CC BY
36
УДК 35.11(075.8): 66.081.6(075)
Д.Г. Терпугов*, Н.И. Акинин, А.С. Гармашов, Н.И. Ильина, Г.В. Терпугов, И.П. Ильин
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия, 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9
*е-mail: [email protected]
ОЧИСТКА И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОЗДУХА
Аннотация
Пандемия, терроризм и Фукусима являются главными болевыми точками современного мира. Например, эпидемии, представляющие опасность для человечества - птичий грипп, свиной грипп, атипичная пневмония, способны убить половину человечества. Предлагаемая технология обеспечивает очистку и обеззараживание воздуха и предотвращение распространения пандемии и решить ряд других проблем.
Ключевые слова: пандемия, Фукусима, мембранная технология, техногенные катастрофы, террористические акты, вирусы, токсичные вещества.
1. Введение.
Вирусологи обнаружили в крови одного из больных, пострадавших от вспышки птичьего гриппа в Китае в 2013 году, необычный мутантный штамм вируса H7N9, который обладает сверхвысокой заразностью и устойчивостью к популярным лекарствам, говорится в статье, опубликованной в популярном журнале Nature Communications.
По мнению ученых, их открытие свидетельствует о том, что мы недооценивали опасность китайских штаммов H7N9 и вероятность развития глобальной пандемии птичьего гриппа.
По разным оценкам, от птичьего и свиного гриппа, атипичной пневмонии уже умерло 180 - 560 тысяч человек. В связи с изменением климата имеется вероятность «возрождения» черной оспы и сибирской язвы, что делает пандемию от различных вирусов еще более вероятной.
Опыт эпидемии гриппа в г.Москве 2014-2915 г.г. подтвердил мнение многих вирусологов о том, что заранее разработать необходимую вакцину очень сложно из-за непрерывной мутации вирусов. Так в г.Москве были сделаны прививки от гриппа ~30 % москвичей, а не заболело из-за мутации предполагавшегося типа вируса гриппа из них только ~3%.
В связи с этим первостепенной задачей предотвращения возможной пандемии какого-либо заболевания, передающегося воздушно-капельным путем, является снижение ее скорости распространения. Именно это и позволяет сделать устройство для очистки и обеззараживания воздуха индивидуального и общего (массового) использования. Последние следует использовать в местах тесного контакта людей, например в самолетах и поездах.
Важной проблемой современного мира являются техногенные катастрофы и терроризм. Например, от техногенной катастрофы в Фукусиме только от радиоактивной пыли пострадало до 150 тысяч человек.
Актуальной проблемой является разработка оборудования для ликвидации источников поражения людей в результате террористических актов.
2. Результаты и их обсуждение.
Основные возможные источники поражения -пыли, аэрозоли, биологические и химические вещества. Такое разнообразие поражающих факторов и условия работы в чрезвычайных ситуациях обуславливают ряд требований к технологии и устройствам по ликвидации очагов поражения, например:
1) очистка пылей и туманов;
2) уничтожение бактерий и вирусов;
3) разложение отравляющих веществ;
4) установка должна быть передвижной и блочного типа;
Как видно из таблицы 1, существующие технологии не могут эффективно проводить очистку пыли от частиц с размером менее 5 мкм, а тем более с размером частиц порядка долей микрона. Напомним, что такие размеры имеют частицы Ро (полония) -нового вида оружия массового поражения, с помощью которого в Лондоне в конце 2006 г. был убит А. Литвиненко.
Мембранные нанотрубки имеют размер пор 0,07^0,3 мкм и при очистке сигаретного дыма пропускаю 1 (одну) твердую частицу с размером не более 0,1^0,15 мкм из 104 ^ 106 штук в зависимости от размера пор нанотрубки и рабочего давления.
Такую высокую степень очистки не обеспечивают даже фильтры Петрянова, которые используют в атомной промышленности, медицинских
учреждениях, электронной и других отраслях промышленности [1]. Так содержание пыли с размером 0,5 мкм и выше данные фильтры снижают примерно в 100 раз (после фильтра остается 5-100 частиц на 1 л).
Мембранные нанотрубки позволяют очищать не только пыли, туманы и аэрозоли, но и одновременно убивать и задерживать бактерии и вирусы, включая нанобактерии, на которые не действуют другие методы обеззараживания воздуха.
Установка состоит из 2 или 4 элементов.
Таблица 1. Зависимость эффективности улавливания от фракционного состава твердых частиц и аэрозолей в газовом
потоке для различных типов оборудования.
Тип оборудования Общая Эффективность улавливания
эффективност до 0,15 1-5 мкм 5-10 10-20 20-40 >40 мкм
ь, % мкм мкм мкм мкм
Пылеосадительная 58,6 - 7,5 22 43 80 90
камера
Обычный циклон 65,3 - 12 33 57 82 91
Циклон с 84,2 - 40 79 92 95 97
удлиненным конусом
Электрофильтр 97,0 - 72 94,5 97 99,5 100
Полый скруббер, 98,5 - 90 96 98 100 100
орошаемый водой
Скруббер Вентури 99,5 - 99 99,5 100 100 100
Рукавный фильтр 99,7 - 99,5 100 100 100 100
Мембранные =100 99,9999 100 100 100 100 100
нанотрубки (не менее)
Первый элемент установки - керамические мембранные нанотрубки обеспечивают очистку от частиц дыма и пыли со степенью очистки до 99,9999%. Такая степень очистки была достигнута при очистке табачного дыма. Керамические нанотрубки можно использовать и для очистки жидких радиоактивных стоков низкого и среднего уровня активности, например трапных и сточных вод прачечных, с селективностью очистки в пределах до 105.
Вторая ступень очистки - цилиндрические элементы из березового активированного угля, обеспечивающего очистку от СО, оксидов азота, диоксинов, других газов и отравляющих веществ.
Двухступенчатый аппарат (рис.1) длиной 270^360 мм и 0 65^1,5 мм и керамическими мембранами 0 10^1,75 мм позволяет получать до 4000 литров воздуха в час. Если использовать мембраны 0 8х1 мм или 0 6х1 мм, то производительность возрастет в 1,5 и 2 раза, соответственно.
Следует сказать, что в обычном режиме жизни человек пропускает через легкие порядка 10000 литров воздуха в сутки.
Для уменьшения веса корпуса и другие части аппаратов следует изготавливать из пластиков, которые используются в водопроводных системах, что имеет место в представленном образце (см. рис. 2).
Для людей, имеющих проблемы с дыханием, аппарат может быть снабжен не только респиратором, но и поясным компрессором, который может работать как от аккумулятора, так и от сети.
Третья ступень очистки - нанотрубки неэквивалентного переноса создают температурный барьер (до 200оС) и электрический барьер (напряженностью до Е^104 в/м), что позволяет проводить очистку воздуха от вирусов, нанобактерий и отравляющих веществ путем их задержания и разложения. Необходимо сказать, что при напряженности Е^5х105 в/м (в электрофильтрах) происходит ионизация воздуха, что позволяет получить абсолютную стерилизацию воздуха [2].
Четвертая ступень очистки аналогична второй ступени и осуществляет очистку воздуха от продуктов разрушения отравляющих веществ, вирусов и бактерий. Третья и четвертая ступень могут работать самостоятельно в виде первой и второй ступени очистки соответственно.
Нанотрубки неэквивалентного переноса позволяют проводить различные каталитические химические процессы по туннельному эффекту, который значительно снизит энергозатраты в химической промышленности.
При дальнейшей доработке, когда будут определены наиболее вероятные, с точки зрения использования, отравляющие вещества, мембранные нанотрубки с дополнительными каталитическими свойствами обеспечат создание как технологии, так и передвижных установок с указанными требованиями.
3. Заключение.
Разработанные нами мембранные нанотрубки, технологические процессы и аппараты на их основе позволяют:
- очищать не только пыли, туманы и аэрозоли различных веществ в воздухе, но и одновременно убивать и задерживать бактерии и вирусы.
- создавать локальные и передвижные установки;
В первую очередь необходимо создавать
установки:
- для самолетов в виде индивидуальных респираторов или общей системы очистки воздуха в целом, что предотвратит распространение различных заболеваний и частично предотвратит пандемию;
- для инфекционных медицинских учреждений.
В дополнение к сказанному можно отметить, что аппараты с керамическими мембранами находят широкое применение в процессах водоочистки. На фотографиях приведены три установки. В дипломатическом корпусе г. Москвы в посольствах и квартирах эксплуатируется более 600 подобных установок с бытовыми фильтрами длиной 270^360 мм и 0 65 х 1,5 мм и керамическими мембранами 0 10x1,75 мм
_Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXIX. 2015. № 8_
Терпугов Даниил Григорьевич аспирант кафедры Техносферной безопасности РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
Акинин Николай Иванович д.т.н. заведующий кафедрой Техносферной безопасности РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
Гармашов Алексей Сергеевич студент РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия Ильина Наталья Игоревна студент РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
Терпугов Григорий Валентинович д.т.н. кафедры процессов и аппаратов РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
Ильин Игорь Павлович студент МГТУ им. Н.Э. Баумана
Литература.
1. Басманов П.И., Кириченко В.Н., Филатов Ю.Н., Юров Ю.Л. Высокоэффективная очистка газов от аэрозолей фильтрами Петрянова. М.: Наука, 2003. 272 с.
2. Комисаров Ю.А., Гордеев Л.С., Вент Д.П. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 2011. 1230 с.
Terpugov D., Akinin N., Garmashov A., Ilina N., Ponafidin R., Terpugov G., Ilin I.
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
AIR PURIFYING and DESINFECTION
Abstract
Pandemic, terrorism and Fukushima are the main of sore points of modern world. For example the pandemic that is threatening the mankind - avian Flu, swine Flu, atypical pneumonia and other new diseases are able to kill half of the world's population. Membrane technology is able to prevent the spread of pandemic and solve other problems, that are mentioned in the name of the article.
Keywords: pandemic, Fukushima, membrane technology, technological disasters, acts of terrorism, viruses, toxic chemicals.
