Микрочастицы – «дьявол во плоти» наномира. Часть 2

Не думай о секундах свысока

Коллегам удалось коммерциализировать комплекс преобразователей напряжения для генерирования наносекундных импульсов напряжения в электрофильтрах сухой очистки дымовых газов. Они получили при этом значительное уменьшение выбросов пыли при сокращении энергетических затрат в 2 раза. К сожалению, реализация этого перспективного направления носит локальный характер, о массовой реализации наносекундных технологий в этой области пока говорить не приходится. А жаль, ибо этому направлению использования наносекундных технологий все больше внимания уделяют зарубежные ученые.

К примеру, молдавские ученые Института прикладной физики АНМ пошли уже дальше удаления микрочастиц из дымовых газов. Прежние технологии, в которых дымовые газы ионизировались пучками заряженных электронов, были заменены новыми, основанными на обработке дымовых газов «холодной плазмой», индуцированной коронным разрядом, в микроволновых системах или в комбинированном поле коронного разряда и микроволн. Оказалось, что в сравнении с технологиями, в которых используются пучки заряженных электронов, совместное воздействие плазмы, индуцированной коронным разрядом, и плазмы, индуцированной микроволнами, позволяет обеспечить не только улавливание микрочастиц, но и решить наиболее сложную задачу очистки дыма — улавливание оксидов серы и азота. При этом степень улавливания оксидов серы составляет 95%, а оксидов азота — 80%.

Появились даже исследования по преобразованию химических элементов под действием наносекундных импульсов, где показано не только влияние достаточно мощных наносекундных электромагнитных импульсов на физико-химические свойства веществ, но и возможность трансмутации химических элементов (чем не современные алхимики?!). Результаты работ настолько интересны и перспективны, что не удержусь от того, чтобы привести некоторые подробности для любопытного читателя. В отличие от традиционных синусоидальных колебаний в качестве возбуждающего токового импульса исследователи использовали однополярные импульсы тока, создаваемые специальным генератором типа GNP мощностью всего 10 Вт со следующими характеристиками: длительность импульса — 0,5 нс, амплитуда — более 8 кВ, мощность в одном импульсе — более 1 МВт, частота повторения импульсов — 1000 Гц. Обеспечивалась напряженность импульсных электромагнитных полей до 108 … 1010 В/м, в результате чего и происходило существенное изменение свойств веществ. Использовались два типа излучателей — рупорного и коаксиального типа, что обеспечивало переход до 80% энергии импульса в облучаемую среду. Нельзя не обратить внимание на то, что при облучении некоторых многокомпонентных растворов и расплавов наблюдаются изменения их химического состава, которые «необъяснимы с позиций современной физики», и что «проведение более широких экспериментальных исследований даст больше информации для теоретических обоснований».

Как бы там ни было, можно сделать вывод о том, что украинские физики из «Ноосферы» нашли современное перспективное направление войны с микрочастицами и получили обнадеживающие перспективные результаты. К сожалению, субъекты рынка не проявили никакого интереса к отечественным первопроходцам. Вот и вынуждены они прекратить все инновационные проекты и заниматься внедрением традиционных российских электрофильтров. Скучно. Но обеспечить прожиточный минимум им удается.

Эффекты шампанского и фитиля: нанотехнологические подходы

А мы с одним из моих аспирантов пошли другим путем — вводили в доведенный до «точки росы» очищаемый газ некоторое количество конденсирующихся паров «дружественной» жидкости. При дросселировании смешанного газового потока в результате его попадания в расширяющуюся камеру происходило охлаждение и конденсация введенного пара на поверхности микрочастиц (или капель)… И они теряли свою приставку «микро», увеличивались в размерах за счет конденсата, могли слипаться-сливаться, что давало возможность освобождаться от них традиционными методами. Подобные процессы называют иногда термоконденсационным эффектом с «диффузиофорезом». Промышленная апробация подтвердила эффективность предложенной технологии и оборудования для ее реализации.

Сложнее пришлось с удалением микрочастиц из жидкой фазы, но наноподходы нам тоже помогли. Сначала пришлось разобраться с измерением концентрации частиц в жидкости (ни один метод определения не сработал) и заняться визуализацией невидимых частиц. Помогла китайская  лазерная указка — пылинки в воздухе светились в лазерном луче (если читателя интересуют причины свечения пылинок, то попытаюсь объяснить это тем, что ввиду близости частот их собственных колебаний к частоте колебаний лазерного луча возникало явление резонанса, — энергия частиц повышалась, и они начинали интенсивно светиться). По интенсивности свечения (фиксировали с помощью фотоумножителя) луча, пронизывающего сосуд с жидкостью, судили о концентрации микрочастиц в ней.

С измерением понятно. С удалением частиц помог метод аналогий, который часто помогает изобретателям. Вспомнил я, что в студенческие времена мы с любимыми девушками посещали ресторан и пили там шампанское (тогда стипендия была повыше). В те времена хорошим тоном считалось удалять углекислый газ из шампанского в бокале, помешивая его проволочкой, которой была закреплена пробка (процедура не очень гигиеничная, но навевала на девушку легкую задумчивость). Студенты — народ наблюдательный, многие, не только я, обратили внимание, что пузырьки газа возникали не на стенках бокала, а на проволочке и в… объеме бокала, где вроде бы и не было центров парообразования. Лишь потом я понял, что этими центрами были микрочастицы от оболочек ягод винограда. Идея очистки понятна: пузырьки поднимались и при этом вытаскивали частицы, к которым они прилипли, на поверхность жидкости. Сними их ложечкой или слей — жидкость чиста. Конечно, хлориды металлов — не шампанское. Но можно нагреть их в закрытой бутылке от того же шампанского до температуры выше температуры кипения, а потом резко открыть бутылку. Давление в ней падает, жидкость начинает кипеть, происходит то же, что и в бокале шампанского. Очистку можно повторять несколько раз. Хватает трех. Просто, красиво! Жаль только, что в Украине никому не нужно!

И еще одно направление проработали мы, когда вспомнили, что микрочастицы не могут преодолеть поверхность раздела газа и жидкости из-за сил поверхностного натяжения. Можно испарять жидкость через зеркало жидкости, и ни одна частица не вырвется из этого плена. Кстати, именно так борется с микрочастицами упомянутый выше академик Девятых. Технология сложная, аппараты громоздкие. Хорошо бы придумать что-то более технологичное. Опять помогли воспоминания и аналогии. Были в прошлом веке, когда еще газ был далеко не везде, аппараты, называвшиеся керогазами. Там был фитиль, погруженный в жидкость и смоченный керосином, который горел на поверхности фитиля. А дальше просто. Хлориды металлов жечь не надо. Надо погрузить фитиль (лучше из графитовой токопроводящей ткани) в очищаемую жидкость, подключить источник электропитания, отрегулировать напряжение так, чтобы нагрев был не слишком сильным и не разрушалась пленка жидкости на поверхности фитиля (почему — написано выше). Аппарат готов, технология — тоже! И вновь все это легло на полку и осталось в диссертации моего аспиранта. А жаль!

Микрочастицы и украинский суд

Несколько лет назад я впервые столкнулся с судебными органами:Научно-промышленная корпорация «ИСТА» подала исковое заявление в Жовтневый районный суд г. Днепропетровска со следующими требованиями ко мне:
1. Обязать меня опубликовать опровержение сведений о том, что предприятие является источником аэрозолей свинца, причиняет ущерб окружающей среде и вредит здоровью населения.
2. Взыскать с меня моральный ущерб, причиненный их предприятию распространением этих сведений, в размере 1664280 (один миллион шестьсот шестьдесят четыре тысячи двести восемьдесят) гривень.

А все началось с того, что во время очередного брифинга о концепции устойчивого развития и об отсутствии программы устойчивого развития Приднепровья (кстати, ее и сейчас нет) я дал прямой ответ на прямой вопрос одного из известных журналистов о целесообразности строительства завода свинцовых аккумуляторов в непосредственной близости к жилому массиву в свете этой концепции. После этого в газете «Позиция»  был опубликован материал «Почему жилмассив Северный превратили в опасную зону?». Далее дословно приводится информация, опубликованная в газете: «Аккумуляторный завод «ИСТА» — это предприятие «секонд-хэнд», которое демонтировали в Германии и передали Украине. Завод построен в недопустимой близости от жилых домов. Да и что говорить, такое предприятие вообще нельзя строить в городе... По мнению различных специалистов, завод выбрасывает в атмосферу аэрозоли свинца, которые плохо поддаются существующим методам очистки. Такое заключение было дано еще на стадии, когда проект проходил проверку».

По мнению руководства завода, в данной публикации содержалась информация, которая не подтверждена документально и не отвечает действительности. В связи с исковым заявлением мне пришлось дать пояснения по каждому пункту приведенного текста.Аккумуляторный завод «ИСТА» — это предприятие «секонд-хэнд», которое по требованию немецких экологов (не наших алармистов!) демонтировали в Германии и «подарили» Украине, где под давлением одного из олигархов его очень быстро смонтировали как новое(!) в Днепропетровске. Это общеизвестный факт, ставший хрестоматийным для «зеленого» движения. Впервые сведения об этом я получил, когда по просьбе областной СЭС рассматривал часть рабочего проекта строительства этого завода. Завод действительно построен в недопустимой близости от жилых домов. Такое предприятие вообще нельзя строить в городе. Расстояние от завода до жилых домов — несколько сотен метров (от забора до ближайших домов — 240 м). Между тем общеизвестно, что выбросы паров и аэрозолей свинца из рабочей зоны распространяются на значительные расстояния (к примеру, в Белоруссии большие территории загрязнены не только радионуклидами, но и свинцом, использовавшимся при ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АС). Кроме того об этом свидетельствуют обследования выбросов одного из аналогичных «ИСТЕ» российских заводов, в частности, материалы по загрязнению почвы. К сожалению, независимой экспертизы по экологической опасности «ИСТЫ», несмотря на наши неоднократные предложения, не проведено. Единственными местными данными, которыми можно было в 2000 г. как-то оперировать, являлись результаты студенческой работы, представленной на республиканский конкурс в УГХТУ в 1999 году, показавшие, что на территории жилой зоны в верхних слоях почвы обнаружены значения концентрации свинца, существенно более высокие, чем фоновые. В атмосферном воздухе, даже по данным «ИСТЫ» и ГорСЭС, среднегодовая концентрация свинца составляет 0,38—0,48 ПДК. Показано также значительное накопление свинца в хвойных растениях (в лиственных растениях из-за сезонной смены листвы анализ накопления затруднителен). Данным наших СЭС, к сожалению, верить не всегда можно (к примеру, содержание хлорорганических соединений в питьевой воде в городе было всегда «в норме», пока Гринпис не провел независимые исследования и не показал более 4-кратного превышения ПДК. А потом и СЭС показала 8—10 ПДК. Кроме того, опыт моей работы с Запорожским титано-магниевым комбинатом (ЗТМК) по очистке вентиляционных выбросов от аэрозолей германия (аналогичных по свойствам аэрозолям свинца) свидетельствует о значительной стойкости этих аэрозолей и их распространении на значительные расстояния.

По мнению различных специалистов, завод выбрасывает в атмосферу аэрозоли свинца, которые плохо поддаются существующим методам очистки. Такое заключение было дано еще на стадии, когда проект проходил проверку.Упругость паров свинца над расплавом при температуре выше 400 градусов, как указывается в любой энциклопедии, достаточно высока. Об аэрозолях, образованных микрочастицами, содержащими свинец, неизбежности их образования при работе с расплавами этого металла написаны целые монографии (см., например, Лоскутков Ф.М. «Металлургия свинца и цинка», М., 1964 г.; Лебедева К.В. «Техника безопасности в металлургии свинца и цинка», М., 1963 г.). Замечу, что обезвредить такие аэрозоли традиционными методами чрезвычайно трудно из-за малого размера частиц и их плохой смачиваемости. По тем же причинам непригодны для определения свинца в виде аэрозолей и стандартные аналитические методы. Выше я уже написал о том, что нам удалось предложить новую, достаточно точную методику определения и очистки газов от аэрозолей металлов, однако «ИСТУ» она не заинтересовала. Об аэрозольной опасности производства свинцовых аккумуляторов я писал в своем заключении на имя главного врача областной СЭС (письмо №0045 еще от 16.06.1994 года), информировал ответственных должностных лиц из органов местного самоуправления. К сожалению, единственный мой успех — отзыв иска из суда предприятием «ИСТА». А завод непрерывно расширяется. Появилось уже несколько новых очередей предприятия. Появилось новое крупное объединение "ВЕСТА" в противоположной части города, но тоже рядом с жильем, другое работает практически в центре города. Экологи - алармисты бьют тревогу. Ведь, по данным независимой экспертизы концентрация соединений свинца в  почве в городе уже в десятки раз превышает допустимую.  

К сожалению, предложения  ученых по усмирению зловредных аэрозолей остаются безответными. Ошалевшие от сверприбылей  производители свинцовых чудо - аккумуляторов предпочитают тратить огромные деньги на  рекламные кампании их продукции.  «Зловредные» микрочастицы пока могут праздновать победу!