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.
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.
Повышенная запыленность атмосферы препятствует проникновению ультрафиолетовых лучей, которые способствуют очищению воздуха от вредоносных бактерий. Уменьшение уровня ультрафиолетового излучения ниже нормы приведет к распространению заболеваний, возможно эпидемиям и пандемиям.
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.
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. В городах, а особенно в мегаполисах, атмосферный воздух содержит в себе различные виды аэрозольных частиц, 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. Бытовая 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.
Обычно этому не придают значение, но в процессе жизнедеятельности человек привык пользоваться различными химическими средствами, косметикой, освежителями воздуха, порошками, моющими средствами - источниками УДС. 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 там накапливаться. От избытка таких соединений в человеческом организме может развиваться аллергия, ухудшаться иммунитет и общий тонус.
Рисунок 1 - Схема основных методов очистки промышленных выбросов
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, уловители, оросители и пр [1].
Очистка малых объемов газа обычно проводиться с помощью фильтров. Такая фильтрация свойственна приборами переносного типа (оборудование для забора проб воздуха) или для средств защиты человека (противогазы, респираторы). Эти устройства обладают большей степенью очистки воздуха, но фильтры имеют одноразовое применение.
При проведении анализа конструкций устройств, их применимости и эффективности можно увидеть общие черты и выделить различные способы улавливания УДС. Анализ этих данных позволит классифицировать устройства для очистки газа от аэрозолей по механизмам очистки:
- Озонирование. В озонаторах применяют электрический разряд, под действием которого кислород воздуха превращается в озон. Озон представляет собой очень сильный окислитель, который при взаимодействии с химическими компонентами нейтрализует их. Также озон обладает полезными антисептическими свойствами. Озонаторы получили широкое применение в различных сферах: медицина, оборудование для контроля климата, переносные устройства для удаления запахов.
- Фильтрация. Твердые мелкодисперсные частицы и капли жидкости обычно улавливают методом пропускания газа через пористый материал на малых скоростях. Применение фильтрующих материалов позволяет достичь очень высокой эффективности фильтрации (около 99,9%). Такие фильтры называются абсолютными. Основным недостатком этого метода очистки газа является сложность или невозможность регенерации материала фильтра.
- Химическая обработка. Отдельным видом ультрадисперсных частиц, представляющих угрозу для человека, являются бактерии и вирусы. Для их уничтожения получили применение различные химические составы, обладающие антисептическими свойствами, вводимые в поток газа или наносимые на поверхность. Но при этом такие составы не должны нести какого-либо вреда организму человека.
- Сорбция. Для очистки газовых выбросов и воздуха помещений от химически активных компонентов используют сорбенты. При этом вид сорбента напрямую зависит от вида улавливаемого вещества. Фильтрация с использованием сорбентов обычно происходит через зернистый слой.
- Очистка воздуха от взвешенных примесей. Проводится в атмосфере водяного тумана или путем столкновения газового потока с твердой поверхностью или жидкостью. При этом частицы, содержащиеся в газе адсорбируются твердой поверхностью или смачиваются и коагулируют, после чего возможно их выделение из потока в простых пыле- или каплеуловителях.
- Мокрое пылеулавливание. Распространенными мокрыми пылеуловителями являются скрубберы и ротационные пылеуловители, а жидкость, используемая в пылеуловителях может быть с любыми примесями и присадками, придающими антисептические или антистатические свойства.
- Ультрафиолетовое излучение. Очистка воздуха от вредных микроорганизмов также возможна с помощью ультрафиолетового излучения. Для этого применяют различные ультрафиолетовые лампы, которые облучают проходящий газ.
Существуют объекты, где необходимо очищать и обеззараживать большие объемы газа. Такие системы очень мало распространены и им мало уделяется внимания в исследованиях, однако эффективная очистка больших объемов газов необходима.
Список литературы
- Гордон Г.М., Пейсахов И.Л. Пылеулавливание и очистка газов в цветной металлургии. - М., «Металлургия», 1977.- 456 с.
- Экологические проблемы индустриальных мегаполисов: Сборник трудов международной научно-практической конференции. Донецк-Авдеевка/ 3-5 июня 2013. - Донецк, ДонНТУ Министерство образования и науки Украины, 2013 — 261 с.