Пыльца и выхлопные газы: пермские ученые рассказали, как минимизировать вред от грязного воздуха

Загрязнение — это привнесение в окружающую среду веществ или энергии, объемы или интенсивность которых превышают допустимые нормы.  Материальные загрязнители могут быть в виде твердых частиц (пыль), жидкостей (капли масел, кислот) или газов (оксиды серы, азота). В городах к основным источникам, влияющим на состояние окружающей среды, относят транспорт, промышленные предприятия, энергетические комплексы (ТЭЦ, котельные) и жилищно-коммунальное хозяйство.

Загрязненный воздух изменяет свойства атмосферы: снижается прозрачность и интенсивность солнечного света, из-за чего эффективность фотосинтеза растений падает. При запылении их листьев нарушается процесс дыхания, а некоторые токсичные вещества могут приводить к увяданию зелени.

– Такой воздух вызывает у человека нарушения функций дыхательной системы, что может повлечь за собой хронический бронхит, астму, тонзиллит, ринит. Высокие концентрации загрязняющих веществ вызывают приступы удушья, головные боли, головокружения, тошноту и обморочные состояния, – объясняет Лариса Рудакова, заведующая кафедрой охраны окружающей среды ПНИПУ, доктор технических наук.

Летняя жара и зимние морозы, как правило, сопровождаются безветрием, из-за чего вредные частицы пыли, жидкости и газы не рассеиваются, а скапливаются в приземном слое атмосферы. Это нередко приводит к превышению предельно допустимых концентраций.

Почему пыльца с выхлопами усиливает аллергию?

Горожане часто замечают, что симптомы аллергии на пыльцу (насморк, зуд в глазах и кашель) обостряются именно в городской среде, а на даче или в деревне дышится легче.

— Благодаря сложной структуре — бороздкам, шипам и выростам — пыльца обладает большой площадью поверхности, что позволяет ей активно «притягивать» и удерживать молекулы органических веществ, вирусы и бактериальные клетки. Высокая адсорбирующая способность приводит к тому, что на пыльцевых зернах накапливаются и небиологические частицы, компоненты выхлопных газов и промышленных выбросов. Такое «загрязнение» пыльцы значительно повышает риск возникновения и усиления аллергических реакций, — рассказывает Лариса Рудакова.

Загрязнители воздуха в офисе и квартире: от пыли до толуола

Качество воздуха в квартире или офисе и перечень основных загрязняющих веществ определяются многими факторами: качеством атмосферного воздуха, поступающего в помещения извне, источниками тепла, наличием систем вентиляции и кондиционирования, влажностью воздуха, частотой проветривания, качеством строительных материалов, использованных при ремонте и изготовлении мебели.

С атмосферным воздухом в здания попадает уличная пыль, на частицах которой находятся бактерии, вирусы, грибки, пыльца, сажа и летучие органические соединения. В результате бытовой деятельности или работы в офисе в воздухе «витают» продукты сгорания газа, вещества, используемые при приготовлении пищи, уборке помещений, стирке. Мебель, строительные и отделочные материалы могут быть источниками формальдегида и толуола. Первое причисляется к канцерогенам, а второе — органический растворитель, длительное воздействие которого может привести к снижению активности мозга, неврологическим нарушениям и проблемам с дыхательной системой.

— В помещениях с плохим воздухообменом концентрация мелкодисперсных частиц может превышать допустимые показатели более чем в 100 раз. Высок уровень бактериального загрязнения. Содержание микроорганизмов в 1 кубометре уличного воздуха в теплое время года составляет не менее 750, в холодное — около 150. В закрытых помещениях этот показатель значительно выше: 1500 летом и 4500 зимой, — рассказывает Лариса Рудакова, заведующая кафедрой охраны окружающей среды ПНИПУ, доктор технических наук.

Как работает воздухоочиститель и от каких загрязнений защищает?

Воздухоочиститель – это устройство, предназначенное для очистки воздуха от пыли, аллергенов, запахов, бактерий, вирусов, летучих органических соединений и других вредных частиц.

— Этот прибор работает по принципу миниатюрной механической вентиляции: вентилятор засасывает воздух, пропускает его через фильтры и возвращает очищенным в помещение. Однако, как и любая механическая система, он требует регулярного обслуживания фильтров, иначе они станут источником загрязнения и распространения вредных веществ, например, иногда ионные фильтры недостаточно эффективны, они лишь «заряжают» частицы и способствуют их оседанию на поверхностях, — сообщил Андрей Матрунчик, старший преподаватель кафедры теплогазоснабжения, вентиляции и водоснабжения, водоотведения ПНИПУ.

Фильтр против загрязнений: какой выбрать?

Под каждый вид загрязнений воздуха есть наиболее эффективный тип устройства. В качестве универсального решения для очистки от твердых частиц и аллергенов, таких как пыльца, споры плесени, шерсть животных и продукты жизнедеятельности пылевых клещей выступают высокоэффективные фильтры (High-Efficiency Particulate Air — HEPA). Благодаря комбинации механизмов (зацепление, инерционное осаждение и диффузия) они обеспечивают эффективную механическую очистку, задерживая не менее 99,97% частиц размером 0,3 микрометра.

– Например, исследование, опубликованное в Journal of Allergy and Clinical Immunology в 2005 году, показало, что использование HEPA-фильтров значительно уменьшает количество аллергенов в воздухе и облегчает симптомы у пациентов с аллергическим ринитом и астмой. Другая научная статья в Environmental Science & Technology 2018 года показала, что установка воздухоочистителей в домах снижает концентрацию мелких частиц на 30–80%, а это положительно сказывается на здоровье жильцов. Таких работ можно перечислить множество, – рассказывает эксперт Пермского Политеха Андрей Матрунчик.

Для нейтрализации неприятных запахов используют адсорбционные фильтры с активированным углем. Развитая пористая структура этого материала обеспечивает большую поверхность для захвата молекул, вызывающих запахи. Эффективность очистки зависит от свойств и объема угля, а также от интенсивности воздушного потока. Табачный дым, представляющий собой смесь твердых частиц и летучих соединений, требует комплексного подхода: HEPA-фильтры улавливают твердые частицы, а угольные адсорбируют газообразные компоненты и запахи. 

В дополнение к угольной адсорбции для устранения летучих соединений применяется фотокатализ. В этой технологии применяют диоксид титана (TiO2) в качестве катализатора, окисляющего химические вещества под воздействием ультрафиолетового излучения. Для борьбы с бактериями и вирусами задействуют ионизаторы, генерирующие ионы, разрушающие структуру микроорганизмов, и бактерицидные лампы, повреждающие их РНК и лишающие их способности к размножению. Важно помнить, что некоторые из таких устройств могут выделять озон, который является самостоятельным загрязнителем.

Мойка воздуха или воздухоочиститель: сравнение и выбор для аллергиков

Воздухоочистители используют фильтры в качестве рабочего тела, в то время как в мойках воздуха работают вращающиеся влажные барабаны или диски. Их не рекомендуется эксплуатировать в помещениях с нормальной или высокой влажностью, так как это может привести к ее повышению. Кроме того, необходимо регулярно менять воду и очищать резервуар, чтобы предотвратить размножение бактерий и плесени. 

– Для аллергиков предпочтительнее системы очистки воздуха с HEPA-фильтрами, они эффективно удаляют мелкие частицы, в том числе пыльцу, пылевых клещей и споры плесени. Если проблема сухого воздуха также актуальна, можно рассмотреть комбинированное решение: воздухоочиститель и отдельный увлажнитель воздуха. Вторые подойдут, если основная проблема — сухой воздух и крупные частицы пыли, и нет необходимости удалять мелкие аллергены или запахи, – объясняет Андрей Матрунчик.

Стоит ли покупать комбинированный очиститель-увлажнитель воздуха?

В большинстве случаев работа воздухоочистителя не оказывает существенного влияния на влажность в помещении. Если наблюдается сухость (относительная влажность менее 40%), рекомендуется устанавливать увлажнитель воздуха для создания более комфортных условий.

– На рынке представлены универсальные модели, объединяющие в себе функции очистки и повышения влажности. Это может показаться удобным решением, позволяющим сэкономить место и средства. Однако стоит учитывать, что, как правило, эффективность таких комбинированных приборов в каждой из этих функций уступает специализированным устройствам, – говорит Андрей Матрунчик, старший преподаватель кафедры теплогазоснабжения, вентиляции и водоснабжения, водоотведения.

ПНИПУ

1075 статей

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.

Показать больше