ленном
состоянии, и соответственно меняются их взаимоотношения с окружающей средой.
Пыль различается по удельному весу, форме, электрозаряженности,
воспламеняемости, способности поглощать, или адсорбировать, разные вещества и
другим физико-химическим свойствам.

Для   определения  состава   пыли и
содержания ее в воздухе или газах необходим химический анализ. Пыль
классифицируется по размерам частиц --фракциям, которые измеряются в
микрометрах. Степень измельчения частиц пыли называется дисперсностью. Отсюда и
специальные термины: дисперсионная среда -- газы или воздух, дисперсная фаза --
взвешенные частицы, вся система -- аэродисперсная, или аэрозоли.

Всем нам
известный туман -- это не что иное, как аэрозоль из мельчайших частиц жидкости;
дым -- из мельчайших твердых частиц. Пыль же -- это грубодис-персная аэрозоль.

Вы смололи
кофе и немного просыпали его -- воздух сразу наполнился ароматом: это вы
вдохнули кофейную аэрозоль. Кроме удовольствия, вы ничего от этого иметь не
будете. Но есть ведь пыль железная, медная, чугунная, алюминиевая, цементная,
кварцевая, асбестовая, наждачная, свинцовая, цинковая... Постоянно, а во многих
случаях круглосуточно работают заводы, фабрики, шахты. Там идут помол,
дробление, истирание, бурение. Там сжигают, обжигают, плавят, сушат, возгоняют
и т. д. и т. п. А в результате в воздухе появляются вредные туманы, пыль, дымы.
Частицы, их составляющие, тем вредней, чем больше дисперсность пыли. Ведь при
этом увеличивается суммарная поверхность раздробленного вещества, и оно куда
активней вступает в химические реакции, у него становится больше объемных
электрических зарядов, идет повышенное поглощение газов.

От
дисперсности пыли зависит и оседание ее частиц. Крупные частицы оседают
быстрее. На частицы размером 0,1--1 микрометр (мкм) оказывают влияние воздушные
тепловые потоки и броуновское движение, и они гораздо дольше находятся во
взвешенном состоянии.

Каждая
взвешенная в воздухе частица подвергается действию противоположно направленных
сил -- силы тяжести и силы трения частицы о воздух при ее падении. При
определенных значениях удельного веса, размера и формы частицы сила трения
может уравновесить силу, тяжести и падение ее будет продолжаться с постоянной
скоростью по закону Стокса.

При движении
частиц в воздухе происходит их столкновение, при этом отдельные частицы
высокодисперсной пыли соединяются (коагулируют) в более крупные частицы.

Сближение
частиц, приводящее к их столкновению, может быть самопроизвольным
(самопроизвольная коагуляция) и вынужденным (вынужденная коагуляция).

Самопроизвольная
коагуляция может быть обусловлена одним лишь тепловым (броуновским) движением
частиц (тепловая или броуновская коагуляция) или одними лишь электрическими
силами, действующими между заряженными частицами при отсутствии внешнего электрического
поля (самопроизвольная электрическая коагуляция).

Вынужденная
коагуляция обусловлена внешними силами, действующими на частицы
высокодисперсной пыли, К ней относится ультразвуковая, аэродинамическая,
турбулентная и вынужденная электростатическая коагуляция, обусловленная
действием внешнего электрического поля.

Однако не
всякое столкновение частиц ведет к их коагуляции. Это объясняется тем, что на
поверхности высокодисперсных частиц имеется слой адсорбированного газа, который
сильно мешает их слипанию. Если же притяжение частиц все-таки происходит, то
получается слабое сцепление их с образованием очень непрочного хлопьевидного
агрегата.

Представим
себе пылинку, падающую в воздухе. Сила притяжения тянет ее вниз, и частица
начинает разгоняться. Но при этом возникает и сила сопротивления воздуха,
которая направлена вверх. Сначала сила притяжения больше, чем сила
сопротивления, и частица движется с ускорением, но по мере роста ее скорости
увеличивается и сила сопротивления воздуха. Через некоторое время сила
притяжения будет полностью уравновешена силой сопротивления. После этого
движение частицы не будет ни ускоряться, ни замедляться, и она начнет двигаться
с постоянной скоростью, называемой предельной.

Например,
пылинка размером 1 мкм, содержащаяся в газах, выходящих из дымовой трубы, будет
опускаться со скоростью всего 0,003 см/с, а капелька дождя диаметром 1 мм -- со
скоростью 460 см/с. В отличие от дождевых капель частицы дыма и пыли падают
настолько медленно, что фактически они как бы взвешены в воздухе и вместе с ним
поднимаются, перемешиваются с чистым воздухом и распространяются в атмосфере.
Оказавшись в ней, частицы там не остаются. Подсчитано, что примерно за две
недели состав атмосферы обновляется. Этот период называется временем
оборачиваемости частиц. Но это не значит, что за это время атмосфера полностью
очищается. Так было бы, если бы в нее больше ничего не попадало. К сожалению,
скорость поступления туда новых частиц примерно такая же, как скорость их
удаления.

Таким
образом, общее содержание дыма и пыли вроде бы остается приблизительно одним и
тем же. Однако в наше время есть основания полагать, что загрязненность
атмосферы увеличивается.

Некоторые
думают, что очищению атмосферы способствуют дождь и снег. Действительно, в
какой-то мере это так. Многие наблюдали, как в ветреный, пыльный день прошедший
вдруг дождь переносил грязь из воздуха на стекля автомобилей, сохнущее белье,
на волосы. Очищается одно -- загрязняется другое.

В теории
пылеулавливания очень важно знать размеры частиц промышленной пыли. Условно их
разделяют на три группы:

частицы
радиусом больше 10 мкм (грубая пыль), которые можно рассмотреть в микроскоп при
малом увеличении;

микроскопические
частицы радиусом 10--1 мкм, различимые при обычных методах микроскопии;

v
ультрамикроскопические частицы радиусом меньше 1 мкм, видимые в
ультрамикроскопе или в электронном микроскопе.

Диаметр
частицы можно определить по скорости ее витания, или падения, в спокойном
воздухе. Ну, а как же узнать, что собой представляет та или иная уловленная пыль?
Прежде всего ее нужно суметь поймать. Чем тоньше пыль, тем сложней и дороже
приборы, предназначенные для ее улавливания. На большинстве московских заводов
созданы службы, следящие за работой пылеулавливающих установок. Чаще всего для
взятия проб пыли они используют воздуходувку с присоединенными к ней
ротаметрами -- стеклянными трубками, внутри которых находятся легкие алюминиевые
колпачки. Резиновые шланги соединяют ротаметры с пылезаборными трубками, к ним
же подсоединены расширители с предварительно взвешенными тончайшими фильтрами,
сделанными из синтетических волокон.

Заметив
время, лаборант устанавливает пылезаборные трубки в помещении, где необходимо
отобрать пробу воздуха, и включает прибор. Воздуходувка начинает всасывать
воздух по резиновым шлангам через ротаметры и фильтры. Проходя через стеклянные
трубочки ротаметров, потоки отсасываемого воздуха поднимают алюминиевые
колпачки. Чем больше объем отсасываемого воздуха, тем выше поднимаются
колпачки. Лаборант следит, чтобы они находились на заданном уровне,
соответствующем определенному расходу воздуха. По истечении заданного времени
отсос воздуха прекращают и фильтры взвешивают. Узнав, насколько они потяжелели,
лаборант делит полученную величину на количество пропущенного через фильтр
воздуха. Например: привес фильтра 2 г, а пропущено через него 10 м3 воздуха.
Выходит, запыленность в помещении катастрофически велика -- 200 мг/м3! Данные
испытания передается вентбюро с предписанием срочно принять меры по
обеспыливанию данного участка.

Несколько
сложней отобрать пробу воздуха из газохода, по которому пыль летит с большой
скоростью. Главное условие правильности отбора -- это создание в устье
пылезаборной трубки, введенной в газоход, точно такой же скорости, как и в
сечении газохода. Дело в том, что при более быстром заборе частиц мы будем
брать не только те частицы, которые оказываются перед устьем, но и подсосем
соседние. В результате количество попавших в фильтр частиц будет больше, чем
фактически их было в газоходе. И наоборот, при низкой скорости отбора пробы
пыли в устье трубки возникает воздушная пробка, мешающая попасть в фильтр всем
частицам, которые оказались перед устьем трубки в момент отбора пробы. В
результате проба окажется заниженной по сравнению с фактической запыленностью,
которая в данное время была в газоходе.

Сложность,
которую приходится преодолевать лаборантам при отборе проб,-- выпадение росы в
пылезаборной трубке. Конденсат попадает на фильтр и затрудняет просасывание
воздуха. Нередко фильтр разрывается, и тогда опыты повторяют. Чтобы избежать
этого, иногда приходится делать электроподогреватели для пылезаборных трубок
или ставить специальные емкости для выделения конденсата из отсасываемой пробы
воздуха.

Еще большие
сложности лаборанты испытывают, когда требуется определить размеры пылинок в
отобранной пробе. Возьмите ватный шарик и бросьте его с определенной высоты.
Сколько времени потребовалось ему, чтобы достичь пола? Секунда? Меньше? Но то
же количество ваты, если ее распушить на волокна, проделает этот путь не за
одну, а за несколько секунд. Причина этого несовпадения -- сопротивление
воздуха. Высота, с которой сбросили частицы, поделенная на время падения,
называется скоростью витания. Чем она выше, тем легче поймать пылинки с
соответствующим размером в поперечнике.

Но как
измерить его? Что считать поперечником пылинки, если сами эти пылевые частицы
имеют, как правило, самую разнообразную форму: это и спиральки, и пластиночки,
и стержни. Для простоты расчетов ученые условились все пылинки считать
шариками, а диаметры их определять в соответствии со скоростью витания. Чем она
больше, тем, стало быть, больше диаметр пылинок. Условно пылинка с низкой
скоростью витания -- это шарик диаметром 5 мкм, а фактически это может быть
чешуйка с поперечником 50 мкм. Только падает она очень медленно из-за того, что
парашютирует в воздухе. На практике почти нет монофракционных пылей -- с
одинаковыми размерами всех частиц. Инженерам приходится иметь дело с
полифракционными пылями, и скорости витания их отдельных частиц разнятся в
десятки раз. Особенно заметно это во время "залповых" пылевых выбросов,
связанных с падением больших масс земли, когда крупные песчинки сразу падают на
землю, а мелкие фракции глины еще долго парят над карьером. На основе сравнения
скорости витания пылинок с их диаметрами разработан и метод исследования --
воздушная сепарация в вертикальных цилиндрах. Принцип ее действия заключается в
том, что исследуемую пыль вводят в воздушный поток, имеющий постоянную
скорость. При этом мелкие частицы выносятся из цилиндра, а остальные падают вниз.
Оставшуюся, пыль пропускают через другой цилиндр с более высокой скоростью, и
вновь в нем оседает только часть пробы. Пропустив навеску пыли через несколько
цилиндров и каждый раз взвесив остаток, можно рассчитать процентное соотношение
частиц с различными скоростями витания и, следовательно, с разными условными
диаметрами.



ПЫЛЕВОЙ  ПОТОК НА ПРОСВЕТ



В июне 1984
г. над Токио появились НЛО (неопознанные летающие объекты). Ярко-зеленые
светящиеся диски зависли над городом. Возникла паника. Люди ждали массового
десанта инопланетян. Только под утро выяснилось, что это были блики от
многократно отраженного луча лазера, которым доктор Сакурао определял уровень
запыленности воздуха. Вопреки ожиданиям плотность инверсионного слоя оказалась
настолько велика, что луч от него отразился, как от стенки. А сейчас немного
истории.

В 1899 г. с
помощью филигранной экспериментальной техники П. Н. Лебедеву удалось измерить
световое давление. И теперь оно становится привычным инструментом для инженера.
Практическое применение лазеров до недавнего времени в основном относилось либо
к области чистой оптики, либо было связано с тепловыми воздействиями светового
луча. Таковы лазерные микроскопы, лазерные резаки, прошивные и сварочные
аппараты, которые сверлят алмазы, лечат сетчатку глаза, выжигают татуировку и
раскраивают текстильные ткани.

Остроумные
эксперименты, недавно проведенные в научных лабораториях, убедительно говорят о
большом изобретательском потенциале этого физического феномена. Применяются
лазеры и в цехах заводов.

В
производственных условиях многих предприятий, особенно металлургических,
необходимы автоматические приборы, надежно следящие за запыленностью помещений.
Требуется также неослабный контроль за нарастающей концентрацией пыли силиката
кальция и ферросилиция в закрытых трубопроводах и бункерах. Ведь при повышенной
концентрации (30--40%) возможны самопроизвольные взрывы.

Поэтому
большим достижением явилось создание в Ждановском металлургическом институте
универсального пылемера, основанного на лазерном методе определения
концентрации любой пыли в воздухе. Появляется возможность вести измерения
непрерывно, не разрушая агрегаты частиц, что имеет место при пользовании
другими способами.

При анализе
загрязнений воздуха необходимо узнать и вес парящих в нем частиц на единицу
объема. Иначе не определишь, не превышает ли его запыленность допустимые нормы.
Свой способ, как взвесить пылинку, показала на выставке в Москве фирма
"Сарториус" из ФРГ. Автоматический пылеуловитель, прокачав заданный объем
воздуха (до 25 м3/ч), собирает взвешенные в нем пылинки механическими и
электростатическими фильтрами. "Добыча" автоматически заворачивается в
салфеточку из стеклоткани и помещается в кассету, точный вес которой известен.
Собранные загрязнения взвешиваются затем на электронных весах, пружина или
коромысло которых заменены электромагнитным полем. Вибрации и смена температур
на точность весов не влияют, а сама точность в 10 раз выше, чем у весов
механических. Все показатели обрабатываются встроенной в корпус весов мини-ЭВМ.
Она ведет свою "бухгалтерию" пылинок: учитывает вес отдельного сбора или
нескольких за определенный период, среднее значение всех взвешиваний, сравнение
их между собой. Результат выдается за 2 с на табло.

Воздушная
среда над городами и крупными промышленными центрами требует постоянного
контроля. Незначительное изменение состава воздуха может повлечь за собой
катастрофу.

По сведениям,
распространенным "Юнайтед пресс Интернейшнл" 11 мая 1982 г., сотрудники
Вашингтонского университета доктор Роберт Чарлсон и Нормал Алквист получили
патент на прибор, предназначенный для определения содержания вредных примесей в
атмосфере. Принцип действия нового прибора, названного интегральным
нефелометром, основан на явлении рассеяния света мельчайшими твердыми
частицами, содержащимися в воздухе. Аналогичный принцип, кстати, использовался
раньше в приборах для определения видимости на аэродромах.

Воздух в
приборе засасывается в трубообразное устройство, в котором проба облучается
светом лампы-вспышки, и количественное содержание твердых частиц определяется
по яркости рассеиваемого света.

В настоящее
время интегральный нефелометр используется в обсерватории на одном из Гавайских
островов, где проводится серия экспериментов по определению оптических свойств
чистого воздуха и разработке методов оценки загрязнения атмосферы твердыми
частицами в глобальном масштабе.

Все эти
приемы относятся к взятию проб пыли, которую уже не поймаешь. Так сказать,
картина запыленности воздуха есть, а точно узнать, откуда какая пылинка
взялась, крайне трудно.

Гораздо чаще
нужно брать пробы газов прямо на месте, непосредственно у пылящего и дымящего,
оборудования, в воздуховодах, дымовых трубах, открытых проемах световых
фонарей. Делается все это по определенным методикам. Запыленность газа выражают
в граммах или миллиграммах на 1 м3 газа при нормальных условиях. Для ее
определения применяют прямой и косвенные методы. Чаще используют прямой метод.
Он состоит из отбора из запыленного газового потока части газа, в котором
концентрация и дисперсный состав пыли не отличаются от этих показателей в
основном потоке. Место отбора газа должно быть на прямом и ровном участке
газопровода, чтобы газовый поток находился в установившемся состоянии и пыль в
нем была равномерно распределена по сечению газопровода. Для получения
правильных значений запыленности газопровод разбивают на равные по площади
участки. Распределение пыли по сечению газопровода называют полем запыленности.
По полученным результатам находят средневзвешенную величину запыленности газа
по сечению газопровода. При прямом методе определения запыленности газа
применяют внешнюю и внутреннюю фильтрации.

При внешней
фильтрации газ отбирают заборными трубками. Их вводят внутрь газопровода, а
фильтр для осаждения пыли из пробы газа располагают вне газохода. При внутренней
фильтрации устройство для улавливания пыли помещают прямо в газоход. Этот метод
применяют, когда в газах содержатся смолы, липкая пыль или другие компоненты,
которые могут засорить заборную трубку и привести к неправильным результатам
при определении запыленности газа.

Для измерения
объема отобранной пробы газа и приведения его к нормальным условиям чаще всего
применяют ротаметры.

Есть и
косвенные методы установления величины запыленности газа. Густоту окраски газа,
выходящего из дымовой трубы, сравнивают со специальной шкалой; с помощью
оптических приборов судят о величине поглощения пылью световых или тепловых
лучей и т. д. Но это не дает точных результатов.

Скорость газа
в газоходе замеряют пневмометрической трубкой, соединенной с микроманометром,
температуру и разрежение газа -- термометром и микроманометром, влажность газа --
психрометром.

Определение
запыленности газа внешней или внутренней фильтрацией -- сложная и трудоемкая
операция. Поэтому в производственных условиях часто применяют упрощенные
ловушки, которые вводят на определенное время в газоход, и по разности массы
фильтра ловушки до и после запыления судят о запыленности газа.

Применяют их
иногда и для контроля золоуловителей. Одну такую ловушку мне пришлось сделать
для быстрого  определения   качества
помола угля   в шахтной мельнице.
Чтобы избежать подключения к ловушке вакуум-насоса,   в качестве источника разрежения решено было использовать
эжектор, действующий   непосредственно
от проходящего через него пылевоздушного потока. Ловушку прикрепляли к
стальному прутку и помещали в исследуемом потоке -- за 5--6 мин она наполнялась
пылью. Оставалось только просеять навеску пыли через набор сит различной
плотности, и картина работы мельницы становилась ясна. Если пыль задерживалась
только самым плотным ситом, значит, все оставалось в порядке, а если частицы
оседали и на ситах с большими отверстиями, пора  было  мельницу
ремонтировать, так как молотки, которыми она измельчает уголь, износились. И
все-таки процесс отбора пробы был не совсем удобен. Устанавливать ловушку в
характерных точках шахты, перемещать ее в поперечном сечении, следя за тем,
чтобы  она всегда была   направлена   носиком навстречу потоку,-- дело не из легких.

К счастью,
упростить эту операцию помог случай.



ЛАБОРАНТ БЫЛ С ЛЕНЦОЙ



Нужно ли
доказывать, что скрупулезность -- залог успеха научного эксперимента? Хотя
бывают и исключения... Во время проведения опытов по снятию скоростных полей
запыленного потока я пользовался прозрачными участками воздуховодов, в которых
были просверлены отверстия для измерительных трубок. Согласно инструкции после
извлечения трубки из отверстия его необходимо закрыть резиновой пробочкой.
Таких, в общем-то правильных, требований в методиках немало, да вот только
следуют им далеко не всегда.

Посмотрите на
вентиляционные воздуховоды, проложенные в производственных помещениях. Что ни
ответвление, то отверстие с двухкопеечную монету. Провели наладчики испытания,
а загерметизировать дырочки забыли, а может, пробочек под рукой не оказалось.

Однажды после
очередного опыта, осматривая прозрачные воздуховоды установки, я вдруг заметил
напротив отверстия для трубки маленько