Pyły: ich właściwości, wpływ na zdrowie i sposób ich filtrowania

Pochodzenie, charakter, właściwości fizyczne/chemiczne i technologie uzdatniania pyłów

Ten artykuł ma na celu zbadanie problemu pyłu poprzez analizę jego pochodzenia, właściwości i skutków zdrowotnych. Jak wiemy, pyły są jednymi z głównych zanieczyszczeń w naszej atmosferze, ale jeśli chcemy określić, co to jest „pył”, jakich słów powinniśmy użyć? Aby odpowiedzieć na to pytanie, zacznijmy od definicji

Definicja pyłu

Pył definiuje się jako mieszaninę cząstek unoszących się w powietrzu, charakteryzujących się rozmiarem w zakresie od 1 do 100 mikronów (μm).

Cząstki te mogą mieć różne pochodzenie, a także mogą pochodzić z dwóch różnych typów źródeł:

Mieszaniny homogeniczne i heterogeniczne
  • Źródła podstawowe: bezpośrednia emisja cząstek do atmosfery. W tym przypadku pyły te mogą mieć zarówno naturalne pochodzenie (erupcje wulkaniczne, spontaniczne pożary lasów, pyłki), jak i antropogeniczne (ruch uliczny, procesy przemysłowe, ogrzewanie);
  • Źródła drugorzędne: pyły pochodzące z kondensacji, a następnie transformacji w aerozol cząsteczek obecnych w fazie gazowej. W tym przypadku powstają cząsteczki o małym rozmiarze, które wynikają również z przemiany chemicznej cząstek. Jako przykład można wymienić dwutlenek siarki, amoniak, tlenek azotu itp.

Pyły pochodzące z procesów generowanych przez człowieka mogą powstawać z różnych źródeł, także opracowanie ich wyczerpującej listy nie jest możliwe.

Wśród głównych przykładów można wymienić:

  • Przechowywanie, przenoszenie, transport pneumatyczny, mieszanie, ważenie i operacje pakowania stałych materiałów proszkowych;
  • Wygładzanie, piaskowanie, mielenie, szlifowanie, obcinanie, cięcie różnych rodzajów powierzchni i materiałów;
  • Typowe operacje przemysłu polimerów, elastomerów i materiałów termoutwardzalnych;
  • Operacje topienia metali, szkła i innych materiałów;
  • Operacje spalania materiałów stałych i odpadów;
  • Operacje malowania produktami w proszku;
  • Operacje suszenia materiałów stałych lub podobnych;
  • Cięcie tlenowe, cięcie plazmowe, operacje cięcia laserowego;
  • Operacje mechanicznego czyszczenia powierzchniowego;
  • Operacje spawania
Mieszaniny homogeniczne i heterogeniczne

Czy chcesz dowiedzieć się więcej na temat: “Proszki i obróbka emisji“?

Rozkład cząstek i właściwości fizykochemiczne pyłów

W celu identyfikacji cząstek stosuje się zazwyczaj dwie różne konwencje:

  • klasyfikacja dozymetryczna: w oparciu o zdolność pyłów do penetracji różnych części układu oddechowego;
  • klasyfikacja modalna:  opiera się na mechanizmach powstawania i dystrybucji (według wielkości). Jest to najczęściej używana metoda, która, upraszczając, przewiduje dwie główne frakcje zwane „drobną” i „gruboziarnistą”. Pierwsza obejmuje cząstki o średnicy aerodynamicznej mniejszej niż 2 – 2,5 μm, podczas gdy gruboziarnista to cząstki o większej średnicy aerodynamicznej.

Jeśli chodzi o wielkość cząstek, często mówimy o granulometrii lub dystrybucji granulometrycznej. Jej określaniu służą narzędzia oraz diagramy wynikające z konkretnych testów kontrolnych, które dokładnie przedstawiają trend wymiarowy pyłu zawartego w próbce (na przykład gazów spalinowych z procesu przemysłowego).

Średnia wielkość pyłów ma bezpośredni wpływ na różne istotne aspekty, takie jak:

  • zdolność do rozprzestrzeniania płomienia;
  • zachowanie w odniesieniu do sił fizycznych (np. siła odśrodkowa, grawitacja);
  • inhalacja: drobne pyły są wdychalne i mogą przedostawać się bezpośrednio do tkanki krwi (w pewnych wymiarach), podczas gdy pyły średnio- i gruboziarniste są zatrzymywane w najbardziej zewnętrznych organach układu oddechowego człowieka i zwierząt. Przyjrzymy się temu w następnej sekcji poświęconej wpływowi na zdrowie

Właściwości chemiczne pyłów również wpływają na różne istotne aspekty:

  • zdolność zapłonu i wybuchowość pyłu: w pewnych warunkach pył musi być poddany obróbce i zarządzany przy użyciu sprzętu certyfikowanego zgodnie z określonymi normami odniesienia (przeczytaj nasz artykuł na temat dyrektywy ATEX w celu uzyskania dalszych szczegółów);
  • Toksyczność, którą wykazują niektóre związki w porównaniu z innymi.

Pyły: wpływ na zdrowie

Jeśli chodzi o zdrowie ludzi i zwierząt, można powiedzieć, że pyły mogą wywierać różny wpływ w zależności od pochodzenia (naturalne lub wynikające z działalności ludzkiej) i wielkości cząstek.

Zasadniczo ryzyko zdrowotne oblicza się, biorąc pod uwagę możliwość przenikania cząstek do układu oddechowego.

Jak można sobie wyobrazić, czynnik ten zależy od wielkości cząstek pyłu. W ujęciu szczegółowym:

  • Cząstki gruboziarniste – cząstki ulegające sedymentacji o wymiarach większych niż 10 µm, pochodzące zazwyczaj z procesów erozyjnych lub przemysłowych. Osadzają się na ziemi w dość krótkim czasie i nie są w stanie przeniknąć do dróg oddechowych poza krtań, chyba że jedynie w małej części;
  • PM10 – pył zawierający cząsteczki mniejsze niż 10 µm (tj. mniejsze niż jedna setna milimetra). Są to cząstki zdolne do dotarcia do tchawicy i oskrzeli. Cząstki o rozmiarze między około 5 a 2,5 µm osiadają przed oskrzelikami;
  • PM2,5 – ultradrobne cząstki o średnicy mniejszej niż 2,5 µm (ćwierć setnej milimetra). Jest to respirabilny proszek, który jest w stanie wniknąć głęboko, aż do pęcherzyków płucnych i przez nie przenosi się do krwi.
Przenikalność cząstek

Cząstki o średnicy aerodynamicznej mniejszej lub równej 10 μm i cząstki mniejsze lub równe 2,5 μm, ze względu na ich wpływ na zdrowie, są przedmiotem większości badań nad zanieczyszczeniem powietrza. Charakteryzują się długimi czasami przebywania w atmosferze i dlatego mogą być transportowane na bardzo duże odległości od punktu emisji, zwiększając negatywny wpływ na zdrowie. Wpływ ten różni się w zależności od rodzaju pyłu, jego właściwości chemicznych i wdychanej ilości. Poniższa tabela przedstawia niektóre mniej lub bardziej poważne choroby związane z wdychaniem pyłu.

MateriałSpecyfikacje:Choroby
AzbestZestaw minerałów poddawanych procesom hydrotermalnym celem uzyskania azbestu. Ze względu na ich toksyczność w wielu krajach zakazano przetwarzania i sprzedaży azbestuAzbestoza: przewlekła choroba płuc

Rak płuc

KrzemionkaZwiązek krzemu (Si), który w stanie czystym stanowi biały krystaliczny proszek. Jest odpowiedzialna za choroby powodujące niepełnosprawnośćKrzemica: przewlekła choroba płuc związana z inhalacją krzemu
TalkSubstancja klasy 2B uważana za potencjalnie rakotwórczą dla ludziTalkoza: przewlekła choroba płuc związana z inhalacją talku
Pyły z metali, takich jak kadm i berylMetale ciężkie uważane za przeważnie toksycznePrzewlekła obturacyjna choroba płuc: zapalenie tkanek płuc lub oskrzelików
Pyły z metali, takich jak żelazo i cynaMetale ciężkie o potencjalnej toksycznościŁagodna pylica płuc: nieszkodliwe pyły, które osadzają się w płucach bez powodowania uszkodzeń tkanek płuc
Ołów, rtęć, chromToksyczny pył, który może uszkodzić płuca lub przeniknąć do krwiobieguZatrucie

W następnym akapicie omówimy technologie umożliwiające obróbkę pyłu emitowanego w procesach przemysłowych.

Technologie wychwytywania pyłu rozproszonego w strumieniu gazu: filtry

W celu ograniczenia stężeń pyłu obecnych w strumieniu gazowym i obniżenia ich do limitów ustalonych przepisami, można skorzystać z szeregu technologii uzdatniania i usuwania pyłu.

Przygotowaliśmy artykuł poświęcony technologiom redukcji emisji pyłu i zalecamy jego przeczytanie, jeśli temat ten Państwa interesuje.

Proponujemy również subskrybowanie biuletynu Tecnosida, aby mogli Państwo być na bieżąco ze wszystkimi innowacjami technicznymi w tej i innych dziedzinach.