Использование токов высокой частоты для дезинфекции документов на бумаге
Решение проблемы дезинфекции книг в целях уничтожения микроорганизмов, вызывающих преждевременное разрушение печатных материалов, имеет большое значение для сохранности библиотечных фондов. По сравнению с другими предметами книги дезинфицировать крайне сложно ввиду их плохой проницаемости, а также из-за уязвимости обрабатываемого материала.
Способов стерилизации описано много. С этой целью чаще используют химические вещества. Существует множество препаратов, способных ингибировать рост микроорганизмов. Однако требования безопасности для бумаги и людей существенно сужают круг используемых веществ. Кроме того, опыт работы показал, что трудно обеспечить равномерное проникновение дезинфектанта во внутренние части книг. В связи с этим возрос интерес к различным физическим способам стерилизации — таким как ультрафиолетовое облучение, гамма-облучение, лазерная обработка и воздействие электромагнитного поля.
Установлено, что электромагнитное излучение оказывает воздействие на живые организмы практически во всех диапазонах волн. Быстрота ввода энергии во всю толщу облучаемого объекта, легкость регулирования этого процесса делают заманчивым внедрение высокочастотной энергетики для стерилизации книг. Характеристика процесса электромагнитного излучения Под высокочастотным нагревом (нагрев токами высокой частоты) понимается нагрев при бесконтактной передаче энергии с помощью электромагнитного поля. Электромагнитное поле представляет собой особый вид материи и является носителем электромагнитной энергии. Оно определяется совокупностью взаимосвязанных электрического и магнитного полей. В зависимости от того, какая составляющая электромагнитного поля играет основную роль, различают нагрев в магнитном поле (индукционный нагрев) и в электрическом поле (диэлектрический нагрев). Для индукционного нагрева используются частоты от 50 Гц до 5 МГц, для диэлектрического — от сотен килогерц до тысяч мегагерц. Индукционный нагрев осуществляется вихревыми токами, индуцированными в нагреваемом предмете. Поэтому индукционным способом можно нагревать только электропроводящие материалы. Соответственно, для документов на бумаге применяется диэлектрический нагрев.
Распространение высокочастотного метода объясняется целым рядом его особенностей: появляется возможность обеспечения быстрого подъема температуры в обрабатываемом материале; процесс не имеет инерции и прекращается со снятием напряжения с рабочего конденсатора; технологические процессы с использованием скоростного высокочастотного нагрева легко под даются механизации и автоматизации. Высокочастотный нагрев диэлектрических материалов осуществляется при помещении их между пластинами конденсатора, к которым подведено напряжение, равное нескольким сотням или тысячам вольт, при частоте тока, исчисляемой десятками миллионов герц. Процесс протекает за счет поляризации имеющихся в диэлектрике «связанных» зарядов. В присутствии электрического поля заряженные частицы (диполи, ионы) стремятся ориентироваться в направлении поля, при этом накапливается энергия. Если снять поле, то заряженные частицы возвратятся в свое «нейтральное» положение и из-за наличия между частицами материала межмолекулярного трения потенциальная энергия превращается в тепловую. Если диэлектрик поместить в переменное электрическое поле, то при каждом изменении поля внутри материала будет генерироваться некоторое количество теплоты. Чем чаще изменяется направление поля (чем выше частота колебаний), тем больше теплоты выделится в диэлектрике за единицу времени.
Практическое использование электромагнитного излучения
- Диэлектрический нагрев используется для разнообразных технологий, основными из которых являются:
- сушка древесины, пряжи, сыпучих материалов;
- склейка изделий из древесины (оконные переплеты, двери, щиты, мебель, музыкальные инструменты), полимерных и комбинированных материалов;
- сварка изделий из полихлорвинила и других пластмасс, а также синтетических волокон и пленок;
- подогрев с целью ускорения полимеризации при изготовлении изделий из стеклопластиков;
- сушка литейных стержней, разогрев пищевых продуктов и т. п.
Важным аспектом применения неионизирующего электромагнитного излучения является его использование в целях стерилизации. Для нас наиболее актуальным является воздействие электромагнитного излучения на плесневые грибы, так как в условиях книгохранилищ основными разрушителями документов являются именно микромицеты. Повреждение материалов плесневыми грибами происходит как в результате механического разрушения разрастающимся мицелием, так и за счет воздействия различных продуктов метаболизма грибов, прежде всего органических кислот и ферментов.
Существуют несомненные доказательства высокой устойчивости плесневых грибов к воздействию различных физических способов дезинфекции. В особенности это относится к некоторым, как правило, темноокрашенным видам микромицетов, представителям классов ас- комицетов и несовершенных грибов:
- Alternaria alternata,
- A. radicina,
- Aureobasidium pullulans,
- Aspergillus niger,
- Cladosporium herbarum,
- C. shaerospermum,
- Trichoderma viride и др.
Содержащиеся в их клетках и спорах меланиновые пигменты осуществляют защиту этих микроорганизмов от различных повреждающих факторов. Практически возможность дезинфекции книг в электрическом высокочастотном поле была установлена в 1947 г., когда для Государственной публичной библиотеки проводилась сушка книг, содержащих повышенное количество влаги, в лаборатории профессора Вологдина. Было установлено, что в процессе сушки погибли споры грибов, находящиеся в книгах. Эти предварительные данные позволили считать целесообразным дальнейшие исследования для определения условий и режима дезинфекции книг в электрическом высокочастотном поле. В настоящее время в лаборатории ФЦКБФ используется высокочастотная диэлектрическая установка (ВЧД 13-10/27), разработанная в 1987 г. Научно-исследовательским технологическим и проектно-конструкторским институтом токов высокой частоты им. В. П. Вологдина. Установка предназначена для нагрева документов на бумаге в высокочастотном электрическом поле с целью дезинфекции, для обеспечения сохранности документов.
Принцип работы ВЧД установки Установка состоит из двух блоков — технологической камеры и высокочастотного генератора. Технологическая камера представляет собой экранированный шкаф, внутри которого находится конденсатор, состоящий из трех пластин. Высокочастотное напряжение подается на среднюю пластину, верхняя и нижняя — заземлены. Для удобства загрузки конденсатора верхняя и нижняя пластины соединены с подъемным устройством. Размеры пластин рабочего конденсатора 60x80 см. В верхней части нагревательной камеры расположен механизм для сжатия пакетов нагреваемых документов. Высота пакета — 20 см, масса одновременно загружаемых документов — 50 кг. Документы в технологической камере Технологическая камера установки имеет устройство для вытяжной вентиляции. В целях безопасности внутреннее пространство камеры изолировано от оператора двумя двустворчатыми дверцами, имеющими сплошное электропроводное уплотнение по краям. При закрывании дверцы притягиваются электромагнитом. Справа от технологической камеры располагается высокочастотный генератор, который представляет собой отдельный экранированный алюминиевый шкаф с размещенными внутри двумя генераторными лампами. Генератор служит для создания высокочастотного напряжения, поступающего в технологическую камеру. Лампы работают только при наличии охлаждающего потока воздуха, который создают специальные вентиляторы.
Основные технические характеристики установки
- Рабочая частота 27,12±0,2712 МГц
- Высота стопы нагреваемых документов 200±10 мм
- Влажность документов 4 %—20 %
- Анодное напряжение До 5,25 кВ
- Полезная мощность До 10 кВт
- Потребляемая от сети мощность До 21 кВт
- Размеры пластин рабочего конденсатора 600 х 800 мм 2.
- Напряжение питающей сети 380 В, трехфазное
- Ток сеточный 0,6 — 0,8 А
- Ток анодный — 3,2 —3,8 А
- Удельный расход электроэнергии 0,14 кВт-ч/кг
- Масса установки 900 кг
- Время нагрева одной загрузки Материала до температуры 100 ± 5 °С не более 20 мин
Требования к обрабатываемым документам
Для одновременного нагрева с целью дезинфекции в рабочий конденсатор следует загружать книги, влажность которых отличается не более чем на 2—4 %. Если влажность книг отличается более чем на 4 %, то одновременный нагрев их происходит неравномерно. При относительной влажности воздуха, равной 65 %, влагосодержание различной бумаги составляет от 4,5 до 14 %. При этом надо иметь в виду, что если дезинфицировать книги, имеющие нормальную исходную влажность, то необходимо принять меры для того, чтобы потери ими влаги были минимальными. Это достигается уплотнением материала и применением закрытых рабочих конденсаторов. Книги в кожаных переплетах, а также книги с металлическими скрепками, заставками, золотым тиснением, с применением силикат- .
Предварительная обработка документов перед загрузкой в технологическую камеру
Перед каждой обработкой все документы должны быть осмотрены и очищены от пыли и загрязнений. Перед обработкой также необходимо рассортировать документы по влажности. Если в результате протечки есть залитые водой книги, то их необходимо отделить от сухих и слегка увлажненных. Сильно увлажненными считаются документы с влажностью более 20 %. Влажность книг определяют с помощью прибора Влагомер МГ4У. Эффективность дезинфекционной обработки документов в камере ВЧД установки Определяют эффективность дезинфекционной обработки документов в камере установки токов высокой частоты следующим образом. Суспензию спор плесневых грибов, определенного титра (обычно 1—2 млн/мл), в количестве 0,1-0,2 мл наносят на стерильные образцы бумаги. После подсушивания образцы заворачивают в стерильную бумагу и помещают между книгами в камеру установки. Жизнеспособность микроорганизмов определяют одним из следующих способов. Либо делают реплики на стерильную агаризованную питательную среду в чашки Петри, либо помещают образцы в эксикатор с повышенной влажностью и выдерживают в термостате определенное время. Затем оценивают рост микромицетов на образцах бумаги по 6-балльной шкале согласно ГОСТ 9.048-89. Результаты опытов свидетельствуют о том, что для достижения 90—100 %-й гибели спор микромицетов необходима обработка в среднем в течение 15 мин. Влияние обработки на свойства бумаги Важным условием возможности применения токов высокой часто¬ты для обработки документов является также отсутствие отрицательного действия данной обработки на оптические и физико-механические свойства бумаги. Белизну бумаги определяют по коэффициенту диффузного отражения до и после обработки в камере установки на приборе Specol при длине волны 457 нм. Исследования образцов бумаги разных видов — из 100 % хлопковой целлюлозы, из 100 % сульфатной целлюлозы, книжно-журнальной — показали, что изменения показателя белизны невелики и составляют от 5,1 (бумага из хлопковой целлюлозы) до 12,0 % (книжно-журнальная). В качестве критерия изменения механических свойств бумаги при¬нят показатель сопротивления излому. Обработка в камере ВЧД уста¬новки неравнозначно изменяла механическую прочность разных видов бумаги. Наибольшая потеря прочности наблюдается у образцов книжно-журнальной бумаги и составляет 22,4 %, наименьшая — у образцов, состоящих из 100 % хлопковой целлюлозы, — 10,3 %. В целом, эти изменения не особенно значительны. Но это касается обработки документов в течение 15 мин, при увеличении времени воздействия токов высокой частоты на бумагу ее оптические и физико-механические характеристики изменяются в большей степени.
Главное условие сохранности фондов — поддержание оптималь¬ных условий в хранилищах: определенного температурно-влажностного режима, очистки от пыли, правильного уровня освещенности и т. д. На практике, к сожалению, в результате аварийных ситуаций, мы сталкиваемся с документами, пораженными плесневыми грибами уже в очень значительной степени, и в таких случаях установка токов вы¬сокой частоты может быть очень полезна.
В настоящее время в РНБ в камере установки обрабатывается около 3 тыс. единиц документов в год. При необходимости это количество может быть увеличено до 25—30 тыс.
Список использованной литературы Донской А. В., Куляшов С. М., Нюкша Ю. П. Дезинфекция книг в электриче¬ском высокочастотном поле // Дезинфекция и реставрация библиотечных материалов. Л., 1959. С. 29-34. Жданова H. Н., Василевская А. И. Меланинсодержащие грибы в экстремаль¬ных условиях. Киев : Наук, думка, 1988. 193 с. Пресман А. С. Электромагнитная сигнализация в живой природе. М . : Сов. ра¬дио, 1974. 64 с. Шамов А. Н., Бодажков В. А. Проектирование и эксплуатация высокочастот¬ных установок. Л. : Машиностроение, 1974. 280 с