Частицы пылевой фазы аэрозоля, размером более 50 мкм по своим кинетическим характеристикам аналогичны частицам крупно-капельной фазы, но отличаются от последних тем, что, осаждаясь на поверхностях под действием конвекционных потоков воздуха, вновь оказываются во взвешенном состоянии и способны многократно реинфицировать воздух помещения, создавая в нем предельно высокие концентрации микроорганизмов. При определенных условиях(уборке помещений, застилании постелей, высокой двигательной активности людей) количество частиц пылевого аэрозоля в воздухе может достигать 90–95% от общего числа частиц всех фаз бактериального аэрозоля.
Биологические аэрозоли
Биологические аэрозоли — это аэрозоли, частицы которых несут на себе жизнеспособные микроорганизмы или токсины. Они возникают в помещениях во время каждого чихания, фыркания животных, а также осуществления различных технологических процессов: кормления животных, ухода за помещениями, в результате испарения и высыхания жидкости и попадания с пылью в воздух экскрементов больных животных и человека. В зависимости от размера частиц различаются 4 фазы биологического аэрозоля: крупнокапельная(диаметр частиц > 100 мкм), мелкокапельная(диаметр частиц < 100 мкм), капельно-ядерная(диаметр частиц < 1 мкм) и т.н. бактериальной пыли(частицы размером десятки и сотни нанометров). Частицы крупнокапельной фазы находятся во взвешенном состоянии в течение нескольких секунд и быстро оседают. Дальность их рассеивания не превышает 2–3 метра. С точки зрения распространения возбудителей заболеваний, крупные капли представляют наибольшую опасность только в момент образования и в непосредственной близости от больного. Оседая на различные поверхности, они смешиваются с пылью и, подсыхая, образуют бактериальную пыль, которая при движении воздуха в помещениях многократно поднимается и оседает на поверхности, что делает ее источником постоянного повторного заражения воздушной среды.
Частицы пылевой фазы аэрозоля, размером более 50 мкм по своим кинетическим характеристикам аналогичны частицам крупно-капельной фазы, но отличаются от последних тем, что, осаждаясь на поверхностях под действием конвекционных потоков воздуха, вновь оказываются во взвешенном состоянии и способны многократно реинфицировать воздух помещения, создавая в нем предельно высокие концентрации микроорганизмов. При определенных условиях(уборке помещений, застилании постелей, высокой двигательной активности людей) количество частиц пылевого аэрозоля в воздухе может достигать 90–95% от общего числа частиц всех фаз бактериального аэрозоля. Кстати, количество и величина частиц биологического аэрозоля, создаваемого инфекционным больным в воздухе помещения зависит от силы и частоты физиологических актов чиханья, кашля, разговора, а также интенсивности образования мокроты.
Мелкокапельная фракция частиц размером 30 и более мкм медленно оседают, формируя вместе с частицами крупнокапельной фазы бактериальную пыль. Мелкие частицы(до 10 мкм) подсыхают и превращаются в ядрышки размером 1 мкм и мельче, формируя капельно-ядерную фракцию. Эти частицы являются сложным структурным образованием, содержащим возбудителей инфекции заключенных в белковую оболочку, защищающую их от губительного действия факторов окружающей среды. Процесс испарения проходит очень быстро — для превращения мелких капель в частицы капельно-ядерной фазы требуются сотые доли секунды. Скорость оседания частиц мелко-капельной фазы размером менее 10 мкм и частиц капельно-ядерной фазы исчезающе мала, фактически, это почти стабильный аэрозоль. Поэтому не удивительно, что для длительного поддержания таких частиц во взвешенном состоянии достаточно небольшого движения воздуха(1–10 см/сек), которое практически всегда имеет место в любом помещении. Частицам мелкокапельной фракции присуща высокая способность переноситься с потоками воздуха на значительные расстояния. Частицы размером менее 10 мкм по своим кинетическим характеристикам аналогичны частицам мелкокапельной и капельно-ядерной фаз и имеют сходную с ними и эпидемиологическую характеристику. Из-за своего малого размера(1-10 мкм) такие частицы способны проникать в наиболее глубокие отделы дыхательных путей и являются одним из ключевых движущих факторов в распространении воздушно-капельных инфекций.
Величина частиц биологического аэрозоля определяет глубину их проникновения в дыхательные пути человека и, соответственно, локализацию и тяжесть течения заболевания. Частицы размером более 30 мкм оседают в основном на слизистой оболочке носа, гортани и трахеи, частицы размером 3–10 мкм – проникают в более глубокие отделы респираторного тракта – бронхиолы, а частицы размером 0,3–1 мкм в 51–82% случаев могут достигать альвеол.
Половина частиц аэрозоля диаметром менее 0,5 мкм, как правило, выдыхается обратно. Наибольшую опасность представляют высокодисперсные аэрозоли, частицы которых имеют размер до 2 мкм. Именно такие частицы проникают в глубокие отделы легких, вызывая их первичные поражения в виде пневмоний. Грубодисперсные аэрозоли, с частицами размером более 10-15 мкм в основном задерживаются на слизистой оболочке верхних дыхательных путей.
На заметку — размеры вирусов
Подытоживая можно сказать, что чем меньше размеры частиц аэрозоля, тем дольше они сохраняются в воздухе и тем глубже проникают в дыхательные пути при вдохе. Длительность нахождения аэрозоля в воздухе(его стабильность) зависит от его температуры, влажности, скорости движения, концентрации частиц, их электрического заряда и других факторов, которые активно изучаются в курсе коллоидной химии, поэтому отдельно на этом останавливаться не будем.
Фильтры для очистки воздуха от бактерий и вирусов
Для контроля за аэрозолями разработано достаточно большое количество методов. Но в применении к рядовому жителю мегаполиса — это чаще всего использование фильтрующего материала. При фильтрации аэрозолей на сетчатых фильтрах дисперсные частицы задерживаются в основном вследствие того, что их размеры больше размеров ячеек фильтрующего материала(вследствие ситового эффекта). Логично, что уменьшать размер ячеек такого импровизированного сита можно не бесконечно. Поэтому существует такая вещь как фильтры волокнистые. Если в сите задерживаются только частицы крупнее отверстий, то в волокнистой структуре — все частицы(крупные и мелкие), но с разной эффективностью. Принцип работы волокнистых фильтров основан на том, что поток воздуха с частицами проходит в промежутках между волокнами. Частицы, коснувшиеся поверхности волокна, удаляются из потока и прочно удерживаются волокном за счет межмолекулярных сил. При фильтрации монодисперсного аэрозоля каждый элементарный слой волокон улавливает одну и ту же долю поступающих на него частиц. Любой полидисперсный аэрозоль можно представить как совокупность монодисперсных фракций, каждая из которых улавливается по своему механизму.
Схема действия различных эффектов осаждения аэрозольных частиц в волокнистом слое
В целом, в волокнистом материале, который состоит из нескольких слоев беспорядочно расположенных волокон, перечисленные под спойлером эффекты осаждения частиц действуют с различной степенью проявления, а фильтрующие материалы характеризуются эффективностью улавливания аэрозолей и сопротивлением потока проходящего воздуха. Как правило, самые мелкие частицы, размером меньше 0,3 мкм, улавливаются преимущественно за счет диффузионного эффекта, а частицы больших размеров – преимущественно под действием механизмов касания, инерции и седиментации. Электростатический эффект осаждения проявляется в значительной степени при наличии высокозаряженных частиц и/или волокон.
Некоторые вещи проще объяснять на наглядных примерах, поэтому перейдем к конкретике. На сегодняшний день для фильтрации аэрозольных частиц подходят только волокнистые фильтры(ака HEPA или их отечественный аналог, фильтры Петрянова-Соколова, ака ФП)
Про советские HEPA
Что этот советский респиратор может нам дать сегодня? Во-первых, в случае отсутствия каких-либо импортных СИЗОД,«Лепесток» можно применять для защиты от вирусных аэрозолей, равно как и использовать ткань из оного для замены, к примеру, фильтрующих элементов. Во-вторых, из-за недостатка информации по материалам из которых сделаны зарубежные HEPA фильтры, старые публикации по фильтрам Петрянова можно использовать как руководства к дезинфекции/стерилизации. Ну и кроме того, ориентируясь на материал волокон, можно подобрать условия работы и т.п.
Перечень материалов ФП
Например, перхлорвиниловые фильтры Петрянова устойчивы к сильным кислотам и водным растворам щелочей, но не переносят температуры выше 60 градусов Цельсия. Полиакрилонитриловые фильтры Петрянова стойки к органическим растворителям, а полиакрилатные фильтры выдерживают температуры вплоть до 270 градусов. Современные зарубежные«пользовательские» фильтры аэрозольной фильтрации так же делаются из различных материалов и обладают различной устойчивостью к внешним воздействиям.
Дополнительно, в качестве иллюстрации к озвученному выше тезису про«субмикронные частицы задерживаются за счет диффузионного эффекта, крупные частицы — за счет касания и инерции» хотелось бы привести один факт. На рисунке ниже приведены значения а(=коэффициента фильтрующего действия) для материала ФПП-25. Эксперименты проводились с помощью монодисперсных аэрозолей в диапазоне размеров 0,04 — 2 мкм и плотностью около 1 г/с м³. Скорости воздушного потока составляли 0,3 — 30 см/с. Чтобы исключить влияние электростатического эффекта, материал ФПП-25 был разряжен при облучении источником 60Со.
Так что если допустить что ФП ≈ HEPA, то можно сказать, что механизм электростатического улавливания является важным, но отнюдь не основным. Что не удивительно, так как при длительном хранении, сжатии и прессовании, в условиях высокой влажности, под действием ионизирующих излучений заряды с фильтрующих материалов стекают. Быстрая разрядка происходит и при длительной эксплуатации заряженного волокнистого материала вследствие накопления в нем электропроводящей пыли(аэрозоли сажи(!), металлических частиц, аэрозолей солей и т.п.). Хотя электростатические заряды на гидрофобных полимерных волокнах материалов сохраняются при хранении(в закрытом состоянии) в течении длительного периода времени, во время фильтрации электростатические заряды постепенно стекают с волокон. Практически электростатический заряд волокон обеспечивает повышенную эффективность улавливания аэрозольных частиц из атмосферного воздуха в течении нескольких десятков и сотен часов. Важно то, что после разрядки материалы все равно сохраняют высокие фильтрующие свойства, обусловленные структурными характеристиками материалов. При длительной фильтрации аэрозолей с твердыми частицами происходят постепенное забивание фильтрующего слоя и осаждение вновь поступающих аэрозольных частиц на уже осажденных частицах, в результате чего эффективность не уменьшается, а сопротивление материала постепенно возрастает. При этом скорость забивания зависит от концентрации, дисперсности и природы аэрозольных частиц.
Замечание про асбест: кроме уже упомянутых HEPA- подобных материалов, фильтровать аэрозоли можно и с помощью асбеста, который по своей химической природе уже представляет ультрадисперсные волокна. Поэтому первыми волокнистыми фильтрами были именно фильтры из асбеста(т.н. ЦАК, целлюлозно-асбестовые картоны). Целлюлозно-асбестовые картоны изготовляются из специально обработанных сортов целлюлозы в смеси с ультратонкими волокнами асбеста. В отдельные виды картона добавляются шерсть, хлопок и стеклянны волокна со связующими веществами. Такие фильтрующие картоны обеспечивают достаточно высокую эффективность улавливания аэрозолей. Однако они имеют низкую эластичность, малую пылеемкость и не стойки к влаге, что ограничивает их применение в респираторной технике. Ну и кроме того, асбест и его микроволокна — имеют зафиксированный канцерогенный эффект, что и вызывало повсеместный отказ от этого материала.
Всемирный день туризма отмечается ежегодно 27 сентября. В России в 2021 году он проходит 39-й раз. В торжествах участвуют любители путешествий, работники турагентств, магазины по продаже экипировки, сотрудники организаций по развитию туристической отрасли.
Алтайский экологический форум«Нить природы» состоится 30 сентября — 1 октября 2022 года в Горно-Алтайске при информационной поддержке«Русской Медиагруппы». Организаторы форума Фонд Росконгресс, Правительство Республики Алтай и АНО«Центр развития Республики Алтай».
Окружающий нас мир прекрасен и удивителен, каждый день он открывает нам свои новые грани. Надо лишь научиться видеть его красоту даже в самых обычных на первый взгляд вещах.
Около 350 видов мхов обнаружила научная экспедиция, изучавшая состояние лесов Уссурийского заповедника. Два из них ранее никогда не встречались на юге Приморского края и занесены в Красную книгу России. Среди описанных учёными растений могут также оказаться ещё неизвестные науке виды.
Открытие ХVI Международного фестиваля дикой природы«Золотая черепаха» состоится 14 октября в Москве. Мероприятия проекта, который в доступной форме демонстрирует широкой аудитории красоту природы и неразрывную связь человека с окружающим миром, будут проходить в западном крыле Новой Третьяковки до 20 ноября включительно.
