Ultraviolet germicidal irradiation inactivation of airborne fungal spores and bacteria in upper-room air and HVAC in-duct configurations


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Abstract

The efficacy of ultraviolet germicidal irradiation (UVGI) for inactivating airborne fungal spores and bacterial vegetative cells was evaluated under three configurations — intrinsic, upper-room air, and in-duct. Correspondingly, experiments were performed in (1) a pilot-scale chamber (0.8 m3), fitted with four corner UV lamps that irradiated the entire chamber (average UV fluence rate 10.6 ± 0.8 μJ s−1cm−2); (2) a full-scale room (87 m3), fitted with a UVGI system that irradiated the top 30 cm of the room (5 fixtures, 216 W total lamp power, average upper-zone UV fluence rate 26 ± 1 μJ s−1cm−2); and (3) the supply air duct of a heating ventilation and air-conditioning (HVAC) system. Fungal spores of Aspergillus versicolor and vegetative cells of bacterium Mycobacterium parafortuitum were aerosolized continuously such that their numbers and physiologic state were comparable both with and without the UVGI lamps operating. The Z value (UVGI inactivation rate normalized to UVGI fluence rate) was estimated to be 1.2 ± 0.4 x 10−4 cm2 μJ−1 for aerosolized A. versicolor. Upper-room air UVGI inactivated culturable airborne fungal spores with a first-order rate constant of 0.4 ± 0.2 h−1. Ultraviolet lamps enclosed in ventilation system ductwork inactivated fungal spores and vegetative bacterial cells at single-pass efficiencies of 75% and 87%, respectively, at an air stream velocity of 2.2 m s−1. There was no detected inactivation of fungal spores and vegetative bacterial cells at an air stream velocity of 5.1 m s−1.RésuméL'efficacité de l'irradiation germicide par UV (UVGI) pour inactiver les spores fongiques et les cellules bactériennes végétatives dans l'atmosphère a été évaluée dans trois configurations – intrinsèques, dans l'air de la partie supérieure des pièces et dans les conduits de ventilation. Les expériences ont été réalisées respectivement dans (1) une chambre à l'échelle pilote (0,8 m3) munie de lampes UV aux quatre coins qui irradiaient la chambre en entier (taux moyen de fluence UV de 10,6 ± 0,8 μJ s−1cm−2); (2) une salle à pleine échelle (87 m3), munie d'un système UVGI qui irradiait les 30 cm supérieurs de la salle (5 luminaires, puissance totale de 216 W, taux moyen de fluence UV dans la partie supérieure de 26 ± 1 μJ s−1cm−2); et (3) la conduite d'amenée d'air d'un système chauffage, ventilation et climatisation (CVC). Les spores fongiques d'Aspergillus versicolor et des cellules végétatives de bactéries Mycobacterium parafortuitum ont été projetées en aérosol de manière continue de manière à ce que leur nombre et l'état physiologique étaient similaires que les lampes UVGI fonctionnaient ou non. La valeur de Z (taux d'inactivation UVGI normalisé au taux de fluence UVGI) était estimée à 1,2 ± 0,4 x 10−4 cm2 μJ−1 pour A. versicolor pulvérisée. L'UVGI dans l'air de la partie supérieure de la pièce a inactivé les spores fongiques pouvant être cultivées dans l'atmosphère avec une constante de vitesse des réactions du premier ordre de 0,4 ± 0,2 h−1. Les lampes UV encastrées dans les conduits du système de ventilation ont inactivé les spores fongiques et les cellules bactériennes végétatives avec des efficacités monopasses de 75 et de 87% respectivement à une vitesse d'écoulement d'air de 2,2 m s−1. Aucune inactivation des spores fongiques et des cellules bactériennes végétatives n'a été détectée à une vitesse d'écoulement d'air de 5,1 m s−1.

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