Рисунок 1 - Источники загрязнения атмосферного воздуха
Автор: В. Г. Смоляга
Источник:
В статье обращено внимание на области распространения аэрозолей в различных сферах деятельности человека. Представлены основные источники и виды пыли. Предложена классификация методов очистки атмосферного воздуха от аэрозольных частиц.
Ключевые слова: загрязнения воздуха, аэрозоль, выбросы, бытовая пыль.
Постановка проблемы. В последние десятилетия особенно обострились экологические проблемы. Исследования в области устранения вредного влияния различных видов деятельности человека на окружающую среду ведутся давно. В их числе эффективная очистка воздушных и водных бассейнов, утилизация опасных отходов производств, поиск более экологических материалов и технологий.
Одной из главных проблем является ухудшение состояния атмосферного воздуха. Атмосфера Земли обладает способностью к самоочистке и восстановлению нарушений, вызванных деятельностью человека. С течением времени, под действием этого механизма, баланс восстанавливается, но, чем сильнее нарушение, тем больше времени требуется на восстановление. При постоянном воздействии выбросов атмосфера не успевает восстанавливаться, что влечет за собой необратимые изменения, как правило негативные.
Рисунок 1 - Источники загрязнения атмосферного воздуха
Проблема загрязнения атмосферного воздуха известна уже не одно десятилетие и продолжает волновать человечество и по сей день. Очистка непосредственно воздуха атмосферы является трудно осуществимым процессом. Весь упор в исследованиях и разработках делается на уменьшение поступающих в атмосферу загрязнителей.
Целью проведения данных исследований является составление классификации газоочистного оборудования с позиции применения различных методов очистки газа и в зависимости от свойств аэрозольных частиц.
Материалы и обсуждения.
Здоровье человека в значительной степени зависит от качества поступающего в организм воздуха. При большой загрязненности воздуха у людей начинается нарушение самочувствия, а при длительном воздействии — развитие хронических заболеваний.
Выбросы промышленных загрязнений, энергетических систем, автотранспорта в атмосферу оказывает прямое воздействие на все живое. Страдает природа, погибают растения и животные, происходит повышенная заболеваемость населения. Воздействие загрязнений на человека и животных проявляется, прежде всего, в поражении верхних дыхательных путей, а также снижении сопротивляемости организма к возбудителям инфекций. Неблагоприятно влияет на здоровье людей и животных выбрасываемые автотранспортом соединений свинца, приводящие к нервным расстройствам, малокровию, потере памяти, слепоте и бесплодию.
Высокая запыленность воздуха приводит к легочным и аллергическим заболеваниям, зарегистрированным у 20 % городского населения планеты. Опасные загрязнители образуются при производстве цемента и стекла. Загрязнение атмосферного воздуха таит в себе не только угрозу здоровью людей, но и носит большой экономический ущерб.
Повышенная запыленность атмосферы препятствует проникновению ультрафиолетовых лучей, которые способствуют очищению воздуха от вредоносных бактерий. Несмотря на вредное влияние ультрафиолетового излучения на все живые организмы, уменьшение его уровня ниже нормы приведет к распространению заболеваний, возможно эпидемиям и пандемиям.
тв. Наличие в выбросах крупных частиц пыли или капель химикатов на современном этапе хоть и представляет опасность, но на предприятиях предусмотрены эффективные системы газоочистки с успехом справляющиеся с частицами загрязнений. Исследования показывают, что крупные частицы представляют определенную угрозу окружающей среде и здоровью человека. Такие частицы обладают относительно большой массой и размерами, что уменьшает их опасность, поскольку при большой массе частицы, даже попав в атмосферный воздух со временем оседают, причем, чем тяжелее и крупнее частица, тем меньше времени она находится во взвешенном состоянии.
Рисунок 2 - Методы борьбы с загрязнением воздуха
Основными источниками промышленных выбросов являются теплоэлектростанции и предприятия тяжелой промышленности, которые соответственно дают почти две трети техногенных загрязнений. В составе газопылевых выбросов находятся оксиды серы и азота, зола, мельчайшие частицы топлива, опасные радиоактивные элементы, диоксины, угарный газ и многие другие вредные вещества. Значительным загрязнителем воздуха является автотранспорт.
Особую опасность представляют частицы очень малых размеров, которые в смеси с воздухом или газовой средой образуют ультрадисперсные системы (УДС) — аэрозоли [2]. Здесь сказывается так называемый размерный эффект: чем меньше размер частицы, тем больше ее активная поверхность. Наибольшую опасность для человека составляют аэрозоли и частицы ультра- и нанодисперсного диапазона размеров. Из-за весьма малых размеров эти частицы способны проникать через поры, легкие и даже клеточные мембраны, что приводит к необратимым процессам в клетках и развитию тяжелых заболеваний. Ультрадисперсные частицы встречаются не только на предприятиях, но и в условиях жилых комплексов: парфюмерия, освежители воздуха, пудры, тальк, продукты косметики и бытовой химии.
Современная цивилизация все в большей степени создает проблему аэрозолей искусственного происхождения. Распространение взвешенных частиц в газе с течением времени только увеличивается. В 60-70е годы ХХ века исследования мельчайших частиц проводились только в специфических отраслях, таких как атомная промышленность, радиоэлектроника, космонавтика. В настоящее время частицы ультрадисперсного размера можно встретить повсеместно. Это связано с повышением требований к точности и качеству выпускаемой продукции. Это также стимулирует поиск нового, более высокотехнологичного пути усовершенствования процесса производства.
Многочисленные исследования показали, что мелкодисперсные частицы оказывают негативное влияние на здоровье человека. Одной из возможностей по повышению качества жизни является применение установок очистки воздуха для повторного его использования. Такие установки применяются в космонавтике и авиации, медицинских и лабораторных комплексах, фармацевтике и других отраслях. К ним также предъявляется ряд требований: небольшой занимаемый объем, высокая степень очистки от аэрозольных примесей, очистка от органических включений, низкое энергопотребление.
В повседневной жизни рекуперация воздуха, особенно с современными остеклением и герметизацией в квартирах весьма актуальна. Воздух, поступающий в жилое помещение из атмосферы, т. е. относительно чистый воздух, который не несет никакой угрозы здоровью человека можно найти разве что в горных районах или в отдаленных поселениях с малым количеством автомобильного транспорта, находящихся на большом расстоянии от каких либо промышленных комплексов. В городах, а особенно в мегаполисах, атмосферный воздух содержит в себе различные виды аэрозольных частиц [1], бактерии и химические соединения. Их количество невелико, но велик период воздействия, что негативно сказывается на здоровье и самочувствии людей. Проблема очистки подаваемого в помещения атмосферного воздуха частично решена с помощью кондиционеров, обладающими функциями очистителя, однако они обеспечивают очистку от крупной пыли и, в лучшем случае, лишь частично от микроорганизмов.
Рисунок 3 — Фотография структуры бытовой пыли под микроскопом
Домашняя пыль может содержать шерсть и перхоть домашних животных, фрагменты перьев, частицы насекомых, волос и кожи человека, споры плесневых грибов, нейлон, стекловолокно, песок, частицы тканей и бумаги, мельчайшие фрагменты материалов, из которых сделаны стены, мебель и предметы обихода.
Поэтому, необходимо очищать и находящийся в квартире воздух. Обычно этому не придают значение, но в процессе жизнедеятельности человек привык пользоваться различными химическими средствами, косметикой, освежителями воздуха, порошками, моющими средствами и прочие УДС. Как известно, запахи являются следствием попадания молекул веществ на рецепторы органов обоняния. Ароматические средства также являются химическими соединениями. При попадании в органы обоняния человек чувствует приятный или неприятный запах, но потом рецепторы привыкают и чувствительность уменьшается. Однако частички аромата продолжают попадать в дыхательную систему и начинают та накапливаться. От избытка таких соединений в человеческом организме может развиваться аллергия, ухудшаться иммунитет и общий тонус.
Кроме того, человек сам является источником аэрозольных частиц: частички кожи, волоски составляют 80-85% окружающей человека пыли в жилом помещении. Аэрозольные частицы органического происхождения могут послужить местом зарождения болезнетворных микроорганизмов. Все это - факторы рекуперации воздушного пространства в жилых помещениях и очистки воздуха, поступающего извне.
В качестве примера очистки больших объемов запыленного газа от пыли можно привести промышленную очистку. Все системы пылеулавливания, установленные на предприятиях, рассчитаны на эффективное использование при больших газовых потоках. Для этого применяют различные фильтры [3], уловители, оросители и пр [4].
Рисунок 4 - Схема основных методов очистки промышленных выбросов
Очистка малых объемов газа обычно проводиться с помощью фильтров. Такая фильтрация свойственна приборами переносного типа (оборудование для забора проб воздуха) или для защиты человека (противогазы, респираторы) [5]. Эти устройства обладают высокой степенью очистки воздуха, но фильтры имеют одноразовое применение.
Выводы.
В настоящее время существует множество способов и решений для очистки газа от различных мелкодисперсных примесей. За время исследований ультрадисперсных частиц, их свойств и законов поведения было предложено большое количество различных инновационных технических решений и полезных моделей. При проведении анализа конструкций устройств, их применимости и эффективности можно увидеть общие черты в конструкциях и выделить различные способы улавливания УДС. Анализ этих данных позволит классифицировать устройства для очистки газа от аэрозолей по механизмам очистки:
Все эти способы улавливания, дезинфекции и рекуперации воздуха имеют свои достоинства и недостатки. Некоторые из них применимы лишь для небольших объемов газа и малых скоростей. Однако существуют объекты, на которых необходимо очищать и обеззараживать большие объемы газа. Такие системы очень мало распространены и им мало уделяется внимания в исследованиях, однако необходимость в эффективной очистке больших объемов газов растет. В дальнейшем планируется продолжить исследования свойств пылей и на их основе предложить техническое решение, которое позволит справиться с широким кругом задач, возникающих перед газоочищающим устройством.