым маслом<...>Отношение активностей респираторов с герметизацией клеем БФ-6 и смазкой ЦИАТИМ и без герметизации изменяется, в то же время как использование вазелинового масла и детского крема существенно не изменяет защитные свойства респиратора за счет герметизации по линии обтюрации...

Так что делайте выводы, и в комплекте с обычным одноразовым респиратором держите под рукой что-то вроде клея БФ-6. А лучше сразу искать подходящий респиратор. Пару заметок в канале (ать, два) были посвящены именно этому вопросу.

И вот уж при наличии этих условий на первый план выходит такой производитель защитного снаряжения, как немецкая фирма UVEX (не очками едиными...). Респираторы этой фирмы, в отличие от ширпотреба 3M выглядят как BMW рядом с Жигулями, но… Но соответственно мало распространены и не дешевы.





Ну и 3М достаточно слабо представлен в этой нише. Одна модель называется 8833 и фактически представляет из себя отличный вариант в классе противоаэрозольных респираторов.


К таким же ИКР-респираторам, можно отнести и модель 8835+. Он, кстати, самый симпатичный


Как напомнил мне Merllinn, существуют и другие модели с обтюратором, например респиратор SPIROTEK VS2300V, который намного дешевле 3M-cкой продукции. Возможно, это самый дешевый „идеальный антикорона-респиратор“ в наших краях…


В тему к одноразовым респиратором пару тематических заметок:






Подытоживая можно сказать, что респиратор с обтюратором конечно же удобнее чем противогазы, но найти этот самый обтюратор достаточно сложно. А учитывая то, что такие прохиндеи как в спойлере „про беларуских торгашей“ есть везде, то может оказаться что гораздо выгоднее (пусть и не так красиво) будет купить полумаску. Там прекрасный силиконовый обтюратор, надежные крепления и обилие сменных картриджей.

Выбор полумаски

Если изначально я не делал особой разницы между 3M-скими масками линейки 6ххх и 7ххх, то теперь делаю. И рекомендую брать именно 7-ки (хотя 6-ки дешевле). Связано это с тем, что маски 7ххх (самая распространенная 7502 — medium размера) позволяют разобрать респиратор на составные части, а значит упрощают процесс мытья и дезинфекции.





Кроме того, к этой маске, в случае чего, можно подключать систему принудительной подачи воздуха (S-200). Если есть деньги — можно взять полнолицевую маску, вроде 6800.


С такой маской не нужны герметичные очки, которые для полумасок и респираторов являются обязательном (=»в комплект") аксессуаром.

Замечание от spygates связанное с тем, что не «3М-ом единым» — «полнолицевые маски UNIX не хуже чем 3M, если не вдаваться в мелкие незначительные нюансы, а по цене в 3-4 раза ниже. Маска очень качественная, имеет силиконовый обтюратор и ремни, с прекрасным обзором и хорошим выбором сменных картриджей-фильтров. Я на днях их сравнивал в магазине, безо всяких сомнений купил себе UNIX 5100». Вот здесь видеообзор от автора, а вот здесь подробное описание самой маски и сменных картриджей к ней. В целом вариант интересный, но доступный не везде + байонеты unix и 3М между собой не совместимы…

Выбор герметичных очков

Из того что коронавирус запросто может проникать в организм через роговицу глаза следует, что для глаз необходимо предусмотреть защиту не хуже чем для органов дыхания. Здесь все попроще — достаточно любых герметичных очков с плотным прилеганием к коже. Подойдут любые очки для плавания, желательно с прозрачными линзами, или обычные защитные очки закрытого типа (=без вентиляции) для работы с опасными парами (кислот, щелочей, растворителей и т.п.). Вариантов много — такие (с поликарбонатным стеклом), или вот такие (с минеральным стеклом). Минеральные стекла, несмотря на то, что их легче разбить, проще обработать от запотевания. Нужно натереть стекло кусочком мыла (со стороны лица) и заполировать мягкой тканью. Для очков с пластиковыми «линзами» необходимо специальное средство от запотевания (об этом отдельно).


Хотя стоит отметить, что существуют и специальные не запотевающие очки UVEX.


Хорошей альтернативой могут стать и очки для плавания, особенно варианты с крупными стеклами, например, Aqua Sphere Seal 2. По цене они сравнимы с UVEX.


У 3М есть свой аналог герметичных (ключевое слово «gas-tight goggles» — для тех кто живет зарубежом и пытается там найти что-то подходящее) очков — Fahrenheit.


Ну и самые удобные (после «очков химика» конечно :) ) — закрытые очки Xcalibur от Hazchem.


Но при выборе очков важно не спешить. Очки нужно подбирать непосредственно под маску, ибо может так случится, что два этих СИЗ будут конфликтовать между собой. А найти готовые комплекты вроде General Personal Protection Kit в наших краях тяжело, а то и невозможно вовсе.


Здесь хотелось бы упомянуть и такую вещь, как средства защиты для детей. К сожалению все респираторы и полумаски по своим габаритам рассчитаны на среднестатистического взрослого человека. Возможным вариантом может стать использование масок для снорклинга (плавания с дыхательной трубкой). Производители выпускают маски разных размеров:


Правда все равно придется делать самодельный переходник, чтобы получить в итоге что-то вроде комбинации «детская маска+взрослый фильтр»:


Ну и остаются детские противогазы. Например противогаз детский фильтрующий ПДФ-2Ш или противогаз детский ПДФ-Бриз с фильтрующей коробкой, имеющей «Р3» в названии.


Выглядит, конечно, пострашней какой-нибудь 3М-ской полумаски, зато подходит для детей от 1,5 лет.

Замечание про рабочие температуры: это важно, если вы решили автоклавировать/стерилизовать очки повышенной температурой. Просмотрите предварительно в инструкции что допустимо для вашей модели. Часто имеет место разброс от 55 до 130С. Соответственно 130С можно дезинфицировать хоть кипятком, а вот 55С могут поплыть.

Переходники

Раз уж зашел разговор про необходимость создания переходников, то следует отметить, что решением проблемы поиска герметичных очков может стать использование отечественного противогаза + к нему современный картридж от 3М (о них поговорим отдельно). Все что нужно — найти подходящий переходник «байонет 3М <=> отечественная резьба». Ведь кому-то проще найти 3м-ское, кому-то отечественное. Недостаток старых противогазов в их фильтрующих коробках (угадать есть там хотя бы фильтроткань Петряева сложно). Новые модели уже имеют резьбовые картриджи с маркировкой Р3. Но стоит заранее определится, какой тип резьбы на вашем «дедовском противогазе». В современных российских полнолицевых масках (или панорамных) вроде ППМ-88 используется резьба типа КР40х4, которая совпадает с распространенной зарубежной резьбой NATO40. Если у кого-то дома есть 3D принтер, можно вполне себе печатать на подарки друзьям вот такие переходники:

С байонета 3М на резьбовое соединение NATO40



Или в наших реалиях более востребованный переходники с NATO40 на байонет 3М.


C таким подходом любые наши противогазы + 3М-ские картриджи будут самым дешевым и легким вариантом. Должно получится что-то вроде такого:


А можно вообще сделать даже переходник под HEPA фильтр пылесоса. Но это зависит от того, что завалялось в кладовке (отечественный противогаз там все-таки более частый гость)

Выбор фильтров

Наконец мы подобрались к одному из самых важных пунктов, потому что именно от него зависит качество поступающего под маску воздуха. Если с респираторами все более или менее ясно, то для владельцев полумасок и полнолицевых масок важно правильно подобрать «патрон»-картридж.

Изначально, я советовал всем противоаэрозольники в виде «блинов» — 2135, но потом рассудил, что в случае эпидемии эти сменные фильтры достаточно быстро станут рассадником вирусов.


Эти фильтры могут устанавливаться как в варианте as is, так и через крепление 502 на стандартный противогазовый фильтр.


Потом я начал советовать всем противоаэрозольные P3 фильтры типа 6035 в виде отдельных картриджей


Эти фильтры, в отличие от «блинов» гораздо проще в наших краях найти (они дешевле). Ну и вероятность обсеменения брызгами зараженной жидкости гораздо меньше у «коробочек» со сложенным гармошкой HEPA-материалом, чем у пластины, вся фильтрующая поверхность открыта всему миру. В принципе, среднестатистический обладатель полумаски может на патронах 6035/6038 остановится. Кстати, небольшой лайфхак — 6035 в силу конструктива при сжатии блокирует ток воздуха и таким путем позволяет позволяет проверить плотность прилегания полумаски к лицу.

А вот для любителей DIY, имхо необходимо брать любой, самый простой и дешевый стандартный картридж (вроде 6054), а к нему крепление-держатель для предфильтров типа 501


Замечание по поводу «одноразовости» 501-х креплений. Вот в этом видео, на тайминге 5.53 проскакивает фраза о «single use».

К упомянутому «конструктору» покупается противоаэрозольный предфильтр типа 5935 (можно в количестве нескольких наборов).


В дополнение к P3 вкладышу можно взять и копеечный P1/P2 вкладыш (5911 и 5925 соответственно) и пропитать его биоцидными пропитками (см. статью). Такая система позволит легко снимать предфильтры для последующей обработки и стерилизации. Общая схема элементов совместимых с 3М-скими полумасками показана на картинке:



Совсем недавно я узнал о том, что у 3М есть такой переходник как 603


Штука эта конечно стоит дороже обычных угольных фильтров, зато и легче оных. И в комбинации с переходником 501 может подойти для сборки собственных фильтро-конструктор.

Обращение к компании 3М: я совершенно искренне готов стать вашим послом бренда в Республике Беларусь. Ребят, ну ей богу, отличная ж продукция, неужели вам не хватает сил посадить пару-тройку адекватных специалистов для консультаций пользователей? Без ложной скромности скажу, что нынче любой из моих постоянных собеседников (особенно, со-админы) в чате при канале без проблем ответит на вопрос и по фильтрам, и по префильтрам, и по отличиям масок и еще по многим позициям, по которым затрудняются дать ответ «официальные представители компании»

Срок службы респираторов/фильтров. Теория

Наконец-то добрались мы и до самых животрепещущих вопросов. Про сроки службы. В целом, срок службы фильтров из волокнистого материала определяется, для аэрозолей высокой весовой концентрации, временем за которое масса осевшей на фильтре дисперсной фазы аэрозоля становится равной массе фильтрующего материала, для аэрозолей высокой активности — временем разрушения фильтрующего материала под действием активных соединений и т.д. и т.п. Сейчас многие консультанты (3М-cкие например) забывают про это и начинают привязываться к потере фильтром электростатического заряда. Заряд, напомню, может теряться под действием влаги, растворов электролита, интенсивного ионизирующего излучения. Полная потеря заряда может наблюдаться из-за деструкции полимера из которого сделаны волокна (в т.ч. из-за утраты им свойств электрета). Важно, что разрушенный материал наврядли сможет выполнять фильтрацию и с помощью других механизмов.

Если говорить кратко, то для любых волокнистых фильтров основным к факторами, определяющими срок службы следует считать запыленность воздуха и линейную скорость фильтрации, т. е. нагрузку по осадку. Чем меньше уровень пыли в воздухе и скорость фильтрации, тем больше будет срок службы. Пыль повышает сопротивление материала, приводит к тому, что через фильтр начинает проходить все меньше и меньше воздуха. Но эффективность улавливания аэрозолей не уменьшается, так как слой пыли является как бы дополнительным фильтром. Практика эксплуатации фильтрматериалов показывает, что максимальное накопление пыли не должно превышать 50—100 г/м2. При этом абсолютный прирост сопротивления материала (при скорости 1 см/сек) будет не более 5—10 мм вод. ст. Отличным вариантом при использовании волокнистых фильтров может быть использование вместе с ними предфильтров грубой очистки, снижающих весовую концентрацию аэрозолей за счет улавливания наиболее крупных частиц аэрозолей, размером не менее 1—3 мк. Таким образом мы улавливаем крупную пыль и оставляем для HEPA только отлов субмикронных частиц, продлевая срок его действия (почти неограниченно).

Так как для средств защиты дыхания скорость фильтрации постоянна, то срок службы зависит только от количества частиц. Поэтому чаще всего срок службы фильтров для различных условий их применения определяется практически, в процессе эксплуатации. Например при очистке атмосферного воздуха с удельной нагрузкой около 150 нм3/час*м2 и концентрацией 0.2—0.4 мг/м3 срок службы фильтров использующих материал ФПП-15-1.5 — 4000—5900 часов непрерывной работы. Можно сказать что для случаев вирусной инфекции срок действия фильтрующего материала будет исчисляться годами (если кроме бактериальной, никакой другой пыли в воздухе не будет). Несмотря на то, что в советское время электростатические материалы в респираторах маркировались именно по потере заряда, например, мне встречалась вот такая табличка в применении к респиратору «Лепесток-200»:


Но при использовании аналогичных фильтротканей в производственных фильтрах срок службы рассчитывался так, как будто материалы заряда не имеют. Электрические заряды обеспечивают большую эффективность фильтра лишь в начальный период эксплуатации, а в дальнейшем, при накоплении на фильтрующем материале значительных количеств осадка, нет уверенности, что фильтрующий материал останется в заряженном состоянии. Исследования фильтрующих материалов, работавших в фильтрах в течение нескольких лет, показали, что, как правило, электрических зарядов на материале нет.

В целом, эффективность аэрозольного фильтра определяется стандартным сопротивлением (толщиной) фильтрующего слоя и скоростью фильтрации аэрозолей. Чем толще слой фильтрующего материала, тем выше его эффективность. Однако увеличение толщины фильтрующего слоя приводит к увеличению его сопротивления, но не всегда позволяет задерживать частицы нужного диаметра. На рисунке показана зависимость числа слоев фильтрующего материала ФПП-15-2,0 для 95% улавливания аэрозолей при плотности 1,7 г/см3 (средняя плотность атмосферной пыли) в зависимости от радиуса частиц (числа у кривых — скорость фильтрации в см/с)


Из приведенной зависимости следует, что частицы радиусом более 0,4 мкм при рассмотренных скоростях можно уловить одним слоем. Наиболее устойчивые в свободной атмосфере частицы (0,2 < r < 0,4 мкм) с эффективностью 95 % улавливаются тремя слоями. Частицы радиусом 0,1 мкм при скорости 1 см/с улавливаются одним слоем, но при повышении скорости фильтрации количество слоев необходимо увеличивать. При 50 см/с необходимо устанавливать 6 слоев материала. Однако дальнейшее повышение скорости ведет к возрастанию эффективности фильтра за счет инерционного осаждения, и уже при 250 см/с требуется всего два фильтра. При рассмотрении еще более мелких частиц (радиусом 0,05 мкм)следует учитывать, что инерционный эффект отсутствует даже при 250 см/с. Поэтому если для 95%- ного улавливания таких частиц при 1 см/с требуется один слой, то с увеличением скорости количество необходимых слоев непрерывно возрастает, и при 250 см/с их требуется уже 13. При высокоскоростной фильтрации эффективность инерционного осаждения может снизиться из-за отскока частиц от волокон фильтра. Уменьшить вероятность отскока можно, выбирая фильтрующий материал с большим диаметром волокон.

Важно! Большое влияние на эффективность фильтрации волокнистыми фильтрами оказывает и жидкость, которая может попадать на фильтр/конденсироваться на нем. В этом случае фильтр быстро выходит из строя за счет резкого возрастания сопротивления при перекрытии пор фильтрующего материала жидкой пленкой. Поэтому фильтры с волокнистыми материалами нельзя применять при наличии в воздухе значительных концентраций аэрозолей масла, пластификаторов, трибутилфосфата, дибутилфталата, а также насыщенных паров органических растворителей, например дихлорэтана, ацетона и т. п., так как они вызывают набухание или растворение полимерных волокон. Попадание на фильтрующий материал значительных количеств аэрозолей масел приводит к набуханию волокон и снижению механической прочности материала при одновременном повышении его сопротивления. Допустимым количеством масла, уловленным фильтрующим материалом, следует считать 3—4 мг/см2.

При улавливании аэрозолей волокнистыми фильтрами считается, что твердые частицы, захваченные волокном, в фильтре не перемещаются. Иная картина наблюдается, если частицы аэрозоля жидкие, т. е. фильтр улавливает туман. Хотя захват жидких частиц волокнами происходит по общим законам улавливания аэрозольных частиц, дальнейшее поведение дисперсной фазы в данном случае иное. Твердые частицы оседают в основном во фронтальном слое, образуя проницаемый для газа пылевой осадок, участвующий даже в фильтрации аэрозоля. А вот капельки тумана растекаются по поверхности волокон в виде жидкой пленки, утолщающейся по мере поступления аэрозоля. Под действием потока газа и силы тяжести жидкость может перемещаться в волокнистом слое к местам пересечений волокон и собираться в капли. Сначала эти капли перекрывают самые мелкие поры фильтра, затем более крупные. Внешне это выражается в постепенном повышении сопротивления фильтра. Скорость воздуха через свободные наиболее крупные поры увеличивается. Если фильтр работал в диффузионном режиме, то увеличение скорости приведет к росту проскока тумана. При дальнейшем поступлении жидкости в фильтрующий слой наступит такой момент, когда жидкость заполнит весь свободный объем между волокнами и таким образом перекроет все поры фильтра. Это приводит к резкому повышению сопротивления фильтрующего слоя и полному прекращению его газопроницаемости. Чтобы газ прошел через поры, заполненные жидкостью, необходимо преодолеть гидростатическое сопротивление — разрыва жидкой пленки, перекрывающей поры.

Полное заливание фильтра водой (или другой жидкостью) повышает его сопротивление почти в тысячу раз. Естественно, что например волокнистый фильтр, рассчитанный на максимальное сопротивление 50—100 мм вод. ст., при заливании его жидкостью окажется практически непроницаемым для воздушного потока. Хотя опыт эксплуатации фильтров улавливающих аэрозоли с жидкой дисперсной фазой, показывает, что реальный срок службы такого фильтра оказывается значительно большим, а иногда даже неограниченно большим. Дело в том, что поступающая на фильтр жидкость может перемещаться в фильтрующем слое и постепенно — под влиянием сил тяжести и капиллярных сил — выводиться из фильтрующего слоя. Скорость такого отвода, конечно, зависит от вязкости и природы жидкости. Например, масло, уловленное фильтром ФП, проникает в сами волокна, вызывая их набухание. Поэтому скорость его отвода низка. Серная кислота, уловленная в виде тумана фильтром ФП (например, фильтром ФПП-15 или ФПП-70 из перхлорвинила, стойким к ее воздействию), выводится из фильтрующего слоя с заметной скоростью. Можно подобрать такой режим фильтрации, что поступающее на фильтр количество жидкости не будет превышать отводимое, и в таком режиме волокнистый фильтр может работать неограниченно долгое время.

Срок службы респираторов/фильтров. Практика

Как следует из всего выше сказанного, при использовании одноразовых (условно) респираторов, в которых корпус является основным фильтром, все что нам остается — надеяться, что в воздухе, который через этот респиратор проходит будет находится не слишком много крупных аэрозолей и пыли (=небольшой город, деревня и т.п.). С акцентом на бактериологическую фильтрацию (т.е. фильтрацию только вирионов) — использовать респираторы можно месяцами, озаботясь только правильно дезинфекцией/стерилизацией. Материал будет накапливать и концентрировать на себе вирусные частицы, а со сроком жизни вируса на поверхности около месяца — это уже серьезная заявка. И основной проблемой, с которой столкнется пользователь, будет не проскок вирусных частиц, а обсеменение корпуса фильтра, маски, герметичных очков, одежды и т.д. и т.п. Гораздо хуже дело будет обстоять, если в воздухе будут присустсвовать пыль/дым/выхлопы (= условия крупного мегаполиса) и т.п. Их негативный эффект скорее всего достаточно быстро снизит эффективность работы респиратора. И ничего сделать в такой ситуации не получится, респираторы не подразумевают установку предфильтров грубой очистки. Останутся только полумаски и полнолицевые маски и картриджи к ним.

Широко распространенные фильтрующие картриджи к полумаскам 3М и так не отличались низкой стоимостью (относительно отечественной продукции, сравнимой по ТТХ), а в связи с эпидемией стоимость эта сделала где х2, а где и даже х5. Конечно может быть причина в недобросовестных диллерах, но как говорится, осадочек остался.


Если теперь, вооружившись теорией, взять самый распространенный противоаэрозольный картридж типа 6035, то можно сказать, что его ресурс ограничен лишь легкостью дыхания — забиваясь, через противоаэрозольные фильтры становится трудно дышать. Продувая, можно, например, выдуть большие частицы пыли и, теоретически, фильтр должен начать работать, но картриджи 3М 6035 не рассчитаны на избыточное давление (большее, чем может создать человек при вдохах) и есть риск, что фильтр просто рвется при продувании от линии сжатого воздуха (эффект очень похож с результатом от продувания и «провал» очень легко перепутать с «успехом» — через отверстия и прорывы фильтра станет легче дышать и будет казаться, что продувка сработала, но вся защита у фильтров при этом пропадет, т. к. все частицы пойдут не по фильтру, как было раньше, а прямиков в новообразовавшиеся отверстия). Работая с покрасочными материалами следует быть вдвойне осторожным с подобными продувками: покрасочные материалы, попадая на поверхность фильтра, отверждаются и образовывают непроницаемую для воздуха пленку, в таком случае, выдувая их, вероятно, создается избыточное давление, которое просто «вырывает» фильтр от корпуса. Т.е. продувать формально не рекомендуется, и менять фильтр надо по факту затруднения дыхания. Но если немножко и осторожно продуть просто потоком воздуха без давления, то прокатит. Ну, или снять крышку и простучать.

Поэтому если все-таки было решено основным СИЗОД сделать полумаску, то следует предпочесть сборную конструкцию (вроде той, о которой я писал выше, 603+501+5911+5935) индивидуальному «all inclusive» патрону вроде 6035.

Стерилизация фильтрующих материалов

Если со сроком работы все примерно ясно, то с вопросами стерилизации фильтрующих материалов (респираторов и картриджей) одни сплошные вопросы. Абсолютное большинство производителей, удосужившихся упомянуть свое оборудование вместе с «работа в условиях вирусной эпидемии», рекомендуют сменные фильтры после использования утилизировать как биологические отходы повышенной опасности. Хотя благодаря труду Merllinn нашлись статьи, в которых показана высокая эффективность (с сохранением фильтрующей способности — это очень важно) дезинфекции одноразовых респираторов. Например, с помощью стерилизации паром перекиси водорода (HPV). В целом, стерилизация паром перекиси — одна из наиболее перспективных замен кварцеванию/озонированию. Хотя последние тоже не собираются сдавать позиции, см. еще одну найденную Merllinn статью с описанием высокой эффективности обработки одноразовых масок с помощью ультрафиолета (обработка против обсеменения вирусом гриппа). В целом пока можно утверждать, что стерилизация парами/ультрафиолетом дает в краткосрочной перспективе прекрасный эффект и способна продлить жизнь одноразового респиратора на N-раз. Почему N — а потому что фильтрующая способность волокнистых фильтров полностью зависит от их внутренней микроструктуры, и при многократной обработке материалы могут разрушаться (например, т.н. ультрафиолетовая деградация полимеров). Как быстро этот эффект может проявится сказать сложно, это будет зависеть и от мощности используемых ламп/концентрации паров перекиси и от используемых в респиратора полимеров и конечно же от частоты обработки.

Про стерилизацию ультрафиолетом: буквально сегодня в канале проскочила такая информация:

Для дезактивации 99% вируса гриппа в одноразовой маске, необходимо на протяжении 10 секунд подержать бактерицидную лампу (254 нм, 800 мкВт) на расстоянии около 3 см от маски

Коронавирус к ультрафиолету еще менее устойчив чем вирус гриппа. Но! Но сколько раз маска выдержит облучение жестким УФ до того как рассыпется в руках — сложно сказать. Теоретически, производители полимерных волокон добавляют в их состав вещества снижающие воздействие ультрафиолета. Чаще всего это делается для продукции предназначенной для использования на открытом воздухе (т.н. outdoor). Т.е. потенциально перестроить техпроцесс производства масок под их стерилизацию УФ несложно. Только выгодно ли это самим производителям масок…

Идем далее. Если опираться на озвученное в начале статьи предположение, что ФП?HEPA и посмотреть на «дочку» респиратора Лепесток-200, респиратор Алина-316, то можно увидеть что сам производитель рекомендует проводить дезактивацию респиратора с помощью антисептика. Делать это желательно после «контактирования с бациллярными больными или высокоопасными биологическими и вирусными инфекциями (турбекулез, атипичная пневмония, птичий грипп)»:



Что же касается фильтрующих картриджей (вроде 3М 6035), то сам производитель указывает в инструкции, что:

фильтры следует менять, когда они забьются твердыми частицами. пользователь сможет определить, когда это произойдет по увеличению усилия вдоха. противоаэрозольные фильтры предназначены для улавливания частиц в промышленных условиях в концентрациях, намного превышающих концентрации бактериальных и вирусных частиц в воздухе. поэтому ожидается, что один набор фильтров будет способен без замены выдержать волну пандемии, после чего их следует заменить по соображениям инфекционного контроля

.
Т.е. подтверждает все выводы, озвученные мной ранее = «противоаэрозольники могут по отношению к фильтрации вируса работать в десятки и сотни раз дольше, чем по отношению к твердым частицам», но с условием обязательной дезинфекции внешней поверхности картриджей (сам фильтр трогать не нужно).

Так что для фильтрующих патронов ситуация с обеззараживанием еще проще чем с респираторами — все что нужно, это с сохранением мер безопасности снять их с полумаски и поверхностно обработать. Как это сделать — вопрос дискуссионный. Можно, например, выдержать фильтры в сухо-жаровых условиях (коронавирус дезактивируется при 60 градусах с экспозицией в 30 минут). Можно продуть парами пероксида водорода или спирта (спирт этиловый (>60 об.%), спирт изопропиловый (>60 об.%)). Желательно избегать попадания влаги внутрь закрытых картриджей (см. теоретическую часть этой статьи). Хотя ничего страшного не произойдет, но эффективность работы восстановится только после того как влага с помощью капиллярного эффекта будет удалена из волоконо (ускорить процесс можно продуванием струей теплого воздуха из фена). Лучший из возможных вариант — использование конструкторов из 603+501+ предфильтр P3. Пластинки предфильтров можно снимать и стерилизовать/сушить как душе заблагорассудится. Можно в дополнение к P3 (5935) использовать и грубый P1 (5911) пропитанный антисептиком (мирамистин, цетилперридиний, пгмг).

Важно! Не забывайте, что снимать «зараженные» фильтры тоже необходимо в условиях строго асептики, т.е. хотя бы в перчатках. Перчатки же потом нужно либо стерилизовать, либо выбрасывать. Но не стоит забывать, что их нужно уметь правильно снимать. Этому учат врачей и микробиологов, а я напомню в отдельной заметке. В качестве инструкции — смотрите внимательно видео




Если нет упора на многоразовость, то просто утилизируйте все одноразовые маски, перчатки, накидки, бахилы после использования. Собирайте в мешки и заливайте гипохлоритом натрия с концентрацией не менее 1%. В ближайшее время я постараюсь собрать все часто задаваемые вопросы по дезинфекции, составам, концентрациям и прикрепить сюда в виде отдельного RTFM. Пока есть время — настоятельно рекомендую всем интересующимся темами озвученными в статье переместиться в LAB66 и читать/принимать активное участие в обсуждении. Без ложной скромности, там собралось одно из самых грамотных «антикоронавирусных» комьюнити на наших территориях.

КРАТКИЙ RTFM (будет пополняться)


Благодарность: автор выражает искреннюю благодарность ребятам, разбросанным по всему евразиатскому континенту, которые дружно подключились к поиску оптимальных средств защиты и антисептиков и обсуждению в нашем маленьком telegram-сообществе. @catraccoon ,@vinzekatze, @ravengo, @craneop, @ kaputmaher, @aswsh, @t_samoilova, @ fogree, @ evgeniiSi, @besyaya — спасибо, ребята!