РОЗРОБКА ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ЗНЕЗАРАЖЕННЯ ПОВІТРЯ В СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦІЇ ТА КОНДИЦІОНУВАННЯ ГРОМАДСЬКИХ БУДІВЕЛЬ МЕТОДАМИ ФОТОКАТАЛІЗУ Й ПЛАЗМОХІМІЇ

Л. Лобанов; Д. Чалаєв; П. Гончаров; Т. Грабова; М. Пащін; О. Гончарова; В. Сидоренко

doi:10.15407/scine19.01.071

Автор(и)

Л. Лобанов Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України https://orcid.org/0000-0001-9296-2335
Д. Чалаєв Інститут технічної теплофізики НАН України https://orcid.org/0000-0002-5154-4257
П. Гончаров Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України https://orcid.org/0000-0002-1980-2340
Т. Грабова Інститут технічної теплофізики НАН України https://orcid.org/0000-0002-5194-2474
М. Пащін Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України https://orcid.org/0000-0002-2201-5137
О. Гончарова Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України https://orcid.org/0000-0002-5213-6300
В. Сидоренко Інститут технічної теплофізики НАН України https://orcid.org/0000-0001-7735-7719

DOI:

https://doi.org/10.15407/scine19.01.071

Ключові слова:

аеродисперсія, фотокаталіз, патогенна мікрофлора, ефективність, плазмохімія, очищення повітря

Анотація

Вступ. Сезонні хвилі спалаху ГРВІ, зокрема й COVID-19, спричиняють потребу розробки комплексу заходів щодо
створення безпечних для здоров’я умов перебування в місцях скупчення людей.
Проблематика. Наявні припливно-витяжні системи централізованого опалення, вентиляції і кондиціювання повітря (ОВіК) не лише не захищають від зараження, а й слугують джерелом накопичення та поширення патогенних мікроорганізмів. Пошук ефективних способів очищення повітря у місцях масового скупчення людей як складової протиепідемічних заходів є актуальним завданням.
Мета. Розробка та створення обладнання для очищення і знезаражування повітря від аеродисперсної патогенної
мікрофлори в системах ОВіК, яке може вмонтовуватися в централізовані системи вентиляції будівель без їхньої реконструкції та зміни технологічних параметрів.
Матеріали й методи. Комплекс фізико-хімічних методів, які охоплюють аналітичне та експериментальне дослідження з використанням теорії електрогазодинаміки дисперсних систем та залученням методів растрової скануючої мікроскопії, методів порівняння однотипних якісних показників проб і вихідних зразків.
Результати. Для дослідження ефективності як окремих плазмохімічних і фотокаталітичних модулів, так і установки вцілому при режимах роботи, що моделюють умови експлуатації систем централізованої вентиляції, створено експериментальний стенд. Визначено оптимальні технологічні параметри процесів для підвищення ефективності знезараження й очищення повітря в ОВіК системах методами плазмофотокаталізу. Запропоновано технічні рішення для підвищення енергоефективності дослідно-експериментальної установки комплексного очищення і знезараження повітря від широкого класу забруднювачів повітря в системах припливно-витяжної вентиляції будівель.
Висновки. Знезаражування повітря методом комбінованого плазмофотокаталітичного впливу на повітряний потік із системою каталітично-термічного розкладання надлишкового озону забезпечує ефективне очищення від забруднювачів та дозволяє знизити ступінь мікробіологічної контамінації повітря до безпечного рівня.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Somsen, G., Van, Rijn C., Kooij, S., Bem, R., Bonn, D. (2020). Measurement of small droplet aerosol concentrations in public spaces using handheld particle counters. Phys. Fluids., 32(12), 121707. https://doi.org/10.1063/5.0035701

Transmission of SARS-CoV-2: implications for infection prevention precautions. Scientific Brief: World Health Organization, 09.07.2020. URL: https://www.who.int/news-room/commentaries/detail/transmission-of-sars-cov-2 (Last accessed: 15.06.2022).

van Doremalen, N., Bushmaker, T., Morris, D. H., Holbrook, M. G., …, Munster, V. J. (2020). Aerosol and Surface Stability of SARS-CoV-2 as Compared with SARS-CoV-1. N. Engl. J. Med., 382(16), 1564-1567. https://doi.org/10.1056/NEJMc2004973

Sodiq, A., Khan, M. A., Naas, M., Amhamed, A. (2021). Addressing COVID-19 contagion through the HVAC systems by reviewing indoor airborne nature of infectious microbes: will an innovative air recirculation concept provide a practical solution. Environ. Res., 199, 11329. https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.111329

Ding, J., Yu, C. W., Cao, S.-J. (2020). HVAC systems for environmental control to minimize the COVID-19 infection. Indoor and Built., 29(9), 1195-1201. https://doi.org/10.1177/1420326X20951968

Vranay, F., Pirsel, L., Kacik, R., Vranayova, Z. (2020). Adaptation of HVAC systems to reduce the spread of COVID-19 in buildings. Sustainability, 12(23), 9992-1012. https://doi.org/10.3390/su12239992

Kryvomaz, T., Varavin, D., Sipakov, R., Kuzmishina, R. (2020). Impact Assessment of the ventilation systems on microbiological safety and microclimatic conditions of premises. Ventilation, Illumination and Heat Gas Supply, 35(12), 49-61. https://doi.org/10.32347/2409-2606.2020.35.49-61

Ogen, Y. (2020). Assessing nitrogen dioxide (NO2 ) levels as a contributing factor to coronavirus (COVID-19) fatality. Sci. Total Environ., 726, 138605. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138605

Heating, ventilation and heating. Ministry of Regional Development of Housing and Housing of Ukraine Ministry of Regional Development of Housing and Housing of Ukraine. Kyiv, 2013. 141 р. [in Ukrainian].

Shamim, J. A., Hsu, W. L., Daiguji, H. (2022). Review of component designs for post-COVID-19 HVAC systems: Possibilities and challenges. Heliyon, 8(3), 1-14. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e09001

Air purification and disinfection system. Technology of Airlife Swiss AG. URL: https://airlife.swiss/it/technology (Last accessed: 28.06.2022).

Schmidt, M., Jõgi, I., Hołub, M., Brandenburg, R. (2015). Non-thermal plasma based decomposition of volatile organic compounds in industrial exhaust gases. Int. J. Environ. Sci. Technol., 12, 3745-3754. https://doi.org/10.1007/s13762-015-0814-1

Escobedo, S., de Lasa, H. (2020). Photocatalysis for Air Treatment Processes: Current Technologies and Future Applications for the Removal of Organic Pollutants and Viruses. Catalysts, 10(9), 1-39. https://doi.org/10.3390/catal10090966

Okrasa, M., Hitz, J., Nowak, A., Brochocka, A., Thelen, C., Walczak, Z. (2019). Adsorption Performance of ActivatedCarbon-Loaded Nonwoven Filters Used in Filtering Facepiece Respirators. Int. J. Environ. Res. Public Health, 16, 1-16. https://doi.org/10.3390/ijerph16111973

Soloviev, S. O., Kyriienko, P. I., Popovych, N. O., Larina, O. V. (2019). Development of catalysts for neutralizing toxic nitrogen oxides in gas emissions of nitrogen acid production. Sci. Innov., 15(1), 59-71. https://doi.org/10.15407/scine

Besov, A. S., Vorontsov, A. V., Parmon, V. N. (2009). Fast adsorptive and photocatalytic purification of air from acetone and dimethyl methylphosphonate by TiO2 aerosol. Applied Catalysis. B: Environmental, 89(3-4), 602-612. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2009.01.024

Altan, M., Yildirim, H. (2012). Mechanical and Antibacterial Properties of Injection Molded Polypropylene/TiO2 NanoComposites: Effects of Surface Modification. J. Mater. Sci. Technol., 28(8), 686-692. https://doi.org/10.1016/S1005-0302(12)60116-9

On the approval of hygienic regulations on the permissible content of chemical and biological substances in the air of the working area: Ministry of Health of Ukraine. Order, Regulation No. 1596 dated 07/14/2020. Official Gazette of Ukraine 2020. No. 64. p. 111, article 2085.

New WHO Global Air Quality Guidelines// Guidelines of the WHO European Center for Environment and Health. https://www.who.int/news/item/22-09-2021-new-who-global-air-quality-guidelines-aim-to-save-millions-of-livesfrom-air-pollution. (Last accessed: 15.06.2022).

Batakliev, T., Georgiev, V., Anachkov, M., Rakovsky, S., Zaikov, G. (2014). Ozone decomposition. Interdiscip Toxicol. Interdisciplinary toxicology, 7(2), 47-59. https://doi.org/10.2478/intox-2014-0008

Tkachenko, S. N. (2004). Homogeneous and heterogeneous decomposition of ozone. (PhD) (Chemistry). Moscow [in Russian].

Kozlov, D. V., Vorontsov, A. V. (2011). Development of multistage photocatalytic reactors for air purification. Chemistry in the interests of sustainable development, 19, 67-76 [in Russian]. https://doi.org/10.5771/9783845271156-67

Qing, W., Liu, F., Yao, H., Sun, S., Chen, C., Zhang, W. (2020). Functional catalytic membrane development: A review of catalyst coating techniques. Adv. Colloid. Interface Sci., 282, 102207. https://doi.org/10.1016/j.cis.2020.102207

Cohe, J. D., Sierra-Gallego, G., Tobón, J. I. (2015). Evaluation of Photocatalytic Properties of Portland Cement Blended with Titanium Oxynitride (TiO2 -xNy) Nanoparticles. Coatings, 5, 465-476. https://doi.org/10.3390/coatings5030465

Alonso-Tellez, A., Massona, R., Robert, D., Keller, N., Keller, V. (2012). Comparison of Hombikat UV100 and P25 TiO2 performance in gas-phase photocatalytic oxidation reactions. Journal of Photochemistry and Photobiology. A: Chemistry, 250, 58-65. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2012.10.008

Rafati, M., Fauchoux, N. M., Besant, R. W., Simonson, C. J. (2014). A review of frosting in air-to-air energy exchangers. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 30, 538-554. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.10.038

Kana , P., Jedlikowski, A., Karpuk, M., Anisimov, S., Vager, B. (2022). Heat transfer in the regenerative heat exchanger Author links open overlay panel. Applied Thermal Engineering, 215, 118922. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118922

Schneider, J., Matsuoka, M., Takeuchi, M., Zhang, J., Horiuchi, Y., Anpo, M., Bahnemann, D .W. (2014). Understanding TiO2 Photocatalysis: Mechanisms and Materials. Chemical Reviews, 114(19), 9919-9986. https://doi.org/10.1021/cr5001892

Dolinsky, A. A., Grabov, L. N., Moskalenko, A. A., Grabova, T. L. Logvinenko, P. N. (2014). Cooling Characteristics of Meso- and Nanofluids Prepared by the DPIE Method. Materials Performance and Characterization, ASTM International, 3(4), 337-351. https://doi.org/10.1520/MPC20130106

Micro- and nano-level processes in discrete-pulse energy input technologies: Thematic collection of articles (2015). [Еd. A.A. Dolynskyi]. Kyiv: Akademperiodika. 464 р. [in Russian].

Salustiano, V. C., Andrade, N. J., Brandão, S. C. Cardoso, Azeredo Raquel Monteiro Cordeiro, Lima, S. A. K. (2003). Microbiological air quality of processing areas in a dairy plant as evaluated by the sedimentation technique and a onestage air sampler. Brazilian Journal of Microbiology, 34, 255-259. https://doi.org/10.1590/S1517-83822003000300015

Napoli, Hr., Marcotrigiano, V., Montagna, M. T. (2012). Air sampling procedures to evaluate microbial contamination: a comparison between active and passive methods in operating theatres. Napoli et al. BMC Public Health, 12, 594-599. https://doi.org/10.1186/1471-2458-12-594

ISO 14698: Cleanrooms and associated controlled environments - Biocontamination control. Part 1: General principles and methods; Part 2: Evaluation and interpretation of biocontamination. International Organization for Standardization ISO. Geneva (September 2003).

Photocatalytic purification and treatment of water and air. (1993). (Eds. D. F. Ollis and H. Al-Ekabi). Elsevier Science Publishers BV. Amsterdam. 820 p. https://doi.org/10.1016/0926-3373(94)80015-4