Filtry i filtracja

Filtry i filtracja
PROBLEM ZANIECZYSZCZONEGO POWIETRZA
KONIECZNOŚĆ FILTRACJI POWIETRZA
Za początek zaawansowanego rozwoju filtracji powietrza uważa się lata czterdzieste ubiegłego
stulecia, dla których motorem napędowym w tej dziedzinie były działania mające na celu ochronę
żołnierzy i wnętrz obiektów przed BŚT i bronią biologiczną. Na rozwój filtrów powietrza duży wpływ
wywarły również: produkcja mikroelektroniki, kos-monautyka, farmacja i medycyna.
Już w czasach antycznych zauważono, że powietrze którym oddychamy ma niewątpliwy związek ze
stanem naszego zdrowia. Wiadomym jest fakt, że człowiek nie może żyć bez powietrza. Już
kilkuminutowe niedostarczenie organizmowi tlenu powoduje zgon. Średnio każdy z nas zużywa w
ciągu dnia kilkakrotnie więcej kilogramów powietrza niż pokarmu, dlatego tak ważna jest jego jakość.
Zanieczyszczone powietrze wywiera szkodliwy wpływ nie tylko na organizmy żywe, na organizm
człowieka, ale także na wytwarzane przez człowieka dobra materialne. Za przykłady mogą tu
posłużyć uszkodzenia sprzętu elektronicznego, szybsze zużywanie się maszyn i mechanizmów (np.
łożysk) w zapylonym powietrzu, przyspieszona korozja metali.
Pomimo potwierdzonych badań i coraz nowszych doniesień medycznych o szkodliwym wpływie na
nasze zdrowie zanieczyszczonego powietrza, jego stan w wielu regionach świata nadal pozostawia
wiele do życzenia. Niestety rozwój cywilizacji, a z nim rozwój przemysłu wprowadził dodatkowo
nowe zanieczyszczenia powietrza, nie spotykane dotąd w przyrodzie. Organizmy żywe w trakcie
ewolucji wykształciły mechanizmy obronne przed zanieczyszczeniami pochodzenia naturalnego tzw.
bariery ochronne, jednak w obliczu znacznej ilości i różnorodności zanieczyszczeń przemysłowych
bariery te okazują się niewystarczające, a nawet bezradne. Udokumentowane zostało szkodliwe
oddziaływanie wielu związków chemicznych oraz pyłów pochodzenia przemysłowego, np. szkodliwe
działanie włókien azbestu, które po przedostaniu się do organizmu są częstą przyczyną późniejszych
nowotworów. W wyniku chorób powstałych na skutek zanieczyszczonego powietrza umiera znacząca
część społeczeństw. Warto zwrócić uwagę, że problem ten nie dotyczy tylko regionów, w których
powietrze „widziane jest gołym okiem".
Pomimo tego, że zanieczyszczone powietrze spotykane j est przede wszystkim na obszarach silnie
zurbanizowanych i uprzemysłowionych, coraz częściej bywa tak, iż powietrze miernej jakości
występuje również w małych miejscowościach. Na ogół przyczyną pogorszenia się na tych terenach
jakości powietrza jest spalanie przez mieszkańców w piecach domowych odpadów, np. z tworzyw
sztucznych, gumy oraz niskiej, wątpliwej jakości paliw. Niekiedy taki stan rzeczy jest związany ze
złymi warunkami materialnymi mieszkańców, ich niską świadomością ekologiczną, a także z
niewłaściwie prowadzoną polityką regionalną. Używanie starych, wysłużonych, o niskiej sprawności
pieców powoduje, że w wyniku spalania dużych ilości paliw dla zachowania odpowiedniej
temperatury w pomieszczeniu, wprowadzana jest do powietrza znaczna ilość zanieczyszczeń.
Zanieczyszczenia do powietrza wprowadza również transport kołowy, który na niektórych obszarach,
np. w małych miejscowościach o dużym natężeniu ruchu, jest czynnikiem dominującym w
emitowaniu zanieczyszczeń.
Duże skupiska ludzkie są idealnym środowiskiem bytowania, proliferacji i rozprzestrzeniania się
mikroorganizmów, w tym chorobotwórczych dla człowieka. Przenoszą się one m. in. na pyłach i
kropelkach cieczy. Należy pamiętać, że sama już obecność pyłów w powietrzu wdychanym niesie ze
sobą różnorakie zagrożenia zdrowotne. Zanieczyszczone powietrze zawiera najczęściej pyły
pochodzenia mineralnego oraz organicznego. Prędkość opadania znacznej ilości cząstek jest tak
mała, że praktycznie pozostają one zawieszone w powietrzu. Cząstki pyłu osadzają się bardzo powoli
i często niezgodnie z prawem powszechnego ciążenia. Prędkość opadania pyłu od 0,1 do 1000 jj.m w
spokojnym powietrzu o temperaturze 20 °C można obliczyć ze wzoru (prawo Stokesa) [ 1 ]:
gdzie:
v - prędkość opadania cząstki w [m/s],
p - gęstość cząstki w [kg/m3],
d - średnica równoważna cząstki w [m].
Rys. 1. Wielkość wybranych cząstek zawartych w powietrzu oraz rozkład średnic pyłów
zatrzymywanych w różnych częściach układu oddechowego człowieka na podstawie [1, 2]
Cząstki mniejsze od 0,1 jj.m, określane jako pył koloidalny, wykonują ruchy podobne do ruchu
molekuł (ruchy Browna). Do obliczeń prędkości opadania cząstek takiego pyłu nie można stosować
prawa Stokesa. Przyjmuje się, że prędkość opadania cząstek pyłu o średnicy równoważnej 0,1 (j.m w
powietrzu o temp. 20 °C wynosi: 0,0003 mm/s dla pyłu o gęstości p = 1000 kg/m3 i 0,0006 mm/s dla
pyłu o gęstości p = 2000 kg/m3 [1]. Prędkość opadania swobodnych, nie zaczepionych do innych
cząstek mikroorganizmów jest również bardzo mała. Dowiodły tego m. innymi badania Wellsa.
Pyły, z uwagi na ich szkodliwość dla organizmu człowieka, można ogólnie podzielić na:
●
●
●
toksyczne, trujące - są to m. in.: związki metali takich, jak np. ołów, cynk, miedź, arsen, a także
środki biobój-cze;
szkodliwe - np. pyły azbestowe, pyły zawierające kwarc;
pyły mniej szkodliwe - ich szkodliwość ujawnia się po bardzo długim okresie czasu.
Na rysunku 1 przedstawiono wybrane wielkości cząstek zawartych w powietrzu oraz zatrzymywanie
pyłów o określonej wielkości w układzie oddechowym człowieka. Pyły najdrobniejsze wnikają i
osiadają bardzo głęboko w układzie oddechowym.
Szkodliwość pyłu zależy przede wszystkim od składu chemicznego, wielkości cząstek tzw. frakcji
pyłu, stężenia pyłu w powietrzu i czasu ekspozycji na jego działanie. Należy pamiętać, że jeżeli jakieś
ciało ma właściwości toksyczne, to pył powstały z tego ciała będzie mieć te właściwości w stopniu
spotęgowanym. Ponadto gromadzenie się pyłu w przestrzeni zamkniętej może być bardzo
niebezpieczne, gdyż najbardziej charakterystyczna cecha pyłu, a więc jego olbrzymia powierzchnia,
decyduje o jego własności wybuchowej, czego przykładem jest pył węglowy. Natomiast szkodliwość
czynnika biologicznego zależy nie tylko od jego stężenia i czasu ekspozycji, ale również od rodzaju
mikroorganizmu, jego zjadliwości oraz od stanu zdrowia osoby wystawionej na działanie czynnika,
zdolności obronnych jej systemu immunologicznego, wrażliwości osobniczej na dany czynnik
biologiczny.
Jak już wiadomo, rozwój przemysłu oraz przyrost demografi czny spowodował zwiększone
zapotrzebowanie na energię. Produkcja energii pochłania znaczne ilości zasobów naturalnych. Aby
zmniejszyć zużycie energii, a tym samym obniżyć emisję zanieczyszczeń, zaczęto wprowadzać
rozwiązania zapobiegające dużym stratom energetycznym. Głównym celem stało się odzyskiwanie
energii traconej dotąd w procesach przemysłowych. Zwrócono się także ku wykorzystywaniu
naturalnych, odnawialnych źródeł energii. Jednym ze sposobów obniżenia strat energetycznych stała
się ochrona cieplna budynków. Zwiększenie izolacyjności cieplnej budynków oraz przeprowadzone
termomodernizacje starych obiektów spowodowały, że stały się one dość szczelne. Należy tutaj
zwrócić uwagę, że w wyniku prac energooszczędnościowych, prowadzących do efektu „termosu",
istnieje ryzyko pogorszenia się jakości powietrza wewnętrznego, a przecież człowiek do
prawidłowego funkcjonowania i życia potrzebuje świeżego powietrza. Bardzo ważne jest więc
skrupulatne rozwiązanie sposobu wentylacji pomieszczeń. Zastosowanie wentylacji mechanicznej
okazuje się często jedynym, trafnym rozwiązaniem, mogącym zapewnić odpowiednią jakość
powietrza wewnętrznego.
Czyste powietrze wymagane jest też coraz częściej w przemyśle. Rozwój nowych technologii wymusił
niejako powstanie tzw. pomieszczeń czystych, w których należy zapewnić wysoką czystość
otaczającego środowiska, w tym powietrza lub innego gazu wypełniającego przestrzeń produkcyjną.
Czystego powietrza wymagają np. produkcja elementów elektronicznych i urządzeń precyzyjnych,
produkcja leków, przemysł spożywczy, a także laboratoria, sale operacyjne i zabiegowe w szpitalach.
Zapewnienie odpowiedniej jakości powietrza jest istotne zarówno ze względów technologicznych, jak
również ze względów zapewnienia komfortu pracy personelowi. Z punktu widzenia ochrony zdrowia
pracowników bardzo ważne jest utrzymanie: właściwych parametrów fi zycznych powietrza, jego
właściwego składu chemicznego oraz niskiego zapylenia na stanowiskach pracy m. in. w stolarniach,
lakierniach, itd..
Naturalnym sposobem oczyszczania powietrza zewnętrznego z pyłów są opady atmosferyczne. W
zatrzymywaniu pyłów mają swój udział również rośliny: drzewa, krzewy, trawy. Na obszarach bez
roślin zauważalne jest łatwe unoszenie pyłu, np. pył łatwiej unosi się z powierzchni parkingu niż z
trawnika. Ruch powietrza w przyrodzie zapobiega gromadzeniu się zanieczyszczeń na danym
obszarze i umożliwia ich rozcieńczanie, a promieniowanie słoneczne jest ważnym czynnikiem
usuwającym większość zagrożeń biologicznych dla człowieka. Na żywotność mikroorganizmów mają
wpływ także temperatura i wilgotność względna powietrza. Pomimo jednak dość złożonych
mechanizmów fi ltracji w przyrodzie i jej samooczyszczania się, działalność człowieka znacząco
wpływa na stan atmosfery i czystość powietrza. Należałoby dla ochrony środowiska naturalnego, a
tym samym i dla naszego dobra ograniczyć emisję zanieczyszczeń przemysłowych i bytowych.
Zanieczyszczone powietrze z procesów przemysłowych i procesów spalania przed wprowadzeniem
do atmosfery powinno zostać oczyszczone, przynajmniej do wartości określonych w obowiązujących
przepisach. W ten sposób zminimalizuje się zagrożenia zdrowotne związane z zanieczyszczonym
powietrzem, a otaczające środowisko nie ulegnie gwałtownej degradacji. Jednocześnie należy sobie
zdawać sprawę z faktu, że prowadzenie zakładanego, skutecznego oczyszczania powietrza z
zanieczyszczeń jest możliwe tylko w przypadku dokładnego poznania mechanizmów fi ltracji i
odpowiedniego wyboru urządzenia.
mgr inż. Krzysztof KAISER
LITERATURA
[1] Recknagel H., Sprenger E., Hönmann W., Schramek E.
R.: Ogrzewanie + klimatyzacja. Poradnik. Wydanie 1.
EWFE, Gdańsk 1994
[2] Siemiński M.: Środowiskowe zagrożenia zdrowia,
Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 2001
KONTAKT
MASTA
E-mail: [email protected]
WWW: www.tchik.com.pl
Tel: +48 58 522 64 70
Fax: +48 58 347 51 74
Adres:
Budowlanych 27
80-298 Gdańsk