Ресуспензия твердых частиц из-за ходьбы человека

Ресуспензия твердых частиц из-за ходьбы человека

Сначала все внутренние поверхности очищены с помощью пылесоса

Качество воздуха, атмосфера и здоровье

Воздух в помещении представляет собой смесь множества твердых частиц (ТЧ) или жидких капель. В зависимости от их аэродинамического диаметра частицы классифицируются как мелкие частицы, включая PM10 (частицы с аэродинамическим диаметром менее 10 мкм), PM2.5 (<2,5мкм), PM1 (<1мкм), сверхтонкие частицы, включая PM0.1 (<0.1мкм). Обнаружено, что человеческая деятельность, такая как ходьба, увеличивает концентрацию частиц в помещениях и что ходьба основная причина изменения концентрации 24–55% твердых частиц с размером 1–25мкм. Рассчитанная средняя скорость ресуспензии (повторное взвешивание) найдена в диапазоне от 1/100 до 1/1000 1/час. Целью работы является изучение ресуспензии частиц, вызванной ходьбой человека. Коэффициенты скорости ресуспензии частиц оценивались с использованием уравнения баланса массы и гипотезы о хорошо перемешанных условиях в помещении. Испытательная деревянная камера имеет площадь пола 2,5х2,5м и внутренний объем 15,62м3. Пол покрыт ворсовым синтетическим ковром. Испытательная камера вентилировалась притоком и оттоком воздуха, расположенными на 2 противоположных стенах. Вторая деревянная камера размерами 2,5х1,5х2,5м размещена перед испытательной камерой, чтобы предотвратить ее последующее загрязнение. В камере 2 поддерживались низкие уровни концентрации PM. Низкий уровень концентрации твердых частиц поддерживался в камере 2 путем подачи отфильтрованного воздуха (с использованием воздушного фильтра с размером ячеек 0,01 мкм) до и во время эксперимента по ходьбе.

Для засева напольного покрытия выбран порошок оксида алюминия ISO 12103–1 A2, представляющий собой диапазон ресуспендированных частиц, имеющих отношение к здоровью человека. Эти полидисперсные частицы имеют молекулярную формулу Al2O3 и плотность 3950 кг/м3. Распределение размеров порошка оксида алюминия указывает на то, что большинство частиц принадлежали к более мелким классам частиц (0,01–0,5мкм). Частицы размером 0,3–10 мкм доминируют в общей массе частиц. Более 92% общего порошка оксида алюминия состояло из PM10. Кроме того, PM0,1 представляло незначительную долю общей массы (около 0,39%). Впрыскивание частиц обеспечивалось блоком диспергирования аэрозольного диспергатора TOPAS SAG 410. Аэрозоль впрыскивался в верхнюю часть испытательной камеры с помощью антистатической трубки Bev-line и немедленно смешивался в испытательной камере с помощью трехлопастного пропеллерного потолочного вентилятора. Последний вращается со скоростью 450 об/мин.

Ахмед Бенабед (Ahmed Benabed)

Измерение концентрации частиц в двух камерах проводилось с помощью двух мониторов Grimm модели Miniwras. Последние объединяют 2 различных типа измерительных приборов: аэрозольный спектрометр для частиц размером более 0,253мкм и так называемый Nano-sizer для частиц размером менее 0,253мкм. Этот монитор обеспечивает концентрацию частиц 41 размера в диапазоне от 0,01 до 38,16мкм, что позволяет исследовать большой диапазон размеров частиц. Массовые концентрации всех размеров частиц оценивались с использованием концентраций числа частиц, предоставленных монитором, и плотности оксида алюминия. Таким образом, массовые концентрации PM10, PM2.5, PM1 и PM0.1 найдены путем суммирования концентрации всех частиц размером менее 0,1мкм, 1мкм, 2,5мкм и 10 мкм, соответственно. Относительная влажность и температура поддерживались на уровне 35-40% и 23C. Измерение этих параметров проводилось с помощью датчика KIMO KCC 320.
Сначала все внутренние поверхности очищены с помощью пылесоса. В это время система вентиляции включена на полную скорость, чтобы удалить частицы, которые ресуспендированы во время процесса очистки, и предотвратить их повторное осаждение на полу. Этот шаг повторен 3 раза, чтобы обеспечить тщательную очистку поверхностей. Затем камера герметизирована, включен потолочный вентилятор, и масса порошка оксида алюминия массой 12,5г введена (в виде аэрозоля) внутрь камеры. Через 17 часов в испытательную камеру в течение 6 часов вводился очищенный воздух для снижения фоновой концентрации. После включения двух мониторов частиц участник входил в камеру 2, надевал предварительно очищенный костюм и обувь, а затем ждал 10 минут. Затем участник входил в испытательную камеру и ждал 5 минут, чтобы убедиться, что никакие изменения концентрации внутри камеры не были результатом открытия двери. Участник ходил в течение 10 минут со скоростью 48 шагов/мин, а затем сидел в течение 5 минут. После 5 минут сидения счетчик частиц был выключен. Для каждого изучаемого случая эксперимент по ресуспензированию повторен 5 раз, чтобы оценить повторяемость измерений. Средняя масса собранного порошка 3 испытаний равна 0,7г/м2. Скорость обновления экспериментальной камеры постоянна и равна 0,01ч.

Амир Бульбэр (Amir Boulbair)

Скорость потерь объединяет влияние 2 явлений на снижение концентрации частиц в помещении: (1) осаждение частиц на внутренних поверхностях камеры и (2) вентиляция. Таким образом, поскольку скорость воздухообмена в камере является постоянной, разница в скорости потерь между различными диапазонами PM обусловлена осаждением частиц. С одной стороны, для диапазонов размеров PM10, PM2.5 и PM1 осаждение частиц увеличивается с размером частиц. С другой стороны, для частиц размером менее 0,1мкм осаждение частиц усиливается из-за броуновской диффузии, турбулентной диффузии и электростатических сил. Действительно, скорость потерь PM10 в 4 и 6 раз больше, чем у PM2.5 и PM1, соответственно, и только в 3 раза больше, чем у PM0.1. Средние расчетные скорости ресуспензии PM10, PM2.5, PM1 и PM0.1 составили (2.5) x 1/10, (1.9) x 1/100, (6.5) x 1/1000 и (4.3) x 1/1000, соответственно.

Массовые концентрации всех PM резко увеличиваются на много порядков величины после начала активности (5–8 мин), а затем медленно увеличиваются до конца активности в момент времени 15 мин. Этот результат подтверждает, что ходьба человека вносит значительный вклад в увеличение концентрации частиц в помещениях. Кроме того, настоящая работа показала, что человеческая деятельность может ресуспендировать ультратонкие частицы, представленные PM0.1. Менее прочно прикрепленные частицы ресуспендируются первыми, оставляя более прочно прикрепленные частицы, которые не так легко ресуспендируются. В каждый момент времени скорость ресуспендирования PM10 на 1 порядок больше, чем у PM2.5 и примерно на 2 порядка больше, чем у PM1 и PM0.1.

В работе показано, что ходьба человека может вносить значительный вклад в увеличение концентрации частиц, включая сверхтонкие частицы (PM0.1). Также обнаружено, что скорость ресуспензии PM со временем уменьшается из-за эффекта сбора (снижение концентрации частиц на земле после прохождения каждого участника).

Ахмед Бенабед (Ahmed Benabed), Высшая школа аэронавтики и автомобильного строительства, Амир Бульбэр (Amir Boulbair), Университет Ла-Рошель, Франция, выдали труд "PM10, PM2.5, PM1, PM0.1 Ресуспензия из-за ходьбы человека", "Качество воздуха, атмосфера и здоровье" (Air Quality, Atmosphere and Health), 15, 18 апреля 2022.

01.08.2024