Поведение аэрозольных частиц в волокнистых средах тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

На правах рукописи

АГРАНОВСКИЙ Игорь Евгеньевич

ПОВЕДЕНИЕ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ В ВОЛОКНИСТЫХ

СРЕДАХ

02.00.04 - физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора физико-математических наук

В5ДЕНИ»

Москва-2008

003456442

Работа выполнена в ФГУП «НИФХИ им Л.Я. Карпова» и Гриффитском университете (Griffith University), Брисбэн, Австралия

Официальные оппоненты

Доктор химических наук, профессор Огородников Б.И. Доктор физико-математических наук, профессор Уварова JI. А. Доктор физико-математических наук, профессор Щукин Е. Р.

Ведущая организация

ФГУН ГНЦ ВБ "Вектор", 630559, Новосибирская обл., п. Кольцово

Защита состоится 15 декабря 2008 года в 13.00 на заседании диссертационного совета Д 217.024.02 при ФГУП «НИФХИ им Л.Я. Карпова» по адресу: 105064, Москва, ул. Воронцово поле, 10

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИФХИ им Л.Я. Карпова

Автореферат разослан 14 ноября 2008 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

Андронова А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность.

Возросшие требования в области охраны окружающей среды и необходимость дальнейшего снижения предельно допустимых концентрации вредных веществ выбрасываемых в атмосферу обусловили необходимость разработки и внедрения новых эффективных технологий очистки газовых потоков от взвешенных примесей. Существует большое количество промышленных технологий производящих и выбрасывающих в атмосферу вязкие аэрозольные частицы. К таким производствам относятся технологии связанные с переработкой нефтепродуктов, оцинковыванием стальных конструкций, производством полимеров и лакокрасочных продуктов и многие другие. Использование сухих фильтров для очистки газовых выбросов таких технологий крайне ограничено в связи с быстрой и необратимой блокировкой фильтровальной ткани и невозможностью длительной эксплуатации. В этой связи, очистка газов от вязких частиц обычно производится орошаемыми скрубберами, малоэффективными для улавливания субмикронных фракций. Разработка новых подходов, позволяющих существенно увеличить эффективность улавливания вязких аэрозольных фракций, является актуальной задачей, направленной на улучшение качества воздуха в промышленных районах и в окружающих их населённых пунктах.

В настоящее время существует достаточно ограниченный круг устройств, способных с высокой эффективностью одновременно улавливать газовые и аэрозольные загрязнители. Теоретическое обоснование и последующее создание таких устройств позволит существенно удешевить процессы очистки газов, а также устанавливать очистные сооружения в местах, где в связи с ограниченностью пространства, очистные сооружения в настоящее время либо не используются вообще, либо устанавливаются только для очистки наиболее критичной составляющей выбросов (газовых или аэрозольных загрязнителей). Решение данной задачи является актуальной проблемой, напрямую направленной на улучшение экологии воздушного бассейна.

В последние годы, в связи с возросшей опасностью био-терроризма и широким распространением опасных вирусных заболеваний, таких как атипичная пневмония и птичий грипп, необходимость разработки надёжных и быстрых методов выявления инфекции в окружающем воздухе становится задачей первостепенной важности и особой актуальности. В настоящее время в мире не существует методов, позволяющих обнаруживать живые вирусные частицы в воздушном пространстве. Создание таких методов может диаметрально изменить ситуацию, позволяя своевременно провести комплекс санитарных и эвакуационных мероприятий, существенно снижая возможность распространения эпидемий/пандемий, связанных с человеческими жертвами и влекущих колоссальный экономический ущерб для экономики.

Основными цслнми работы являются:

1. Теоретическое обоснование, исследование и разработка новых технологии, основанных на использовании орошаемых фильтров, способных эффективно улавливать широкий спектр аэрозолей, включая вязкие частицы.

2. Теоретическое обоснование и разработка технологических решений по использованию волокнистых сред погружённых в жидкости для параллельного удаления аэрозольных и газовых примесей из воздушных потоков.

3. Теоретическое обоснование и разработка аппаратурного оформления и протокола для нового метода быстрого мониторинга биоаэрозольных частиц.

Научная новизна

Получен ряд результатов, позволивший теоретически обосновать и разработать технологии нового поколения в областях фильтрации аэрозолей и мониторинга биологических загрязнителей воздуха. Математически описаны, разработаны и внедрены самоочищающиеся фильтры позволяющие улавливать вязкие частицы и изучен процесс поведения жидкой фазы на волокнах. Оптимизация процесса позволила достичь очень высокой эффективности очистки выхлопных газов, что особенно важно, так как исторически выхлопные газы, несущие вязкие аэрозольные частицы, очищались низкоэффективными скрубберами не позволяющими достигать требуемых степеней очистки. Разработан ряд моделей, описывающий процессы улавливания аэрозолей, испарения жидкости с поверхности фильтра, и поведения капель и плёнок на поверхности волокна, позволяющих проводить точную оценку технологических процессов на стадии их разработки. Все разработанные модели были экспериментально верифицированы в лаборатории и на производстве.

Разработаны и детально изучены физико-кинетические основы процесса улавливания аэрозольной фазы при пропускании газового носителя через пористые среды, погружённые в слои орошающей жидкости. С помощью разработанного метода, в котором используется процесс пропускания газового носителя через пористые среды, решены задачи, связанные с очисткой воздуха при помощи компактных и дешёвых технологий. Для исследований, разработан и применён динамический метод исследований при помощи ядерного магнитного резонанса на микроскопическом уровне. Результаты, полученные с помощью данного метода, позволили визуализировать процесс течения газо-жидкостных потоков внутри пористой среды. На основании полученных результатов были разработаны математические модели расчётов параметров процесса, необходимых на стадии разработки оборудования. Метод был применён для разработки персонального пробоотборника биоаэрозольных частиц.

Разработан и испытан в лабораторных и полевых условиях эксплуатации метод мониторинга живых биоаэрозольных частиц. В результате испытаний получено, что выживаемость бактериальных и грибковых аэрозолей более чем в два раза выше по сравнению с лучшими мировыми образцами аналогичного оборудования. Биоаэрозольный пробоотборник был успешно использован для мониторинга живых вирусных частиц в окружающем воздухе. Результаты, показанные при лабораторных испытаниях легли в основу разработки прототипа для массового производства для дальнейшего использования анти-террористическими организациями, вооружёнными силами, в областях сельского хозяйства и здравоохранения и многими другими. Прибор был успешно использован для мониторинга вируссодержащих аэрозолей в инфекционных больницах и в сельском хозяйстве. Далее он был использован в сочетании с устройством ПЦР (полимеразной цепной реакции), что позволило существенно сократить сроки определения наличия патогенов в воздухе. Прибор был испытан в сочетании с ПЦР в реальном времени, что позволило качественно (присутствуют/отсутствуют) определять целевые микроорганизмы в течение минут после их появления в воздухе. Был разработан прототип миниатюрного ПЦР реального времени что, в сочетании с пробоотборником, позволило разработать портативный комплекс мониторинга биоаэрозолей, устанавливаемого на ремне пользователя и определяющего наличие инфекционных биоаэрозолей в течение минут после их появления. Разработаны модели оценивающие процесс мониторинга внутри помещений и в условиях открытой атмосферы, позволяющие, на основании данных полученных в результате пробоотбора, производить точный перерасчёт соответствующей концентрации в воздухе. Данные модели также могут быть использованы для определения оптимальных маршрутов мониторинга для наиболее полного охвата исследуемого объекта.

На защиту выносятся:

1. Новый метод улавливания аэрозольных частиц орошаемыми фильтрами с различными гигроскопическими свойствами (теоретическое обоснование и аппаратурное оформление), позволяющий приводить фильтрацию частиц с широким диапазоном параметров, включая вязкие частицы блокирующие традиционные фильтры.

2. Новый метод комплексного улавливания аэрозольных и газовых загрязнителей воздуха на пористых материалах погружённых в жидкую среду, включая его теоретическое обоснование и' аппаратурное оформление.

3. Теоретическое обоснование и разработка нового метода мониторинга живых биоаэрозольных частиц (аппаратурное оформление и протокол измерений), включая быстрое обнаружение патогенных микроорганизмов с использованием комбинации с мини-ПЦР.

Апробация.

Результаты изложенные в диссертации обсуждены на 'СНЕМЕСА 95', Adelaide, Australia; 10th World Clean Air Congress, Helsinki, Finland; 13th International Clean Air & Environment Conference. Adelaide. Australia; 7th World Filtration Congress, Budapest, Hungary; 15th International Meeting on Air Cleaning & Contamination Control. Tokyo. Japan; Separation of particles. 4th European Symposium. Nürnberg. Germany; 11th World Clean Air Congress. Durbin. South Africa; European Aerosol Conference. Prague. Czech Republic; Горение и атмосферное загрязнение, Санкт Петербург, Россия; 17th International Meeting on Air Cleaning & Contamination Control. Tokyo, Japan; American Aerosol Conference, St.Louis, USA; 3rd European Congress of Chemical Engineering. Nürnberg, Germany; 6th World Congress of Chemical Engineering. Melbourne; MODSIM 2001, Canberra, Australia; ICIPACT-2001. Hyderabad, India; AlHce. San-Diego, USA; AlOH. Wollongong, Australia; 6th International Aerosol Conference, Taipei, Taiwan; European Aerosol Conference 2003. Madrid, Spain; Asian Aerosol Congress, Hong Kong; European Aerosol Conference, Budapest, Hungary; American Association Aerosol Research, Austin, TX, USA; European Aerosol Conference, Ghent, Belgium; 4th Asian Aerosol Congress, Mumbai, India; 7th International Aerosol Congress; "Аэрозоли Сибири", Томск. Публикации.

По теме диссертации опубликовано более 140 работ в Российских и международных изданиях (список основных работ пролагается), в том числе в 56 международных и 11 Российских изданиях рекомендованных ВАК РФ. Личный вклад автора.

Данная работа описывает результаты исследований проведённых автором на протяжении 22 лет в лабораториях России, Австралии, США, Японии, Гонконга, Великобритании, Франции, Кореи, Израиля и многих других стран. Были получены результаты, позволившие решить ряд важных проблем в различных областях науки и техники. Разработанные технологии успешно работают более чем в 30 странах мира. Под руководством автора и по теме данной диссертации подготовлено 9 кандидатских диссертаций (PhD) и опубликовано более 140 научных статей и докладов. Все исследования, описанные в данной диссертации, были проведены при непосредственном участии автора, который принимал участие в обосновании и разработке направлений исследований, разработке лабораторного и промышленного оборудования, разработке математических и физических моделей процессов и в экспериментальных программах. Все статьи и тезисы докладов описывающие результаты исследований были целиком или в большей степени написаны автором. Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, трёх частей, содержащих 19 глав, выводов, заключения и списка литературы. Объём диссертации - 328 стр., включающих 127 рисунков и 27 таблиц. Библиография: 283 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ЧАСТЬ 1. ФИЛЬТРАЦИЯ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ НА

ВОЛОКНИСТЫХ ФИЛЬТРАХ ГЛАВА 1.1 Блокировка орошаемых фильтров частицами пыли.

В большинстве случаев, твёрдые частицы, уловленные из газовых потоков, могут быть легко удалены с поверхности фильтра. Однако в ситуациях, когда улавливаемые частицы являются жидкими каплями с высокой вязкостью, процесс регенерации становится малоэффективным (частицы прилипают к поверхности фильтра), что приводит к частичной или даже полной блокировке фильтра и невозможности дальнейшего проведения процесса.

Рис. 1. Экспериментальная установка

В результате исследований было обнаружено, что некоторые фильтрующие материалы являются смачиваемыми, в то время как другие остаются не смачиваемыми для жидких частиц с различными физическими свойствами. В случае, когда фильтр смачиваемый, жидкие аэрозоли, уловленные фильтром, растекаются по поверхности волокон образуя тонкие плёнки, покрывающие каждое отдельное волокно. В этом случае, вновь уловленные частицы оседают не на поверхности волокна, а на покрывающую волокно плёнку и могут быть легко удалены с поверхности фильтра при использовании дополнительного орошения фильтрующего элемента. Для изучения процесса, была создана экспериментальная установка показанная на Рисунке 1. Фильтр был установлен в камере с размерами 900мм х 150мм х 150мм. Твёрдые частицы кварца с диаметром от 1 до 6 мкм подавались в камеру генератором пыли с помощью предварительно отфильтрованного воздуха. Концентрация частиц до и после фильтра измерялась с использованием стандартного метода основанного на изокинетичности отбора пробы. Лабораторная установка была также оснащена манометром с

разрешением 1 Па для измерения перепада давления на фильтре. Два вида фильтров, смачиваемые и не смачиваемые, исследовались в данном проекте:

Таблица 1. Параметры фильт] ров

Тип Материал волокна Плотность упаковки Диаметр волокна Вес Толщина

Смачиваемый Полиэфир 12% 12мкм 320 г/м2 Змм

Не смачиваемый Тефлон 10% 12мкм 270 г/м2 Змм

'.V /.-"»К; 'Л /. ЧЧ К

, Л- _

» , * ■ - • «* • » •

/V- " Л \ ',

•у]

• I

•>4

!■ г/. —-I____г.-__л

г п', ,<• *:• л

а

Рис. 2 Поверхность фильтра с отложениями пыли; (а) не смачиваемый, (Ь) смачиваемый Фотографии поверхностей не смачиваемого (Рис. 2а) и смачиваемого

V,,- 0,1м/сек; Пыль: 4г/час

'-40,075 -0-0.1 1

Время эксперимента, мин

Время эксперимента, мин Время эксперимента, мин

Рис. 3 Перепад давления на смачиваемом фильтре для различных параметров процесса.

(Рис.2Ь) фильтров, сделанные в процессе эксперимента.

показывают

взаимодействие жидкой и твёрдой фаз на поверхности фильтров с разными физическими свойствами. Как видно на Рис. 2а (не смачиваемый фильтр), орошающая жидкость не смывала осевшую на поверхности пыль, а стекала с поверхности в виде струек. При этом большая часть поверхности оставалась сухой и полностью заблокированной пылью. С другой стороны, как видно на фотографии показывающей смачиваемый фильтр, вода смачивает всю поверхность фильтра, вынуждая улавливаемые частицы пыли оседать не на волокне, а на покрывающей его плёнке. Такие частицы эффективно удаляются с поверхности фильтра подаваемой на него орошающей жидкостью.

Результаты замеров перепада давления на фильтре при улавливании

V,- 0,1м/сек; Пыль: 4г/час

Ун= 0,1м/сек; Пыль: 40г/час

Время -эксперимента, мин 0,5м/сек; Пыль: 16г/час

Время эксперимента, мин 1м/сек; Пыль: 40г/час

3 4 5 5 7 В Э 10 11 12

Время эксперимента, мин

Время эксперимента, мин

Рис. 4 Перепад давления на не смачиваемом фильтре для различных параметров процесса частиц пыли представлены на Рисунках 3 и 4. Девять графиков показанных на Рисунке 3 демонстрируют результаты замеров полученных для смачиваемого фильтра. Очевидно, что степень блокировки фильтра зависит от ряда параметров процесса фильтрации, включая скорость очищаемого воздуха, расход орошающей жидкости и концентрацию пыли в газовом потоке. Графики представленные на рисунке были выбраны как наиболее представительные для демонстрации процесса; для каждой концентрации пыли (4, 16 и 40 г/час) были использованы три скорости воздуха (0,1; 0,5 и 1,0 м/сек), покрывающие весь диапазон скоростей применяемых в процессах фильтрации в промышленности. На каждом графике показаны результаты замеров сопротивления фильтра для сухой фильтрации, й фильтрации при орошении водой в количествах 0,05; 0,075; 0,1 и 0,15 кг/час

Как видно на рисунке, при сухой фильтрации, блокировка фильтра происходила при всех расходах пыли. Однако в случаях, когда фильтр орошался, его забивка происходила только при определённых параметрах расходов пыли и воды.

ГЛАВА 1.2. Влияние испарения орошающей жидкости на процесс фильтрации в режиме самоочищения

Как было показано выше, смачиваемый фильтр был успешно использован для улавливания твёрдых частиц в режиме самоочищения при помощи орошающей жидкости. Однако, при недостаточных расходах жидкости, даже смачиваемый фильтр может быть заблокирован в ситуациях, когда концентрация твёрдых частиц достаточно высока. Существует большое количество промышленных процессов производящих выхлопные газы с очень низким содержанием влаги и достаточно высокой температурой. В таких ситуациях, испарение орошающей жидкости становится очень существенным, делая проектный расход орошения недостаточным для эффективного ведения процесса и требующим корректировки расходных параметров. Для оценки возможности испарения орошающей жидкости была разработана математическая модель.

Рассмотрим тепло и массообмен на единице поверхности фильтра. Материальный баланс по орошающей жидкости на входе и выходе из фильтра может быть написан в виде:

(1)

где и С" (01 и С") входящие и выходящие потоки пара (воды). Тепловой баланс процесса может быть представлен в виде:

Оаса(Т° -т:) + с,(0;т: -СХ) + с№(0°т: -0^) = (2)

где Оа - массовый расход воздуха, Т^ и Т° - температуры паро-воздушной смеси на входе и выходе из фильтра, Т^ и Т° - температуры орошающей жидкости на входе и выходе из установки, са, с5 и с№ - удельные теплоёмкости воздуха, пара и воды, и X - удельная теплота парообразования. Предполагается, что паро-воздушная смесь однородна и хорошо перемешана и удельная теплоёмкость является постоянной величиной. Уравнение массопереноса для воды и пара может быть представлено как:

где Ра - коэффициент массопереноса отнесённый к единице поверхности фильтра, ф5 - объёмное содержание пара, и ф* - равновесное объёмное содержание пара. Средние значения температуры и расхода воды:

Объёмный расход пара может быть представлен в виде

РО,М,М,

<5>

где Р - давление пара, М, и М, - молекулярные веса воздуха и воды, Я -универсальная газовая постоянная, и 05 и Т8 - средние значения расхода и температуры. Уравнение теплообмена в общем виде:

(Оаса +05с5)(Т' -Т°) = РёОтст(Тт (6)

где Ст и ет - средний расход и средняя удельная теплоёмкость смеси. Плотность паро-воздушной смеси, рт, представляется как

где

Рт = Фз + Уа

РС.М.М,

(7)

11Тт(08Ма+СаМ5) объёмный расход воздуха. Тогда

Ч'аса+Ф3с5

ст='

(В)

где са и с5 усреднённые весовые значения для воздуха и пара.

На практике, при достижении стабилизации процесса, входные параметры Тг'п и Т^ могут быть измерены. Далее, для заданной

величины Ра теоретические значения выходных параметров , Т° и Т° могут быть посчитаны при помощи уравнений (2 - 8).

Эти же значения выходных параметров могут быть легко измерены экспериментально. Задавая функцию

Е(Ра) = (6° -С°№)2 +(ТI -Т°)2 + (Т° -Т^)2 (9)

в виде квадратов разницы между теоретическими и измеренными (в" , Т° и С) параметрами процесса и минимизируя Е с использованием численных методов позволяют получить значение Ра характеризующее процесс массообмена в системе. Три смачиваемых фильтра были задействованы в экспериментах, проведённых на установке, показанной на Рис. 1. Их основные физические параметры показаны в Таблице 2. Результаты

N0. Материал Толщина Диаметр волокна Удельный вес Плотность упаковки

1 Полиэфир 3 мм 12 мкм 330 г/м2 12%

2 Полиэфир 3 мм 24 мкм 327 г/м2 12%

3 Полиэфир 3 мм 36 мкм 330 г/м2 12%

теоретических расчётов и экспериментальных замеров испарения орошающей жидкости с поверхности фильтров представлены на Рис. 5 для всех фильтров. Информация представленная на Рис. 5 необходима для корректировки расчетов количества орошающей жидкости требуемой для нормального функционирования процессов очистки горячих выхлопных газов при помощи орошаемых фильтров. Для реалистичной оценки минимального количества орошения, количество испарённой жидкости для воздушного потока с определённой температурой может быть получено при помощи графиков представленных на Рис. 5. Далее, полученная величина

должна быть добавлена к величине минимального количества орошения,

—-> фильтр 1(Эк)10г/кг О—Фильтр 1(Эк)20г/кг —й-Фильтр 1(Эк)30г/кг —О—Фильтр 2(Эк) Юг/кг -»-Фильтр 2(Эк)20г/кг —»-Фильтр 2(Эк)30г/кт —А-Фильтр 3(Эк)10г/кг -»-Фильтр 3(Эк)20т/кт —^-Фильтр 3(Эк)30г/кт —Офильтр 1(Тео)10г/кт

■ ■ -О Фильтр 1(Тео)20г/кг --■дфильтр 1(Тео)30г/кг ■-о Фильтр 2(Тео)10г/кт

- - Фильтр 2(Тео)20г/кг

■ ♦фильтр 2(Тео)30т/кт --■¿Фильтр 3(Тео)10г/кг

- «Фильтр 3(Тео)20г/кт

- -хфильтр 3(Тео)30г/кг

47 55 63 71 Температура, град. Ц

Рис. 5 Количество орошающей жидкости испарённой с 1 м фильтра для различных температур воздуха

полученной при помощи модели приведённой в предыдущей главе, для конкретного количества пыли улавливаемой фильтром.

Глава 1.3 Промышленное внедрение орошаемых смачиваемых фильтров

>> >

Воздух Вода

Д В атмосферу

Каплеотбойник

>-

Скруббер

и

Насос

Чистая вода

Форсунки Фильтр

Сепаратор

Рис. 6 Диаграмма предложенной технологии

Гальваническое производство (оцинковка стальных деталей) может быть рассмотрено как один из примеров

производства частиц со свойствами

неблагоприятными для сухой фильтрации. В момент погружения стальной детали в ванну с цинком, происходит серия химических реакции приводящих к

формированию

нескольких слоев сплавов железа и цинка. Формирование аэрозольных

погружения в жидкий цинк. Химические вещества, оставшиеся на поверхности стали после предыдущих стадий обработки, испаряются при контакте с жидким цинком генерируя вязкие аэрозоли, состоящие из целого спектра химических веществ включая цинк и его соединения, хлориды и другие.

Использование сухих фильтров для улавливания таких частиц обычно не практикуется в связи с невозможностью регенерации технологии и её быстрой забивкой. Скруббер Вентури исторически использовался для очистки воздуха фирмой выбранной для внедрения орошаемой фильтрующей технологии в

промышленности (Palmer Tube Mills Pty Ltd., Salisbury, QLD Australia). Размеры производимых аэрозольных частиц варьировались в интервале 0,01 - 300 мкм. Данная технология являлась достаточно эффективной для очистки крупных частиц размером более 3 мкм, однако большинство мелких частиц оставалось в выхлопных газах и выбрасывалось в атмосферу.

Для решения данной проблемы было предложено использование смачиваемых орошаемых фильтров. Рис. 6 показывает основные модули системы, включая существующий скруббер и сепаратор, а также и вновь установленные системы фильтрации и её орошения. Четыре элемента было установлено в сепараторе и их общая поверхность фильтрации составила 12,5 м2. Учитывая, что количество очищаемых газов было на уровне 4 м3, скорость фильтрации на поверхности фильтра составила 0,32 м/сек. Каждый фильтрующий элемент орошался индивидуально установленными для него форсунками (см. Рис 7). Серия замеров эффективности системы была проведена до, и после установки новой технологии. Пробы отбирались на входе и выходе из технологии, и результаты использовались для расчета эффективности фильтров. Основные результаты замеров приведены в Таблице 3. Как хорошо видно, эффективность старой системы очистки воздуха была намного ниже по сравнению с новой.

Таблица 3 Концентрации загрязнителей в выхлопных газах

Точка отбора пробы Общее количество частиц, (г/Нм"') Соединения цинка, (г/Нм3) Хлориды, (г/Нм3)

Старая система Вход 0,274432 0,069608 0,097549

Выход 0,057902 0,036865 0,019231

Новая система Вход 0,506452 0,163723 0,119345

Выход 0,0066996 0,003125 0,001959

частиц происходит в момент

Рис. 7 Фотография промышленно внедрённого фильтра и системы орошения

К настоящему моменту, система бесперебойно отработала более 5 лет и была внедрена на четырёх аналогичных предприятиях в Австралии и Южно Африканской Республике.

ГЛАВА 1.4 Исследование возможности отскока частиц от поверхности фильтра

В настоящее время, большинство моделей описывающих процессы фильтрации предполагают безусловное прилипание частиц к поверхности волокна после контакта, однако это предположение не является абсолютно верным. При определённых параметрах процесса и физических свойствах частиц, существует высокая вероятность их отскока с последующим уносом газовым потоком. В момент контакта частицы и волокна возникает сложная комбинация их пластических деформаций направленных на поглощение кинетической энергии быстро тормозящейся частицы. Для жидких частиц, наиболее важным параметром, связанным с возможным отскоком от поверхности соударения является поверхностное натяжение. Однако, как легко предположить, за счёт деформации, жидкие частицы обладают большей способностью абсорбировать энергию столкновения по сравнению с твёрдыми. Исследования были построены на сравнении эффективности фильтрации жидких (ди-этил-гексил-себакат - DEHS) и твёрдых частиц латекса (PSL) имеющих идентичные размеры и форму при одинаковых параметрах фильтрационного процесса.

Для проведения экспериментов была создана лабораторная установка. Воздух с контролируемым расходом просасывался через абсолютный (HEPA) фильтр и после его прохождения смешивался либо с жидкими аэрозолями, подаваемыми монодисперсным генератором (CMAG - TSI, USA) либо с твёрдыми частицами, генерируемыми из суспензии при помощи генератора Колиссона. Далее поток подавался на фильтр, герметично зафиксированный в фильтровальной камере. Dustrak (TSI, USA) использовался для замеров концентрации аэрозольных частиц на входе и выходе из фильтровальной камеры. Три фильтра (Таб. 4) с различными размерами волокон и плотностью упаковки были использованы в экспериментах. И одной серии экспериментов фильтры работали в сухом режиме, а во второй орошались водой.

Таблица 4 Параметры фильтров

Фильтр (эффективность) Размер волокна, мкм Толщина фильтра, мм Плотность упаковки, % Материал

Н (высокая) 16 ± 1,0 2,0 25,2 + 1,7 Полиэфир

М (средняя) 20 ± 1,2 2,5 16,2+1,3 Полипропилен

Л(низкая) 60 ±3,1 3,0 12,5 ±2,2 Полипропилен

Рисунки 8 - 10 показывают результаты замеров эффективности фильтров Н, М and L. Рисунки 'А' и 'В' демонстрируют результаты для сухого и влажного режимов, соответственно. Как видно на графиках, при сухом режиме, разница результатов по улавливанию жидких и твёрдых частиц достигает значительных величин при максимальных значениях для частиц размером 1,5мкм. Результаты, полученные для сухих фильтров,

сравнивались с результатами расчетов теоретической эффективности произведёнными по классическим формулам. Было получено близкое соответствие результатов с расхождением, не превышающим 15%. Так как классическая теория фильтрации, основанная на расчетах эффективности

# сч 1

Размер частиц, мкм

О РЧ51. О 57т'к —-ОЕНЗ О.&ТтН • • Ж - • Р51. О АВт/ш О - оенв О А&т* ---РБ«.0.30тЛ1 - т- овна о жпи*

В

Размер частиц, мкм

Рис. 8 Эффективность фильтра Н

■в-

С1 „

/0 зз -РЕ(- О вГтМ —А—ОЕН8 О.ВТ«,'«

/•■■' Л' А Ж Р81. ОЧЭШГ* • О ОСИП 0.45т'а - — Р51. 0.30т'» - в- ОЕ118 0 30т'«

о о.б 1 1Л г 2.6 з з. Размер частиц, мкм

Г а оспспдттд.

------—

• • О • • ОВИЗ 0.-45С!»»

в - е— оснэ озоту» |

Размер частиц, мкм

Рис. 9 Эффективность фильтра М

Размер частиц, мкм

•е-

-э-

о

-1

—й— ОЕНЯ 0.57т!>

1/ - - О - • ОЕНЭ о^вго/» ---Р&1. ОЗСтУа - а- оенво.зо«п/»

в

Размер частиц, мкм

одиночного волокна и общей геометрии фильтра, не учитывает возможного отскока частицы на основании её физических свойств (твёрдая/жидкая, твёрдость, эластичность, и т.д.), данное расхождение может быть объяснено неучтённым отскоком. Результаты работы фильтра в сухом режиме показывают, что эффективность улавливания ОЕН8 намного выше, чем РБЬ. Очевидно, что при идентичности физических свойств волокон фильтров и параметров процесса, такая разница может быть объяснена только способностью жидких частиц лучше абсорбировать энергию столкновения за счёт деформации, обуславливающую уменьшение отскока. Разница в отскоке жидких и твёрдых частиц снижается

Рис. 10 Эффективность фильтра Ь

со снижением размера частиц и уменьшением скорости фильтрации. Для влажного режима фильтрации эффективность улавливания жидких и твёрдых частиц практически идентична. Незначительное различие результатов объясняется некоторым различием плотности частиц (частицы БЕНЗ легче и эффективность их улавливания ниже). Отсутствие (существенное уменьшение) отскока от поверхности смоченных фильтров является очень интересным результатом данной работы. Очевидно, что жидкая плёнка работает как ингибитор процесса отскока, эффективно абсорбируя энергию, выделяемую при соударении частицы и волокна.

ГЛАВА 1.5 Влияние ориентации волокна на процесс его смачивания

Данная часть работы включает в себя микроскопические исследования

процесса смачивания волокна и течения жидкости под действием сил гравитации и сил сопротивления воздушному потоку. Существуют три различных формы распределения/течения жидкости на поверхности волокон. Первой формой течения является плёночное течение (Рис. 11а). При второй форме, жидкость образует дендриты симметричные Рис. 11 Формы жидкости относительно волокна. Обычно такие

дендриты соединены между собой тонкой плёнкой толщиной от нескольких нанометров до нескольких микрон (Рис 11Ь). Последней формой распределения жидкости на поверхности волокна

являются ассиметричные дендриты (Рис 11с). Силы, обуславливающие расположение капли на поверхности определены в литературе как поверхностное натяжение,

натяжение на пятне контакта волокна и капли и линейное натяжение. Линейное натяжение определяется как избыточная свободная энергия, отнесённая к единице длины линии контакта. Для проведения экспериментов, была разработана оптическая ячейка, в которой крепились отдельные волокна для последующего изучения динамического поведения подаваемой на них жидкости через микроскоп. Ячейка устанавливалась на предметном столе поляризующего оптического микроскопа оснащённого ССБ камерой дающей возможность получения скорости съёмки до 75 кадров в секунду. Для изучения процесса, расположение волокон, а соответственно

Рис. 12 Поведение жидкости

Таблица 5 1 рапичиые условия использованные при расчешх

Переменная Нижняя граница Верхняя граница Размерность

II (скорость) 0,05 10,0 м/сек

р (вязкость воздуха) 1,72x105 2,16 хЮ5 Па*сек

Ъ (радиус капли) 0,005x10-3 2,0x10"3 м

1 (ширина прохода воздуха) 0,001 х10"3 1,0 хЮ"3 м

р(плотностъ капли) 700 1300 кг/м3

и всей ячейки должно было быть вертикальным. Было изготовлено специальное приспособление позволяющее повернуть корпус микроскопа на 90 градусов, делая предметный стол вертикальным.

Таблица 6 Влияние параметров на процесс течения жидкости по волокну

Эффекты первого порядка

Параметр Среднее значение Степень влияния ско

и 0,147831 2 0,10261

М 0,024191 5 0,023021

Ъ 1,143021 1 1,383862

1 0,085989 3 0,06292

Р 0,058812 4 0,046367

Эффекты второго порядка

Параметр Среднее значение Степень влияния СКО

и и ¡1 0,033209 10 0,026271

и и Ъ 3,195807 1 1,442035

и и / 0,150259 9 0,109813

и и р 1,219032 3 1,026343

ц и Ъ 0,520005 6 0,274734

ц и / 0,442109 7 0,728215

И и Р 0,367881 8 0,329154

Ъ и / 1,615657 2 1,082838

Ь и р 0,705451 5 0,880695

1 и р 1,204147 4 1,041786

Рисунок 12 демонстрирует примеры поведения жидкости на волокнах. На а-с частях рисунка хорошо видна динамика течения капли смывающей более мелкие капли на своём пути. Остальные части рисунка показывают поведение капель на различных волокнах или их пересечениях.

Математический анализ процесса был проведён для определения влияния различных параметров на величину оптимального угла наклона волокна Омах , позволяющего получить максимальную эффективность дренажа воды. Анализ проводился при помощи нового метода Морриса (метод отбора параметров первого и второго порядков). Эффекты влияния первого порядка, в результате, являются усреднениями первой производной выходных значений. Аналогично, метод второго порядка определяет среднее значение и средне квадратичное отклонение величин для всех парных взаимодействий между параметрами, с эффектами второго порядка,

усреднёнными по вторым производным выходных значений. Параметры, использованные в расчётах, приводятся в Таблице 5.

Таблица 6 представляет результаты данных расчётов. Величина со степенью влияния 1 имеет наибольшее влияние на процесс. Как видно, только одна величина из всех переменных, Ь - радиус капли, имеет существенное влияние на процесс, в то время как для эффектов второго порядка, существенным влиянием обладают следующие пары переменных: и и Ъ, Ъ и /, и и р, I и р.

Также был получен оптимальный угол наклона волокна для максимального стекания капли:

. = 1ап

Зл-

(10)

где Fg сила гравитации и ^ сила сопротивления воздушному потоку. ГЛАВА 1.6 Влияние испарения на эффективность влажных фильтров

Следующий этап исследований был посвящён изучению эффективности влажного фильтра на микроскопическом уровне. Для данного этапа исследований, лабораторная установка была модифицирована, с привлечением второго небулайзера для параллельной генерации аэрозолей Таблица 7

Тип волокна № Диаметр(мкм ±СКО) Тип капли на волокне

Стекло 1 7,0+0,1 Симметричная

Нержавеющая сталь (чистая поверхность) 2 28,0±0,2 Симметричная

Нержавеющая сталь (поверхность не очищалась) 3 28,0±0,2 Не симметричная

Полипропилен 4 40,0+0,6 Не симметричная

различных типов,

ь Г

А

А

I

Чу»

О $

(1 V"'

с'

f 1

шРШЬь ■ <

СП

к Ч«»* 11

Рис.13 Испарение жидкости

включая воду, лёгкое минеральное масло, пыль катализатора и латексные частицы. Аэрозольные потоки из небулайзеров смешивались в камере и подавались в оптическую ячейку. Параметры волокон, использованных в данном исследовании, приведены в Таблице 7.

Как было обнаружено, поведение капель на волокнах зависит в основном от их формы и в меньшей степени от вида волокна. Наблюдалось похожее поведение симметричных капель на волокнах №1 и №2, которое принципиально отличалось от поведения капель на волокнах №3 и №4. В то же время, поведение капель на волокнах №3 и №4 было идентичным.

Следующей фазой исследований, являлось создание параметров процесса, при которых расход воды из небулайзера был существенно уменьшен или даже отключён. Такие условия быстро приводили к

испарению воды с поверхности волокна, оставляя на нём слой твёрдого осадка приводящего, в реальных условиях, к блокировке фильтра. Рисунок 13 демонстрирует типичный пример испарения капли при отключении подачи воды. Рисунки (а^) показывают фазы испарения капли в течении 105 сек после отключения подачи воды. После этого включался небулайзер с дистиллированной водой, возобновляя подачу водных аэрозолей в ячейку. Рис. (Ь) показывает первую каплю, стекающую по волокну после возобновления подачи воды. При достижении твёрдого осадка, капля полностью покрывает его как показано на Рис. (1). Рис.(|) сделан через 60 секунд после Рис. (И), сразу после стекания с волокна первой капли. Рис. (к) и (1) показывают дальнейший процесс очистки волокна. Как хорошо видно, вода смыла подавляющее большинство пыли, оставляя лишь её незначительную часть на поверхности волокна. Фотографии, сделанные для каждого из волокон оцифровывались и были получены точные геометрические размеры полностью сухого осадка, непосредственно перед восстановлением подачи воды, и несмываемого осадка после длительного орошения (когда становилось очевидным, что дальнейшей очистки не происходит). Для обоих случаев определялся объём осадка (объём самого волокна вычитался из результатов) и степень регенерации волокна определялась по формуле:

'Уел-Уд.?

я=

Уса

хЮО , (Ю)

где Л - процент регенерации, ¥Сл ~ исходный объём сухого осадка, и Уа, -объём осадка после максимально возможной очистки. Результаты расчётов приводятся в Таблице 8. Очевидно, что волокна несущие симметричные капли обладают лучшей способностью самоочищения. Это объясняется более эффективным покрытием волокна симметричными каплями и плёнками воды и снижением вероятности прямого контакта частиц с поверхностью волокна.

Таблица 8. Регенерация волокон при фильтрации пыли катализатора

~ Форма капли _ ,„.. Время регенерации Тип волокна ... . Я (%+СКО) ,г г. г _(НгО)_2_у (минуты)_

Стекло Симметричная 96±2 2

Нержавеющая сталь _ __,. _

, , Симметричная 87±3 3

(чистая поверхность)

Нержавеющая сталь ^

(поверхность не 69+5 4

. симметричная

очищалась)

Не

Полипропилен 72±4 4

___симметричная_

ГЛАВА 1.7 Изучение несимметричных капель, находящихся под действием вязких и гравитационных сил, на вертикальных волокнах

В наших предыдущих работах было получено, что при достижении определённого размера и при определённых параметрах воздушного потока

Круговые ......... --------------—

колебания • >

Поступательные - ' !

колебания ' ]

Капля

Рис. 14 Колебания не симметричной капли на волокне (фотографии сделаны с интервалом 0,016 секунды). капля, находящаяся на волокне, начинает вибрировать и в результате отрывается от волокна. Такие колебания появлялись при достижении перехода из ламинарного в турбулентный режим течения газа вокруг капли. Физическое и математическое моделирование процесса колебания капли на волокне являются объектом исследования и описываются в данной части диссертации. Рис. 14 демонстрирует колебания не симметричной капли. Как хорошо видно на рисунке, капля колеблется в двух направлениях; возвратно поступательно в плоскости параллельной волокну, и по кругу в плоскости перпендикулярной волокну. Для моделирования процесса, предлагается

схема, концептуально показанная на Рис. 15. На диаграмме - вязкая сила Стокса; Т - сила упругости; М - центр массы капли, 0О - угол отклонения капли относительно состояния покоя (при скорости воздуха равной 0); 1 - длина смещения центра массы не симметричной капли относительно волокна в состоянии покоя, и г увеличение длины смещения центра массы не симметричной капли обтекаемой воздухом относительно состояния покоя. Воздух движется в направлении вектора в0 = 0.

Лабораторная установка для этой части исследований не изменялась, однако было задействовано два различных вида оптических ячеек. Первый тип был идентичен ранее описанному, в то время как второй тип ячейки был разработан специально для проведения исследований колебания капли (Рис.16). Уравнения, описывающие поступательные и радиальные колебания были записаны соответственно в виде:

А т Г- л , . . 1\

- (11)

Рис. 15 Диаграмма сил действующих на каплю

т{г -гв0 ) = -Т + ^ сое в0 + а0 сое+ ф), т(гё0 +2гв0) = *шв0 +(30 8т(О)01 + ф),

Т =

О г < OJ

[Л{г-1) r> О J

Уравнения (11) - (12) были записаны в векторной форме,

(13)

du ~dt

2 Я

ЩЩ--

lit

и, -/

F ос

+ — COS(i<3) + — C0S(£(Toi + Ф) m m

— ((2и2иА + Fd sin(M3))! m) + sin(cr0/ + ф)

mu,

(14)

принимая Mj = r, u2 = г, иъ =90, и м4 = 0o. Система уравнений (14) является системой дифференциальных уравнений четвёртого порядка, которая была решена численными методами с использование MATLAB suite of ODE.

Для достижения максимально возможной корреляции между теоретическими и экспериментальными данными также был использован хорошо известный метод Генетического Алгоритма (GA). Исходные данные для GA метода включали в себя максимально возможные реалистичные интервалы значений каждого параметра использованного в модели. Результаты расчётов для поступательных и круговых колебаний показаны

1. Ячейка новой конфигурации 2. Ячейка стандартной конфигурации

Микроскоп повёрнутый на 15 градусов

Волокно \

Вход аэрозолей

Ячейка

Вертикально закреплённое волокно

Вход аэрозолей

Оптические стекла

Микроскоп расположен горизонтально, перпендикулярно плоскости ячейки

Рис. 16 Типы оптических ячеек использованные в экспериментах на Рис. 17 и 18. Согласие между результатами расценивается как удовлетворительное. Разработанная нами модель способна предсказать поведение капель на волокнах и помочь разработчикам новых технологий в выборе оптимальных параметров фильтрующих тканей и динамики процесса

0.6 0.8 1 .0

Время, секунды

Рис. 17 Результаты расчётов для поступательных колебаний

1 о

в

§ 0.5

9

0.0

<6

-0.5 -1 О

-1 5

- • о - ■ Эксперимент Теппия

Время, секунды

Рис. 18 Результаты расчётов для радиальных колебаний для достижения максимальной эффективности улавливания атмосферных загрязнителей.

ЧАСТЬ 2 УЛАВЛИВАНИЕ АЭРОЗОЛЕЙ ПУТЕМ БАРБОТАЖА ВОЗДУХА ЧЕРЕЗ ПОРИСТУЮ СРЕДУ, ПОГРУЖЕННУЮ В ЖИДКОСТЬ

ГЛАВА 2.1 Исследование эффективности процесса

В начале 90х, докторантом была разработана новая методика для эффективного удаления твердых частиц из газоносителя. Волокнистый

фильтр погружали в воду на тарелке скруббера с последующей подачей орошающей жидкости и очищаемого газа. При работе такой технологии, в порах погружённого фильтра, газовый поток разделялся на очень мелкие пузырьки (см Рис 19), на стенках которых шло эффективное улавливание аэрозольной фазы. Для экспериментального изучения процесса

шш

50 <;____V к ! 00

Рис. 19 Барботаж через фильтр

была создана установка, показанная на Рис. 20. Генератор аэрозоля использовался для генерации монодисперсных частиц с диаметрами в пределах от 0,03 до 2,7 мкм. После прохождения через HEPA фильтр, воздух смешивался с потоком аэрозоля из генератора и направлялся на фильтрующее устройство для очистки. Фильтрующий элемент, 140 мм в

Вход воздуха

. Расход воздуха, л/мин оЧОО

Рис. 20 Схема экспериментальной установки диаметре, содержал волокнистый фильтр, ситчатую тарелку и задерживающую сетку. Установка была также оснащена системой мониторинга концентрации аэрозоля, способной замерять концентрацию частиц на входе и выходе с фильтрующего элемента, и вакуумного насоса, создающего поток газа в системе. Проведённые эксперименты включали замеры работы фильтра в сухом и влажном режимах, при которых орошающая жидкость либо отключалась, либо подавалась на фильтр.

Оценка среднего размера пузырька осуществлялось при помощи высокоскоростной фотографии, позволяющей сделать четкие и контрастные фотографии пузырьков. После тщательного измерения

достаточного количества

пузырьков (минимум 100) приблизительно с 10 фотографий был определён средний размер пузырька (0,70 мм) производимого

Диаметр частицы, мкм фильтром, ИСПОЛЬЗОВанИЫМ В

Рис. 21 Эффективность улавливания частиц при барботаже

—Сухой -Барботаж

о, с о U

1С0

10

Барботаж

« 100 юоо

Расход, литр/мин

Рис. 22 Сопротивление сухого и орошаемого фильтров

более эффективные состоящие из одной

2.2 Визуализация при помощи Ядерного

данных экспериментах (СКО = 0,42).

Результаты измерений эффективности фильтрации частиц БЕШ для

различных скоростей потока показаны на Рис. 21 для различных диаметров частиц. Перепад давления на влажных и сухих фильтрах в зависимости от скорости потока показан на Рисунке 22.

Было обнаружено, что эффективность фильтра, погруженного в жидкость, намного выше, чем эффективность того же фильтра, работающего при сухих режимах. Это особенно важно, потому что становится возможной замена громоздких, двухэтапных (скруббер и фильтр) технологий на компактные и намного устройства стадии. ГЛАВА

многофазного потока в пористых средах Магнитного Резонанса (ЯМР)

В данной части диссертации мы исследуем возможность применения ЯМР-визуализации для изучения динамических процессов газожидкостного потока в пористых влажных средах. Пористая среда, которая использовалась в данном исследовании, представляла собой волокнистый фильтр из полипропиленовых волокон с некоторым случайным расположением. Сложность структуры очень затрудняет разработку теоретических моделей

полей потока через такие фильтры.

Сверхпроводящая магнитная

система 7 ТеБ1а, соединенная со спектрометром Вгикег АМХ300, использовалась в данном исследовании. Прототип барботажного устройства, с внешним диаметром 2 см был сконструирован таким образом, чтобы с минимальным зазором загружаться в вертикальный центральный сердечник магнитной проводящей системы 7 Тев1а (см. Рис. 23). Во время эксперимента, устройство находилось внутри ЯМР, поэтому визуальный контроль уровня воды был невозможен. Уровень воды контролировался при помощи точного

Вход воздуха

Рис. 23 Установка визуализации процесса при помощи ЯМР.

дифференциального манометра с разрешением I -Па измеряющею перепад давления на установке. ЯМР использовался для получения серии

горизонтальных изображений (срезов) по высоте используемого фильтра. Результаты исследований показаны на Рис. 25, где тёмные участки представляют пути прохождения воздуха (воздух прозрачен для ЯМР), а светлые участки — воду, содержащуюся в пористой среде. Скан нижнего среза фильтра находится в левом верхнем углу. В нижней части фильтра наблюдается наличие множества «воздушных пор» или «путей» которые начинают сливаться при продвижении воздуха, образуя более широкие проходы но в значительно меньшем количестве. Измеренные перепады давления на фильтре относительно малы; как следствие, предполагается, что воздушный поток несжимаем или имеет постоянную плотность. Также поток, поступающий на фильтр, постоянен и оценивается как безвихревой. Исходя из этих предположений, поток идеален и

и = - V ф , (15)

Щ

м -» ж

о

в

Рис. 24 Горизонтальные ЯМР-изображения срезов фильтра

где

ф - потенциальная функция, и - вектор скорости, и V - оператор градиента.

Уравнение непрерывности затем дает

У2ф = о

(16)

что представляет собой уравнение Лапласа. Идеальный двухмерный поток приводит к функции потока V)/, которая также удовлетворяет уравнению Лапласа в случае отсутствия в поле потока завихрений. Граничные условия для невязкого потока задаются постоянством функции потока V)/.

ШМы также рассмотрели осаждение частиц аэрозоля в данном поле потока под действием инерционных сил. Посчитанная величина числа Рейнольдса, указывала на ярко выраженный ламинарный режим потока. Как результат, сила, воздействующая на частицы, является вязкой силой Стокса, которая определяет параметры сопротивления потоку. Следовательно, сопротивление воздуха на частице аэрозоля линейно и, в области Стокса, уравнение движения для частиц имеет вид:

Рис. 25 Изображение вертикального среза через пористую среду.

т г = -т

(П)

где г(Ч) - положение частицы в поле потока, определенное и(г), т - масса частицы и Б - коэффициент сопротивления. Мы предполагаем, что частицы

имеют сферическую форму, так что И = 24/Б1р.

Решения для линий потока в ранее полученном канале, при заданных граничных условиях у = с (постоянная) и 0 < с < 1, показаны на Рис. 26. Мы также решили уравнение (17) с использованием величины и(г) полученной из результатов характеризующих поток, показанный на Рис. 26. Для получения конкретного результата, мы рассмотрели аэрозольный загрязнитель в виде 10,000 частиц, равномерно распределённых по сечению фильтра. Для получения результатов эффективности улавливания,

траектории частиц

прослеживались до тех пор, пока они не ударялись о границу жидкости, показанную на Рис.

26. Была проведена серия расчетов для ряда размеров частиц, и результаты этих расчетов представлены па Рис.

27.

Для проверки результатов теоретического моделирования процесса, была проведена серия экспериментов на ранее кривая, полученная для

Рис. 26 Рассчитанные направления потока воздуха внутри фильтра.

—>(.'ухой (Эксп)

!

• о Сухой (Теор)

]

—Л-Барботаж (Эксп) ■ -О Барботаж (Теор)

0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8

Диаметр частицы, мкм

Рис. 27 Эффективность улавливания описанной установке. Экспериментальная

фронтальной скорости воздуха 0,3 м/сек (та же, что используется для расчета теоретических результатов), также представлена на Рис. 27. Как видно из рисунка, согласие между теоретическими и экспериментальными результатами

отличное.

ГЛАВА 2.3 Улавливание аэрозолей путём барботажа через пористую среду, Рис. 28 Воздушные пузырьки, погруженную в органическую жидкость

выходящие из Фильтра № 3, погруженного в воду и масло.

-г '..-Г, Я 1 ■ 1 Ж* ',>

: Вода - ; «

Многие загрязняющие вещества в современном обществе включают

органические

Сухая фильтрация

1000

Барботаж через масло

100 200 300 Расход воздуха, л/мин

Барботаж через воду

£ юоо -

соединения, которые также должны быть удалены из потоков выхлопных газов

выбрасываемых в

окружающую среду. Известно, что вода, используемая для орошения барботажных устройств, являясь плохим растворителем органических веществ, быстро достигает насыщения, и перестаёт обеспечивать их

удаление из потока, проходящего воздуха. В таких ситуациях, для создания эффективных условий эксплуатации, в технологии

барботажной

фильтрации, для орошения фильтра, могут использоваться альтернативные жидкости, которые лучше растворяют органические вещества.

Для проведения экспериментов, было выбрано пять пористых сред с различными свойствами, представляющими диапазон стандартно используемых промышленных фильтров (см. Таблицу 9). Орошающая жидкость представляла собой подсолнечное масло, с плотностью р = 0,91 г/ см3, вязкостью V = 0,9 г/(сек*см) и поверхностным натяжением а = 36 дин/см. Это масло обладает афинностью для БЕШ, и легко абсорбирует частицы БЕНБ, вступающие с ним в контакт.

100 200 300 Расход воздуха, л/мин

Фильтр 1 -а- Фильтр 2 Фильтр 3 -о- Фильтр 4

100 200 300 Расход воздуха, л/мин

Фильтр 5

Рис. 29 Перепад давления на фильтрах

№ Материал Толщина Размер волокна Удельный вес Плотность упаковки

1 Полипропилен 2 мм 12 мкм 472 г/м2 29%

2 Полипропилен 3 мм 24 мкм 320 г/м2 15%

3 Полипропилен 3 мм 48 мкм 358 г/м2 11%

4 Полиэфир 10 мм 40 мкм 454 г/м2 4%

5 Нержавеющая сталь 2 мм 26 мкм 1646 г/м2 9,6%

Фотографии процесса барботажа использовались для измерения размера пузырьков при различных скоростях потока, вначале с использованием в качестве орошающей жидкости воды, а затем масла (см.

Фильтр 1

•£100

•е 20 •6

0

•в 20 -6

О о

0.7 1.3 2.7

Размер частицы, мкм

Фильтр 3

Размер частицы, мкм Фильтр 4

Рис. 28). Наблюдалось, что при эквивалентных скоростях газа, пузырьки ь масле обычно были меньше чем в воде, и сохраняли сферическую форму при более высоких скоростях. Результаты измерений перепада давления показаны на Рис. 29 для сухих фильтров, для фильтров погруженных в масло,

Фильтр 2 и Для фильтров

погруженных в воду. Режим сухой фильтрации характеризуется намного более низким

сопротивлением для

любого типа фильтров. Перепады давления через фильтр, погружённый в масло (наиболее высокий перепад давления) и воду отличались незначительно.

Эффективность улавливания частиц

фильтрами, погружёнными в масло и воду, показана на Рис. 30. Было получено, что для размеров частиц более 2,7 мкм,

эффективность почти всегда была на уровне 100%. Эффективность при использовании масла обычно была выше эффективности при

использовании воды. Во время прикидочных

экспериментов было

отмечено, что масло, добавленное на

поверхность фильтрующей ткани, быстро проникало внутрь материала. С другой стороны, когда подобные эксперименты проводились с использованием воды, по крайней мере для фильтра 1, она оставалась на поверхности. Этот эффект объясняется более низким поверхностным натяжением масла, определяющим эффективность его проникновения в пористую подложку. Было также отмечено, что при барботаже через масло было сравнительно больше точек выхода на поверхности фильтра, чем при использовании воды. Более низкое поверхностное натяжение, безусловно облегчает процесс вытеснением жидкости воздухом, уменьшая размер пузырьков, выходящих из воздушной трубки.

07 1.3 27 Размер частицы, мкм

Фильтр 5

80

60

40

X

са Я

и в- 20

0

•е-

Размер частицы, мкм

0.7 1.3 2.7 Размер частицы, мкм

- 100 л/мин Вода

- 200 л/мин Вода

- 300 л/мин 100 л/мин

■ 200 л/мин •■ 300 л/мин

Вода Масло Масло Масло

Рис. 30 Эффективность улавливания аэрозолей масла и воды

Входы

воздуха ¡Т^ГС

К вакуум насосу

Фильтр

Рис. 31 Прототип пробоотборника

ЧАСТЬ 3 РАЗРАБОТКА ПРОБООТБОРНИКА НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ МОНИТОРИНГА БИОЛОГИЧЕСКИХ АЭРОЗОЛЕЙ ГЛАВА 3.1 Исследование возможности улавливания живых аэрозолизированных микроорганизмов посредством барботажа газа через пористую среду, погружённую в жидкость

Индивидуальное воздействие биоаэрозолей лучше всего можно оценить с

использованием персональных измерителей, так как приборы такой модификации позволяют прослеживать эффекты моделей активности человека в зависимости от времени.

Нами был разработан новый персональный пробоотборник для отбора биоаэрозолей, основанный на методе барботажа, описанном в предыдущей главе. Схема нового персонального

пробоотборника показана на Рис. 31. Прототип устройства состоит из двух соосных цилиндрических корпусов: внутреннего корпуса диаметром 45 мм с пористой средой, герметично крепящейся к нижней части, и внешнего корпуса диаметром 75 мм. Для предоставления возможности извлечения фильтра после замера для отмывки и замены, прибор сделан полностью разборным. Кроме того, в дизайне учтена

необходимость минимизации возможных проливов жидкости при мобильном сборе образца воздуха. Для этой цели на дне прибора были предусмотрены специальные перегородки, а входные отверстия для воздуха оснащены

удлинительными патрубками. Волокнистая среда помещается на высоте 15 мм от дна устройства, для

гарантированного погружения в 40 мл орошающей жидкости. Воздух, просасываемый портативным вакуумным насосом, попадает в

Байпасная линия

Рис. 32 Схема лабораторной установки

устройство через входные отверстия, расположенные периферийно для осуществления отбора в пределах 180°. Размеры внешнего и внутреннего корпусов, а также размер и количество отверстий для входа воздуха были рассчитаны, чтобы свести к минимуму осаждение частиц на стенках внутреннего и внешнего корпусов. После соприкосновения с сорбирующей жидкостью, поток воздуха поворачивался на 180° и проходил через пористую среду, погруженную в жидкость. Частицы, включая живые переносимые по воздуху микробы, улавливались жидкостью, а очищенный воздух выходил из устройства через трубку диаметром 12 мм, присоединенную к вакуумному насосу. Экспериментальная установка, использовавшаяся для лабораторной оценки нового пробоотборника, показана схематически на Рис 32. Биоаэрозольный поток, полученный HEPA фильтрованным воздухом с помощью трёхструйного небулайзера Коллисона из жидкой суспензии, подавался в аэрозольную камеру. Пробоотборник, содержащий 40 мл стерилизованной воды, устанавливался в камере и отбирал воздух с расходом 4 л/мин. Концентрация и распределение размера частиц внутри аэрозольной камеры и на выходе из пробоотборника замерялись в постоянном режиме с

аэрозольных частиц Aerosizer, позволяющего измерять до 1100 частиц/см3 в пределах аэродинамического размера от 0,3 до 200 мкм. Рабочие характеристики пробоотборника оценивались с использованием PSL, бактерий

Pseudomonas ßuorescens и Bacillus subtilis var. niger и спор грибов Aspergillus versicolor в течение периода пробоотбора до 8 часов. Биологическую эффективность отбора, R, для всех трех микробов (относительный уровень выживаемости)

помощью спектрометра

0 P.ffuorescens В В .subtilis □ A. versicolor

#1 I

1

Время, часы

Рис. 33 Выживаемость микробов в процессе мониторинга

определяли как отношение выживших микроорганизмов (получено посевом аликвоты улавливающей жидкости на агаре с последующим пересчётом концентрации в воздухе) к начальной концентрации в аэрозольной камере (замерено спектрометром). Результаты измерений уровней выживаемости при мониторинге бактерий и спор грибов представлены на Рис. 33. Как видно на графике, все микроогранизмы продемонстрировали высокую выживаемость при пробоотборе (существенно выше, чем при замерах лучшими мировыми образцами техники, используемыми для аналогичных измерений), что подтвердило работоспособность и эффективность нового метода при использовании для замеров живых биоаэрозольных частиц в окружающем воздушном пространстве.

ГЛАВА 3.2 Инактивация вирусов при процессах барботажа,

применяемых для персонального мониторинга биоаэрозолей

Так как барботаж через пористую среду, погруженную в жидкость, был применён для отбора микроорганизмов, инактивация исследуемых вирусов в

процессе барботажа является ключевым вопросом, в целом влияющим на возможность использования персонального пробоотборника для таких микроорганизмов. Четыре распространенных вируса, вызывающих инфекции передаваемые аэрозольным путём, включая эпидемический паротит {Mumps), корь {Measles), грипп {Influenza) и осповакцину {Vaccinia) использовались для тестов.

Сорбирующая жидкость состояла из раствора Хэнкса, содержащего 2% объемных инактивированной бычьей сыворотки, 100 ед./мл пенициллина и 100 мкг/мл стрептомицина. Во избежание избыточного пенообразования, в сорбирующие среды добавляли пеногаситель Antifoam A (Sigma Chemical Company, St Louis). Пятьдесят миллилитров свежеприготовленной концентрированной суспензии каждого вируса помещали в пробоотборник. Все пробоотборники, загруженные вирусной суспензией, работали непрерывно, просасывая воздух, отфильтрованный НЕРА-фильтрами при 4 л/мин (стандартный объём потока пробоотбора) в течение четырех часов. Из каждого пробоотборника брали 1 миллилитр суспензии после 0, 1, 2 и 4 часов работы

Концентрации вируса в сорбирующих жидкостях показаны в Таблице 10. Как хорошо видно из результатов, уровень инактивации всех чувствительных к стрессу вирусов (грипп, эпидемический паротит и корь), был сравнительно высоким во время барботажа через стерилизованную воду и превышал 2,5 log после 4 часов работы устройства. Устойчивый вирус осповакцины не подвергался заметной инактивации на протяжении всего периода эксперимента. Однако, выживаемость вирусов существенно повышалась при использовании альтернативных жидкостей. Жидкость для поддержания вируса позволяла оптимизировать данный параметр более чем на 1,2 log для всех чувствительных к стрессу микроорганизмов. В этой связи, она рекомендуется для использования как наиболее пригодная для процедуры отбора вируса.

Таблица 10. Инактивация вирусов при барботаже

Вирус Биологическая активность вируса в пробоотборнике в зависимости от времени барботажа, часы

Параметр 0 1 2 4

Корь1 6.4±0.4 5.1±0.5 4.7±0.4 4.2±0.6

Корь2 6.3±0,5 5.8±0.4 5,6±0.4 4.9±0.5

Паротит1 logio БОЕ/мл 5.7±0.4 4.5±0.5 4.1±0.6 3.4±0.4

Паротит2 5.6±0.3 5.2±0.5 5.0±0.5 4.6±0.4.

Осповакцина1 4.2±0.1 4.Ш.2 3.9±0.1 3.3±0.3

Осповакцина2 4.0±0.2 4.1 ±0.1 4.0±0.1 3.7±0.2

Грипп1 logю ЭИД50/МЛ 5.9±0.4 4.5±0.3 4.0±0.4 3.7±0.4

Грипп2 6.1±0.4 5.9±0.4 5.7±0.5 5.5±0.4

1- сорбирующая жидкость вода; 2 - Раствор Хэнкса с добавками.

ГЛАВА 3.3 Мониторинг жизнеспособных взвешенных вирусов

Далее метод был апробирован в лабораторных условиях для мониторинг-жизнеспособных вирусов. Образцы биоаэрозоля, после отбора из аэрозольной камеры, были проанализированы для определения эффективности улавливания и выживаемости исследуемых вирусов. Штаммы гриппа и осповакцины, представляющие собой, соответственно, чувствительный к стрессу и устойчивый микроорганизмы были выбраны для экспериментов. Вирусы распылялись с помощью небулайзера и подавались в аэрозольную камеру. Для экспериментов использовалась динамическая камера размером 400 литров, со скоростью потока аэрозоля 0,1 м/с.

Два одинаковых пробоотборника наполнялись раствором Хэнкса с добавками, помещались в камеру и работали параллельно при 4 л/мин в течение 5 минут. Оценочные тесты показали, что каждая капля, произведённая небулайзером, могла нести более одного вируса. Такое распыление реалистично воссоздает естественную окружающую среду, где вирусные биоаэрозоли обычно перемещаются в виде агломератов или находятся на поверхности других частиц. Для получения информации о количестве вирусного материала, собранного с помощью пробоотборника, в исходную суспензию в небулайзере добавляли флуоресцентную метку. Интенсивность флуоресценции измеряли в единицах флуоресценции (ЕФ), и устанавливали соотношение между интенсивностью флуоресценции и количеством микроорганизмов на мл исходной суспензии (бляшкообразующая единица, БОЕ). По окончании пробоотбора аэрозоля, жидкость из пробоотборника анализировали, определяя интенсивность флуоресценции и концентрацию вируса.

Выживаемость вируса при пробоотборе рассчитывали следующим образом:

( БОЕ^ ЕФ

(18)

сорбируются жидкости

гБОЕ\

V ^^ / исходнаясуспензия

Выживаемость вируса гриппа определяли аналогично, только «БОЕ» заменяли на «ЭИД50» (в связи с использованием методики заражения куриного эмбриона для вируса гриппа). Результаты пробоотбора

Вирус Интенс. Флюор. (ЕФ) Конц. вируса (ЭИД50МЛ1) Выживаемость (%)

Грипп Проб. 1 8 31 13

Проб. 2 6 50 27

Среднее 20

Осповакцина Проб. 1 21 47 85

Проб. 2 6 15 94

Среднее 89

представлены в Таблице 11. Для чувствительного к стрессу вируса гриппа средний уровень выживаемости при пробоотборе составил 20%. Как и ожидалось, устойчивый вирус осповакцины показал намного более высокий уровень выживаемости со средней величиной 89%. В целом, было подтверждено, что новый метод пробоотбора пригоден для обнаружения и подсчета, переносимых по воздуху вирусов, особенно устойчивых к стрессу. ГЛАВА 3.4 Мониторинг жизнеспособного вируса атипичной пневмонии (SARS) в окружающем воздухе

Обеспокоенность в мире по поводу вируса атипичной пневмонии (см. Рис 34) диктует необходимость разработки надежных методов мониторинга этого высокопатогенного микроорганизма. Было обнаружено, что вирус атипичной пневмонии представляет собой коронавирус, который, как большинство коронавирусов, очень чувствителен к физическому и биологическому стрессам.. Было решено испытать ** новую методику для мониторинга жизнеспособного

переносимого по воздуху вируса атипичной Рисунок 34 Вирус пневмонии.

атипичнои пневмонии Результаты трёх серий экспериментов по

выживаемости вируса при барботаже показаны в Таблице 12. Учитывая очень чувствительную к стрессу природу данного вируса, полученные

Номер Исходная Концентрация (lg ЭИД5„/мл) Концентрация после 2 часов, (lg ЭИД50/МЛ) Концентрация после 4 часов, (lg ЭИД5о/мл)

Стерильная вода Раствор Хэнкса Стерильная вода Раствор Хэнкса Стерильная вода Раствор Хэнкса

1 4,25 ± 0,50 4,00 ± 0,50 3,00 ±0,25 3,50 ±0,25 1,75 ±0,25 2,25 ± 0,50

2 4,50 ±0,75 4,25 ± 0,75 3,25 ± 0,25 3,50 ± 0,50 1,50 ±0,50 2,50 ± 0,75

3 4,25 ± 0,75 4,25 ± 0,75 3,00 ±0,50 3,25 ± 0,75 2,00 ± 0,50 2,50 ±0,50

Сред. 4,33 ± 0,67 4,17 ±0,67 3,08 ± 0,33 3,42 ± 0,50 1,75 ± 0,42 2,41 ± 0,58

результаты показывают, что устройство, может обеспечить сравнительно

Время, часы

Рис. 35 Выживаемость вируса SARS при пробоотборе

наполненное раствором Хэнкса, низкий уровень разрушения микроорганизмов и может применяться для мониторинга подобных микроорганизмов в воздушной окружающей среде. Результаты теоретической оценки эффективности улавливания представлены на Рис. 35. Второй график на Рис. 35 представляет зависимые от времени результаты по естественному разрушению вируса атипичной пневмонии во время барботажа через жидкость. Как видно на

-Концентрация вируса в -Флюоресценция

W

о из

я

га

е-

рисунке, теоретическии уровень улавливания вируса атипичнои пневмонии был выше 75% в течение первых 30 минут мониторинга. Эта цифра представляется очень многообещающей с точки зрения использования нового устройства для коротких периодов пробоотбора такого микроорганизма. Он уменьшается лишь на 20% в течение следующих 30 минут и остается выше 55% в течение первого часа мониторинга.

„ооо__________________________________14000 ГЛАВА 3.5 Длительный

отбор жизнеспособных переносимых по воздуху вирусов

Данное исследование

проводили для оценки пригодности прототипа пробоотборника для

длительного отбора (до 6 часов) с использованием устойчивого вируса

осповакцины в качестве тест-аэрозоля. На Рис. 36 представлена интенсивность флуоресценции и содержание вируса в сорбирующей жидкости в зависимости от времени пробоотбора. Обе функции обнаруживают близость к линейному тренду. Постоянный уровень накопления вирусов в сорбирующей жидкости в течение 6 часов показывает, что отбор биоаэрозолей с помощью предлагаемой методики имеет устойчивый характер, подтверждая хороший потенциал для её использования для длительного пробоотбора переносимых по воздуху вирусов.

Данные, представленные на Рис. 37, показывают, что выживание вируса осповакцины в пробоотборнике достигало приблизительно 90% за время шестичасовой работы. Различие между пробоотборниками не превышало 20% для всех тестов.

Некоторое снижение уровня выживаемости к концу эксперимента не является статистически значимым (р>0,05), как проверено с помощью теста ANO VA. 10% снижение уровня улавливания вируса за 6 часов

Время пробоотбора, часы Рис. 36 Концентрация вирусов и величина флюоресценции в улавливающей жидкости

Время отбора пробы, часы Рис. 37 Выживаемость вируса оспа вакцины при долговременном мониторинге

II

действительно очень невелико. Уровни выживания осповакцины в барботёре, полученные в данном исследовании, сравнимы с уровнями, найденными для устойчивых к стрессу бактерий и штаммов грибов, которые также измерялись с помощью данного пробоотборника в течение длительных периодов пробоотбора.

ГЛАВА 3.6 Быстрое обнаружение переносимых по воздуху вирусов с помощью персонального пробоотборника бноаэрозоля работающего в комбинации с устройством ПЦР

Данное исследование имело целью изучить возможность применения метода ПЦР, в комбинации с пробоотборником, для быстрого получения качественных результатов в целом о присутствии отдельного микроорганизма

М12345678910М в в03ДУхе. Преимущество

такой методики состоит в 1 том, что если присутствие конкретного штамма в воздухе быстро

обнаруживается с помощью # ПЦР, остальную

% » ! и и и У 600 сорбирующую жидкость

500 можно анализировать далее, 400 чтобы определить количество """ живых микроорганизмов в Рис. 38 Результаты ПЦР-обнаружения. 1 - общем количестве ДНК/РНК. эксп. 1а (пробоотб. 1); 2 - жспЛЪ (пробоотб. 2); 3 - два пробоотборника

эксп. 2а (пробоотб. 1); 4 - эксп. 2Ь (пробоотб. 2); 5 -эксп. За (пробоотб.1); б - эксп.ЗЬ (пробоотб. 2); 7-эксп. 4а (пробоотб. 2); 8 - эксп. 4Ь (пробоотб. 1); 9 -ПЦР с ДНК вируса оспокакцины (положит. аэрозольной камеры при

контроль); 10-ПЦР без ДНК вируса оспокакцины расходе потока пробоотбора (отриц. контроль); М-маркеры молекудярного веса. 4 л/мин. Для определения нижнего предела измерения, было необходимо варьировать концентрацию вирусных частиц в аэрозольной камере. Учитывая, что расход воздушного потока, подаваемого в камеру, должен был быть постоянен для соблюдения условия равномерности его распределения, единственным путём для изменения концентрации вирусов в газоносителе было разведение исходной вирусной суспензии в небулайзере. Данный подход, обеспечивал снижение количества вирусных частиц, переносимых одним и тем же количеством капель. Помимо исходной суспензии с концентрацией вируса 2х104 БОЕ/мл, также использовали три разведения (1:10, 1:100 и 1:1000). Результаты измерений количества живого вируса показаны в Табл. 13. Для наиболее разведенных исходных суспензий были получены нулевые концентрации, означающие, что соответствующие количества вирусных частиц в воздухе были ниже пределов обнаружения, как для физических (спектрофотометр), так и биологических (анализ бляшек) процедур. С другой стороны, были идентифицированы переносимые по воздуху вирусы, генерированные из суспензии, разведенной 1:10 и из неразбавленной суспензии.

работали в параллели в течении 5 минут внутри

Флуоресценция, (ЕФ/мл)

Эксперим ент #

Суспензия, х102

Сорбирующая жидкость

Пробоотбо Пробоотбо

Концентрация вируса в сорбирующей

жидкости, (БОЕ/мл)

Пробоотбо Пробоотбо

рник 1 рник 2 рник 1 рник 2

1а 0 0 0 0

1.4

1Ь 0 0 0 0

2а 0 0 0 0

17.5

2Ь 0 0 0 0

За 91 107 9 11

166.5

ЗЬ 135 108 14 11.5

4а 1540 1500 1340 142 118

Таблица 13 Концентрация вируса в сорбирующей жидкости

Уровень разведения (Исходная концентра ция: 2х104 ЕФ/мл)

1:1000

1:100

1:10 1

Результаты полученные с помощью метода ПЦР для сорбирующих жидкостей показаны на Рис 38. Можно видеть, что различимый сигнал был получен для экспериментов с вирусными суспензиями, разбавленными 1:10. Кроме того, сигнал был очень сильным и резким для неразбавленной

суспензии. Для экспериментов с двумя наиболее разведенными исходными суспензиями был получен нулевой сигнал. Данные результаты показывают, что концентрация переносимого по воздуху вируса, полученная из исходной суспензии, разведенной 1:10, были близки к наименьшим измеряемым при периоде пробоотбора 5 минут. Подобное предположение позволяет оценить минимальное обнаруживаемое количество переносимого по в течение определенного периода

Время отбора пробы, мин

Рис. 39 Минимальная концентрация вируса определяемая предлагаемой методикой

воздуху биологического материала пробоотбора, так как зависимое от времени накопление вирусного материала в сорбирующей жидкости повышает возможность обнаружения менее концентрированных биоаэрозолей во время длительных периодов пробоотбора. Результаты соответствующих расчетов минимально измеряемых концентраций биоаэрозоля в течение периодов пробоотбора от 1 до 20 минут представлены на Рис. 39. Концентрация 125х103 БОЕ/м3 воздуха была обнаружена при коротком периоде пробоотбора 1 мин. Для обнаружения более низких концентрации жизнеспособных переносимых по воздуху вирусов, период пробоотбора должен был быть увеличен для накопления вирионов в сорбирующей жидкости и их обнаружении ПЦРом.

ГЛАВА 3.7 Использование персонального пробоотборника биоаэрозоля в сочетании с методикой ПЦР реального времени для быстрого обнаружения переносимых по воздуху микроорганизмов

Целью данного исследования было изучение возможности быстрого обнаружения вирусов с помощью персонального пробоотборника в сочетании с ПЦР реального времени. Особое внимание уделялось анализу потенциального ослабления и перекрестной реакции результатов ПЦР во время анализа образцов воздуха, содержащих повышенную концентрацию других микроорганизмов. Для проведения экспериментов, орошающую жидкость в персональных пробоотборниках сначала контаминировали путем смешивания с разнообразными микроорганизмами (бактерии и грибы), которые обычно имеются в природном окружающем воздухе. После контаминирования жидкость помещали в пробоотборники, а затем устройства использовали для отбора переносимого по воздуху вируса гриппа в лабораторных условиях. После отбора пробы, анализ ПЦР реального времени использовали для определения общего количества вирусных частиц в контаминированной смеси, содержащей как физические, так и биологические частицы. Параллельно определяли количество инфекционных вирусных частиц, как в исходной суспензии, так и в сорбирующих жидкостях с использованием анализа инфицирования-гемагглютинации для оценки выживания вируса и эффективности процедуры пробоотбора.

В Таблице 14 приведены результаты, иллюстрирующие количество микроорганизмов, находящихся в сорбирующей жидкости на момент начала подачи вируса для одной представительной серии экспериментов. Таблица 14 Фоновые концентрации в поддерживающих средах

Сорбирую Чистые щая поддержива

жидкость ющие среды

„ „ Поддерживаю

Поддерживаю Поддержива

г , г щие среды +

щие среды + ющие среды

- , суспензия

бактериальна + суспензия г

г ' грибов

я суспензия грибов _

и бактерии

Поддерживаю щие среды после 4 часов пробоотбора уличного воздуха_

Концентр ац ия

примесей (КОЕ/мл)

Бактерии: 0 Бактерии: 315 Бактерии: 0 Бактерии: 272 Бактерии: 41

Грибы:0 Грибы:О

Грибы:243 Грибы:166 Грибы: 26

Результаты выделения РНК вируса гриппа в сорбирующей жидкости, полученные с помощью анализа на основе ОТ-ПЦР реального времени, показаны в Таблице 15. Хорошая корреляция между измеренными и рассчитанными концентрациями вирусных частиц/геномных копий была достигнута для стандартов, использовавшихся в данной серии экспериментов; наибольшее расхождение составляло 6,3%.

На Рис. 40 показаны результаты измерения количества вирионов гриппа методом инфицирования-гемагглютинации десятикратных разведений исходной суспензии для всех типов сорбирующей жидкости. Хорошо видно, что количества живых вирусных частиц во всех сорбирующих жидкостях различаются незначительно, что демонстрирует

Таблица 15. Результаты анализа ПЦР в реальном времени

N0.1 Название 1 Тин V | Цикл | Введенная | Посчитанная! % Вар|

1 хюооо Стандарт 38,74 100 103 3,10%

2 Х100 Стандарт 32,51 10000 9371 6,30%

3 Начальный Стандарт 25,53 1000000 1052949 5,30%

4 Чистая Образец 35,43 1094,00

5 Улица Образец 35,49 1052,00

6 Бактерия Образец 35,65 929,00

7 Грибы Образец 35,64 942,00

8 Бакт+Грибы Образец 35.38 1148,00

9 Отриц Жидкость 0,00

10 Отриц Жидкость 0,00

11 Отриц Жидкость 0,00

12 Отриц Жидкость 0,00

удовлетворительную сходимость и высокую воспроизводимость результатов при работе устройств.

Уровни выживаемости вируса при пробоотборе приведены на вставке графика. Наиболее низкий уровень выживаемости (22,8%) был получен для пробоотборника, предварительно контаминированного смесью грибов, тогда как наиболее высокий (33,1%) результат был показан для сорбирующих сред, содержащих бактерии и грибы. Данные величины выживаемости немного превосходят представленные ранее результаты (-20%), полученные для мониторинга чувствительного к стрессу штамма гриппа (А/АюЫ/2/68

(НЗЫ2)). Приведённые

—о—Суспензия из небулайзера д Чистая жидкость 0 Улица

Бактерии Грибы Бактерии +

планки погрешностей

представляют собой средне квадратичные отклонения, для всех 11 серий экспериментов.

Устройство ПЦР реального времени было успешно применено для замера респираторного вируса гриппа. Условия мониторинга были

максимально приближены к реальным, что достигалось путем добавления в сорбирующие жидкости в пробоотборниках распространенных в

окружающей среде

бактерий и грибов (или их попадания естественным путем из окружающего воздуха). Эксперименты полностью подтвердили возможность использования ПЦР реального времени

1.00Е+02

1.00Е+02

1.00Е+04

Живой вирус, ЭИД50\0.1мл

Рис. 40 Выживаемость вируса при мониторинге

для селективного определения целевого микроорганизма в воздушном пространстве, даже в случаях наличия высоких фоновых концентраций биологических и минеральных частиц. Среднее время, необходимое для выявления вирусов, составляло 2,5 часа (среднее значение 11 -ти серий экспериментов). Необходимо также отметить, что время определения сокращается до 2 часов в случаях выявления ДНК-содержащих вирусов, так как 30-минутный этап ОТ в этих случаях не требуется. ГЛАВА 3.8 Полевые испытания пробоотборника

Для оценки возможности использования метода в реальных условиях

эксплуатации, нами были проведены замеры

респираторного вируса

эпидемического паротита, выделяемого в окружающее воздушное пространство

больным, страдающим данным заболеванием. Замеры

проводились в инфекционном отделении больницы г. Новосибирска.

Два персональных

пробоотборника размещались на защитный халат медсестры, которая затем занималась обычной деятельностью общей продолжительностью 3 часа. Замеры проводились в палате с одним больным с ярко выраженными симптомами эпидемического паротита. Ежечасно, из каждого пробоотборника отбирались образцы сорбирующей жидкости (2 мл) для определения количества живых вирусов методом титрования и общего количества вирусного материала методом ПЦР.

Результат обнаружения вирусного материала устройством ПЦР показан на Рис. 41. Можно видеть, что очень четкие линии получены для обоих персональных пробоотборников и образцов, отобранных из горла пациента. Было рассчитано соответствующее общее количество вирусных частиц, собранных с помощью пробоотборника, а также средняя концентрация вируса в воздухе во время соответствующего периода пробоотбора. Результаты замеров приводятся в Таблице 16. Таблица 16 Мониторинг вируса эпидемического паротита.

Период времени Общее отобранных частиц, (БОЕ) количество ^ Средняя концентрация вирусных -вируса в воздухе (БОЕ/м-3)

1 час 1000 4100

2 часа 2500 5208

3 часа 4000 5500

12 3 4 5 6 7

1. МВ маркер

2. Пациент

3. Пациент

4. Пробоотборник 1

5. Пробоотборник 2

6. Негативный

7. Позитивный

8. МВ маркер

Рис. 41 Результаты определения вируса паротита в воздухе в инфекционном отделении больницы при помощи ПЦР.

Все устройства продемонстрировали очень близкие результаты измерений, с различием, не превышающим погрешности аналитических методик, использованных для последующего микробиологического анализа образцов сорбирующей жидкости. Две последующих серии испытаний, показали похожие результаты по мониторингу вируса кори, подтверждая способность метода проводить обнаружение респираторных вирусов. ГЛАВА 3.9 Оценка возможностей использования пробоотборника при отборе проб вируссодержащих аэрозолей в условиях открытой атмосферы и в закрытых помещениях. В этой части диссертации производятся оценки возможностей использования пробоотборника при отборе проб вируссодержащих аэрозолей в условиях открытой атмосферы и в закрытых помещениях. Была разработана математическая модель оценки количества уловленного вируса с учётом его инактивации в процессе барботажа:

где С„ет - непрерывный аналог оценки измеренной счетной концентрации вируссодержащих аэрозолей, С(0 - счетная концентрация вируссодержащих частиц в воздухе, Т - суммарное время отбора пробы, т- время уменьшения активности вируса в с и 2.72 раза и / - заданное время на интервале пробоотбора. Далее, для оценки концентрации вирусов на расстояниях от источников были использованы модели, оценивающие этот параметр на основе уравнений турбулентной диффузии.

где (С)- математическое ожидание концентрации частиц; У5 - скорость

седиментации частиц; (их), , (и2) - математические ожидания

компонент скорости ветра; Кх, Ку, К2- компоненты тензора коэффициентов турбулентной диффузии; (£>)- член, описывающий источники вируссодержащих аэрозолей; /?- константа инактивации вирусных частиц при витании их в воздухе. Уравнение (20) решалось конрчно-разностными методами с использованием процедуры расщепления по физическим процессам и пространственным переменным.

Расчёты по данным моделям позволили получить результаты оценки возможности мониторинга биоаэрозолей для открытой атмосферы и внутри помещений. Для примера был рассмотрен гипотетический эпизод, связанный с проведением митинга в сквере на центральной площади г. Новосибирска, см. Рис. 42. Территория, на которой находилось скопление людей, выделена на рисунке пунктиром. В расчетах был задан юго-западный ветер со

(19)

Шл, \дж

(20)

скоростью 2 м/с на высоте г = 5 м. Согласно легенде, во время проведения митинга «террористами» было произведено скрытое применение препарата с возбудителем особо опасной вирусной инфекции в аэрозольной форме.

у, т

544

408

272

0

О 200 400 600 800 1000

X, т

Рисунок 42 Схема расчетного шаблона с изолиниями математического ожидания измеренной концентрации вируссодержащих аэрозолей для высоты z = 1.5м. Цифрам 1-5 соответствуют значения концентраций: (Cmei) = 2.5-107, 5-Ю6, 5 105, 5 104, 5-Ю3 шт./м3.

Машина с источником аэрозолей проезжала по центральной улице города, пересекающей площадь, со скоростью 18 км/час (сплошная линия со стрелкой на рисунке). Протяженность линии распыла составила 250 м. Всего в атмосферу вдоль линии распыла на высоте 2 м от подстилающей поверхности было выброшено 100 г препарата с концентрацией вирусных

о

частиц 10 шт./г. Продолжительность распыла составляла 40 секунд, что много меньше продолжительности митинга. Расчеты проводились на разностном шаблоне 51x35x50 узлов с шагом ?0 м по горизонтали и 1.5 м по вертикали соответственно. В рассматриваемом случае, минимальная

определяемая концентрация аэрозолей была определена на уровне 4,2 -10" шт./м3, поэтому все измерения, сделанные с помощью пробоотборника в пределах области очерченной штриховой линией, можно считать достоверными.

Похожие результаты были получены для расчетов проведённых для закрытых помещений. Для примера был использован крупный торговый центр с известной геометрией. Результаты расчётов показали полную пригодность пробоотборника для подобных измерений и подтвердили надёжность и достоверность полученных результатов.

Проведенные модельные расчеты показывают, что применение персонального пробоотборника в условиях открытой атмосферы и внутри помещений способно обеспечить обнаружение вируссодсржащих аэрозолей и позволяет сделать достоверные оценки их счетной концентрации, усредненные на интервале отбора проб.

ВЫВОДЫ

1. Теоретически обосновано, математически просчитано и подтверждено экспериментально, что смачиваемые волокнистые фильтры могут быть использованы для фильтрации широкого спектра аэрозолей, включая вязкие частицы. Это позволило апробировать технологию в областях, где исторически, в силу быстрой забивки фильтрующих материалов, использовались малоэффективные и высоконапорные орошаемые скруббера, в большинстве случаев неспособные обеспечить необходимые уровни очистки воздуха.

• Были теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены результаты, позволяющие оценить максимально возможные количества загрязнителей, которые способен уловить фильтр с конкретной геометрией и при определённых расходах орошающей жидкости.

• Разработаны и экспериментально подтверждены модели на микро и макро уровнях, оценивающие количества орошающей жидкости, испаряемые с поверхности фильтров, необходимые для оценки параметров процесса на стадиях его разработки и внедрения.

• Разработана методика оптимизации работы промышленных фильтров, позволяющая математически оптимизировать процесс и сделать его более простым в эксплуатации в реальных условиях

• Разработаны модели процессов взаимодействия волокнистых фильтров и улавливаемых частиц, и проведена оценка эффективности отскока частиц с разной морфологией.

2. Было показано, что волокнистые фильтры могут использоваться в комбинации с орошаемыми скрубберами, путем их погружения в жидкость на тепло-массообменных тарелках. Такие комбинированные устройства способны достигать высокой эффективности параллельной очистки аэрозольных и газовых воздушных загрязнителей и не требуют дополнительных технологических стадии, являясь компактными устройствами, что особенно важно в местах с ограниченными возможностями по использованию дополнительных площадей.

• Проведены теоретические и экспериментальные оценки широкого круга параметров процесса, позволяющие сделать выводы о

широких возможностях новой технологии и её высокой эффективности, простоте и дешевизне изготовления и использования.

• Разработана и успешно применена высокотехнологическая методика исследования, основанная на использовании ЯМР в динамических условиях течения многофазных потоков в пористых средах. Данная методика уже нашла своё дальнейшее применение в различных областях науки и техники, например, в области нефтедобычи.

• Был разработан ряд теоретических моделей, позволяющих строго описать динамику процесса и применить результаты для оценки его эффективности в области очистки газовых потоков.

• Проведены теоретические и экспериментальные оценки по возможности использования технологии при её орошении альтернативными жидкостями, например маслами. Результаты позволяют утверждать, что новых метод соответствует необходимым техническим условиям и способен эффективно работать на данных орошающих жидкостях.

3. Разработана и успешно внедрена революционная методика мониторинга биоаэрозольных частиц в окружающем воздухе. Помимо стандартных бактериальных и грибковых аэрозолей, определяемых широким кругом существующих биоаэрозольных мониторов, новая методика позволяет определять также и вирусные частицы, которые являются наиболее опасными микроорганизмами для людей и животных. Технология позволяет быстро и надёжно определять наличие в воздухе любых биологических загрязнителей, что особенно важно для своевременного принятия санитарных и эвакуационных мероприятий.

• Проведены теоретические обоснования и эксперименты позволяющие утверждать, что новая технология способна точно и надёжно измерять традиционные бактериальные и грибковые аэрозоли с эффективностью, как минимум, в два раза выше лучших мировых аналогов.

• Проведены исследования и получены результаты подтверждающие способность нового метода эффективно измерять наличие и концентрацию вирусных аэрозольных частиц. Данные результаты революционны, так как ни одна другая методика до сих пор не была верифицирована для измерений живых вирусов в воздухе.

• Теоретически и экспериментально определены пределы измерений концентраций биоаэрозолей, выживаемость различных микробов в условиях мониторинга, оптимальные параметры мониторинга и другие характеристики, необходимые пользователям при использовании методики.

• Методика была апробирована в комбинации с технологией полимеразной цепной реакции (ПЦР) и получены уникальные результаты позволяющие определять наличие в воздухе патогенных штаммов в течении 1,5-2 часов после их появления (в настоящее время, процедура требует 1-5 дней).

• Время определения было ещё более сжато, путём применения метода ПЦР реального времени.

• Разработаны модели, позволяющие строго оценить результаты измерения. Данные модели могут также быть использованы для оптимизации точек/маршрутов мониторинга для максимально возможного охвата больших площадей измерений внутри помещений и на открытом воздухе.

• Проведённые полевые испытания позволили впервые получить надёжные результаты по наличию вируса в воздушных пространствах больниц и сельскохозяйственных построек.

Цитированная литература

Agranovski, I.E. 1995. Filtration of ultra-small particles on fibrous filters. PhD Thesis. Griffith University, Brisbane, Australia.

Agranovski, I. and Braddock, R. 1998. AJChE Journal 44: 2775-2783.

Agranovski, I. and Braddock, R. 1998. AJChE Journal. 44: 2784-2791.

Agranovski, I. and Shapiro, M. 2001. J.Aerosol Sci. 32: 1009 - 1020.

Agranovski, I. and Shapiro, M. 2001. Chem. Eng. Tech. 24 (4): 387 - 391.

Agranovski et. al. 2002. Chem. Eng. Journal. 89: 229 - 238.

Agranovski et. al. 2002. Atmos. Environ. 36(5): 889-898.

Agranovski et. al. Appl. Env. Microbiology, 70: 6963 - 6967.

Аграновский, И.Е.и др. 2004. Оптика Атмосферы и Океана. 17: 483 - 487.

Agranovski et. al. 2005. Aerosol Sci. Tech. 39: 912-918.

Agranovski et. al. 2005. J. Aerosol Sci. 36(5-6): 609-617.

Agranovski et. al. 2006. Physica C. 434: 115-120.

Altman I. S., Agranovski I. E., Choi M. 2004. Phys. Rev. E 70: 062603.

Altman I. S, Agranovski I. E, Choi M. 2004. Appl. Phys. Lett. 84: 5130-5132

Borodulin et. al. 2006. Atmos. Envir. 40: 6687-6695.

Brown, R. C. 1993. Air Filtration: An integrated approach to the theory and applications of fibrous filters. Oxford, Pergamon Press.

Clarke, A. G. 1998. Industrial Air Pollution Monitoring. Chapman & Hall, London.

Fuchs, N. A. 1964. The Mechanics of Aerosols. Pergamon Press, Oxford, UK.

Kirsch, A. and Stechkina. 1978. The theory of aerosol filtration with fibrous filters. In Fundamentals of Aerosol Science. (Edited by D.T. Shaw), Wiley, New York.

Марчук Г.И. 1982. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука.

Монин А.С., Яглом A.M. 1965. Статистическая гидромеханика. Механика турбулентности. М.: Наука. Ч. 1.

Mullins, В., Agranovski, I., Braddock, R., Chi, M. 2004. Colloid Int. Sci. 269: 449 -458.

Пененко B.B., Алоян A.E. 1985. Модели и методы для задач охраны окружающей среды. Новосибирск: Наука.

Rotaet. al. 2003. Science 300 (5624), 1394-1399

Willeke, К., X. Lin, and S.A. Grinshpun. 1998. Aerosol Sci. Technol. 28: 439-456.

Список основных журнальных публикаций по теме диссертации

Agranovski, I. and Braddock, R. 1998. Filtration of mists on wettable fibrous filters.

AJChE Journal. 44: 2775-2783. Agranovski, I. and Braddock, R. 1998. Filtration of mists on nonwettable fibrous

filters. AJChE Journal. 44: 2784-2791. Agranovski, I., Myojo, T. and Braddock, R. 1998. Bubble filtering through porous

media. J. Aerosol. Sci. 29: SI075. Agranovski, I., Braddock, R., Crazier, S., Whittaker, A., Minty, S. and Myojo, T. 1999. Magnetic resonance imaging of gas flows in wet porous filters involved in aerosol removal processes. J. Aerosol Sci. 30: S543. Agranovski, I., Myojo, T. and Braddock, R. 1999. Removal of ultra-small particles

by bubbling. Aerosol Sci. Techn. 31: 249-257. Agranovski, I., Braddock, R and Kristensen, N. 2000. Model for the flow of air

through the wet fibre. J. Aerosol Sci. 31: S688. Agranovski, I. and Whitcombe, J. 2000. Optimisation of Venturi scrubber for the

removal of aerosol particles. J. Aerosol Sci. 31: SI 64. Agranovski, I. and Whitcombe, J. 2000. Utilisation of wet fibrous media for

filtration of sticky aerosol particles. J. Aerosol Sci. 31: S204. Agranovski, I. 2000. New technique for monitoring of aerosol mass concentration.

J. Aerosol Sci. 31: S783. Agranovski, I., Braddock, R., Kristensen, N., Crazier, S., and Myojo, T. 2000.

Study of the gas flow in porous media in liquid layer. J. Aerosol Sci. 31: S454. Agranovski, I., Myojo, T. and Braddock, R. 2001. Comparative study of the performance of nine filters utilized in filtration of aerosols by bubbling. Aerosol Sci. Tech. 35, 852-859. Agranovski, I., Braddock, R., Jarvis, D. and Myojo, T. 2001. Combined Wettable/Nonwettable Filter for Mist Purification. С he in. Eng. Tech. 24(3): 287-292.

Agranovski, I. and Shapiro, M. 2001. Clogging of Wet Filters by Dust Particles.

J.Aerosol Sci. 32: 1009- 1020. Agranovski, I. and Shapiro, M. 2001. Clogging of Wet Filters as a Result of

Drying. Chem. Eng. Tech. 24 (4): 387 - 391. Agranovski, I., Agranovski, V., Grinshpun, S., Reponen, T. and Willeke, K. 2001.

New Personal Sampler for Airborne Microorganisms. J.Aerosol Sci. 32: S341. Agranovski, I. and Whitcombe, J. 2001. Case Study on the Practical Use of Wettable Filters in the Removal of Sub-Micron Particles. Chem. Eng. Tech. 24 (5): 513-517.

Agranovski, I. and Shapiro. M. 2001. Removal of Solid Aerosol Particles on

Irrigated Filters. J.Aerosol Sci. 32: S1071. Agranovski, I., Braddock, R., Kristensen, N., Cro'zitr, i?. and Myojo, T. 2001. Model for gas-liquid flow through wet porous medium. Chem. Eng. Tech. 24 (11): 1151-1155.

Agranovski, I., Agranovski, V., Grinshpun, S., Reponen, T. and Willeke, K. 2001. New Method for Collection Viable Airborne Microorganisms. J. Aerosol Sci. 32: S343

Mullins, B., Braddock, R. and Agranovski, I. 2002. Modelling of NOx emission

from oil refinery furnaces. Env. Mod. Asses. 7 (1): 1-7 Agranovski, I. and Whitcombe, J. 2002. Study of emission rates from fluidised

catalytic cracker during start up operations. Oil & Gas Techn. 57(6): 665 - 670. Agranovski, I., Agranovski, V. Grinshpun, S., Reponen, T. and Willeke, K. 2002. Development and Evaluation of a New Personal Sampler for Viable Airborne Microorganisms. Atmos. Environ. 36(5): 889-898. Agranovski, I., Agranovski, V. Grinshpun, S., Reponen, T. and Willeke, K. 2002. Collection of Airborne Microorganisms into Liquid by Bubbling Through Porous Medium. Aerosol Sci. Tech. 36: 502 - 509. Agranovski, I., Braddock, R. and Myojo, T. 2002. Removal of Aerosols by Bubbling through Porous Media Submerged in Organic Liquid. Chem. Eng. Sci. 57: 3141 -3147.

Agranovski, I., Braddock, R., Jarvis, D. and Myojo, T. 2002. Inclined Wettable

Filter for Mist Purification. Chem. Eng. Journal. 89: 229 - 238. Whitcombe, J., Agranovski, I. and Braddock, R. 2002. Impact of Metal Ridging on the Fluidization Characteristics of FCC Catalyst. Chem. Eng. Tech. 25: 981-987 Agranovski, I., Braddock, R., Crozier, S., Whittaker, A., Minty, S. and Myojo, T.

2003. Study of multiphase flow in submersed porous materials. Separ. Purif. Technol. 30: 129-137.

Whitcombe, J., Cropp, R., Braddock, R. and Agranovski, I. 2003. Application of Sensitivity Analysis to Oil Refinery Emissions. Reliability Eng. & Sys. Safety. 79: 219-224.

Whitcombe, J., Agranovski, I. and Braddock, R. 2003. Production of Fine particles and Aerosols from FCC Catalyst due to Thermal Shock. Powder Tech. 137(3): 120-130.

Mullins, B., Agranovski, I. and Braddock, R. 2003. Particle Bounce During

Filtration of Particles on Wet and Dry Filters. Aerosol Sci. Tech. 37: 587 - 600. Altman, I., Pikhitsa, P., Choi, M., Song, H., Agranovski, I., Bostrom, T. and Jeong, J. 2003. Line Spectra from Doped Nanooxide: a New Design for Nanooptics. Appl. Phys Letters, 83: 3689 - 3691. Agranovski, I., Safatov, A., Borodulin, A., Petrishchenko, V., Pyankov, O., Sergeev, A., Agafonov, A., Ignatiev, G., Sergeev, A.A. and Agranovski, V.

2004. Natural Decay of Viruses in Bubbling Processes Utilized for Personal Bioaerosol Monitoring. Appl. Env. Microbiology, 70: 6963 - 6967.

Mullins, B., Braddock, R. and Agranovski, I. 2004. Particle Capture Processes and Evaporation on Microscopic Scale in Wet Filters. Coll. Int. Sci. 279: 213 - 227. Whitcombe, J., Agranovski, I., Braddock, R., Gandola, F. and Hammond, A. 2004. Catalyst Attrition and Fracture due to Thermal Shock in Fluidized Catalytic Cracker Units. Chem. Eng. Comm. 191: 1259- 1274. Agranovski, I., Moustafa, S. and Braddock, R. 2004. Comparative Performance of Fixed and Fluidized Activated Carbon Beds on Removal of Organic Vapors from Air Carrier. Chem. Eng. Tech. 27: 784 - 789. Agranovski, I., Safatov, A., Pyankov, O., Sergeev, A., Agafonov, A., Ignatiev, G., Ryabchikova, E., Borodulin, A., Sergeev, A.A., Doerr, H, Rubenau, F. and

Agranovski, V. 2004. Monitoring of Viable Airborne SARS Virus. Aim. Envir. 38: 3879 - 3884.

Altman, I., Agranovski, I. and Choi, M. 2004. On nanoparticle surface growth: MgO nanoparticle formation during a Mg particle combustion. Appl. Phys Letters. 84(25): 5130 - 5132. Mullins, В., Agranovski, I., Braddock, R., Chi, M. 2004. Effect of Fibre

Orientation on Fibre Wetting Processes. Colloid Int. Sci. 269: 449 - 458. И.Е. Аграновский, A.H. Сергеев, О.В. Пьянков, В.А. Петрищенко, А.П. Агафонов, Г.М. Игнатьев, А.И. Бородулин, А.С. Сафатов. 2004. Тестирование нового персонального пробоотборника для обнаружения жизнеспособных вирусов в аэрозоле. Опт. Aimi. и Океана 17: 483 -487. Altman, I., Agranovski, I. and Choi, M. 2004. Nanoparticle Generation: New Concept of Stagnation Size Region for Condensation Growth. Phys. Rev. E. 70 (6): Art. No. 062603 Altman, I., Jang, Y., Agranovski, I. and Choi, M. 2004. Stabilization of Ferrite

Structure during Synthesis of Iron Nanooxides. J. Nanopart. Res. 6: 633 - 637. Whitcombe, J., Agranovski, I. and Braddock, R. 2004. Categorization of Particulate Emissions from a Fluidized Catalytic Cracker Units. Part. Syst. Charact. 21: 463 -472. Agranovski, I., Moustafa, S. and Braddock, R. 2005. Performance of Activated Carbon Loaded Fibrous Filters on Simultaneous Removal of Particulate and Gaseous Pollutants. Envir. Teehn. 26(7): 757 - 766. B. Mullins, R. Braddock, Agranovski, I., R.Cropp and R. O'Leary. 2005.

Observation and Modelling of Clamshell Droplets on Vertical Fibres Subjected to Gravitational and Drag Forces. Colloid Int. Sci. 284: 245 - 254. Altman, I., Agranovski, I. and Choi, M. 2005. On Mechanism of Nanoparticle

Agglomeration during Combustion Synthesis. Appl. Phys Letters, 87: 053104. Agranovski, I., Safatov, A., Pyankov, O., Sergeev, A., Sergeev, A. and Grinshpun, S. 2005. Long-term Personal Sampling of Viable Airborne Viruses. Aerosol Sci. Tech. 39: 912-918.

Agranovski, L, Pyankov, O. and Altman, 1. 2005. Bioaerosol Contamination of Ambient Air as the Result of Opening Envelopes Containing Microbial Materials. Aerosol Sci. Tech. 39: 1048-1055. Agranovski, I., Safatov, A., Borodulin, A., Pyankov, O., Petrishchenko, V., Sergeev, A., Sergeev, A.A., Grinshpun, S. and Agranovski, V. 2005. New Personal Sampler for Viable Airborne Viruses: Feasibility Study. J. Aerosol Sci. (invited paper for the special Bioaerosol issue of the journal). 36: 609-617. Iluyshechkin, A., Agranovski, I., Altman, I., Rasha, N. and Choi, M. 2005. Distribution of MgO nanoparticles in Bi-2212/Ag tapes and their effect on the superconducting properties. Supercond. Sci. Tech. 18: 1123-1128. Boskovic, L., Altman, I., Agranovski, I., Braddock, R., Myojo, Т., and Choi, M. 2005. Influence of nanoparticle shape on filtration process. Aerosol Sci. Tech. 39: 1184-1190.

Agranovski, I., Huang, R., Pyankov, O., Altman, I. and Grinshpun, S. 2006. Enhancement of the performance of low-efficiency HVAC filters due to continuous unipolar emission. Aerosol Sci. Tech AO: 963-968.

Agranovski, I., Safatov, A., Sergeev, A.A., Pyankov, O., Petrishchenko, V., Mikheev, M. and Sergeev, A.N. 2006. Rapid detection of airborne viruses by bioaerosol sampler combined with PCR device. Atmos. Envir. 40: 3924 - 3929.

Whitcombe, J., Cropp, R., Braddock, R. and Agranovski, I. 2006. The use of sensitivity analysis and generic algorithm for the management of catalyst emission from oil refineries. Math. Сотр. Modeling. 44: 430 - 438.

Mullins,B., R. Braddock, Agranovski, I., R.Cropp. 2006. Observation and

Modelling of Barrel Droplets on Vertical Fibres Subjected to Gravitational and Drag Forces. Colloid Int. Sci. 300: 704-712.

Borodulin, A., B. Desyatkov, N. Lapteva, A. Sergeev and I. Agranovski. 2006. Personal Sampler for monitoring of viable viruses; Modelling of Outdoor Sampling Conditions. Atmos. Envir. 40: 6687-6695.

Agranovski, I. 2006. Personal Sampler for Viable Airborne Microorganisms; Review of the Main Development Stages. CLEAN - Soil, Air, Water, (in press).

Бородулин А., Десятков, Б., Лаптева, H., Аграновский,И. 2007. Оценка эффективности нового персонального пробоотборника. Сиб. Журнал Пром. Прикл. Математики. 1(29): 43 -51

И.Е. Аграновский, А.С. Сафатов, О.В. Пьянков, А. А. Сергеев, А.Н. Сергеев. 2007 Долговременный пробоотбор аэрозолей жизнеспособных вирусов. Оптика Атмосферы и Океана 20(11): 1033- 1037.

Pyankov, О., Agranovski, I., Pyankova, О., Mokhonova, Е., Mokhonov, V., Safatov, A. and Khromykh, A. 2007. Using Bioaerosol Personal Sampler in Combination with Real-time PCR Analysis for Rapid Detection of Airborne Viruses; Feasibility Study. Envir. Microbiology. 9: 992 - 1000

Shlychkov, V., Borodulin, A., Desyatkov, B. and Agranovski. I. 2007. Personal Sampler for monitoring of viable viruses; Modelling of Indoor Sampling Conditions. Aerosol Sci. Tech. 41: 169 - 178.

Boskovic, L., Agranovski, I., and Braddock, R. 2007. Filtration of nanoparticles with different shape on oil coated fibres. J. Aerosol Sci. 38(12): 1220 - 1229.

Agranovski, I. 2007. Personal Sampler for Viable Airborne Microorganisms; Review of the Main Development Stages. CLEAN-Soil, Air, Water. 35: 111117.

Бородулин А., Десятков, Б., Лаптева, H., Аграновский,И. 2007. Оценка способности нового персонального биоаэрозольного пробоотборника для мониторинга живых вирусных частиц в открытом воздухе. Оптика Атмосферы и Океана. 6: 544-549.

Agranovski, I., Huang, R., Pyankov, О., Altman, I. and Grinshpun, S. 2008. Unipolar ion emission in the vicinity of low efficient HVAC filter as a method to enhance its performance against viable airborne particles. Indoor Air. 18: 118 - 124.

Введение

ЧАСТЬ 1. Фильтрация аэрозольных частиц на волокнистых фильтрах

ГЛАВА 1.1 Блокировка орошаемых фильтров частицами пыли

ГЛАВА 1.2 Влияние испарения орошающей жидкости на , процесс фильтрации в режиме самоочищения

ГЛАВА 1.3 Промышленное внедрение орошаемых смачиваемых фильтров

ГЛАВА 1А Исследование возможности отскока частиц от поверхности фильтра

ГЛАВА 1.5 Влияние ориентации волокна на процесс его смачивания

ГЛАВА 1.6 Влияние испарения на эффективность влажных фильтров

ГЛАВА 1.7 Изучение не симметричных капель, находящихся под действием вязких и гравитационных сил, на вертикальных волокнах

ЧАСТЬ 2 Улавливание аэрозолей путем барботажа воздуха через пористую среду, погруженную в жидкость

ГЛАВА 2.1 Исследование эффективности процесса

ГЛАВА 2.2 Применение визуализации при помощи Ядерного Магнитного Резонанса (ЯМР) для исследования многофазного потока в пористых средах

ГЛАВА 2.3 Улавливание аэрозолей путём барботажа через пористые среды, погруженные в органическую жидкость

ЧАСТЬ 3 Разработка пробоотборника нового поколения для мониторинга биологических аэрозолей

ГЛАВА 3.1 Исследование возможности улавливания живых аэрозолизированных микроорганизмов посредством барботажа газа через пористую среду погружённую в жидкость

ГЛАВА 3.2 Инактивация вирусов при процессах барботажа, применяемых для персонального мониторинга биоаэрозоля

ГЛАВА 3.3 Мониторинг жизнеспособных переносимых по воздуху вирусов

ГЛАВА 3.4 Мониторинг жизнеспособного вируса атипичной пневмонии (SARS) в окружающем воздухе

ГЛАВА 3.5 Длительный пробоотбор жизнеспособных переносимых по воздуху вирусов

ГЛАВА 3.6 Быстрое обнаружение переносимых по воздуху вирусов с помощью персонального пробоотборника биоаэрозоля работающего в комбинации с устройством ПЦР

ГЛАВА 3.7 Использование персонального пробоотборника биоаэрозоля в сочетании с методикой ПЦР реального времени для быстрого обнаружения переносимых по воздуху микроорганизмов

ГЛАВА 3.8 Полевые испытания пробоотборника

ГЛАВА 3.9 Оценка возможностей использования пробоотборника при отборе проб вируссодержащих аэрозолей в условиях открытой атмосферы и в закрытых помещениях

Выводы

Возросшие требования в области охраны окружающей среды и необходимость дальнейшего снижения предельно допустимых концентрации вредных веществ выбрасываемых в атмосферу обусловили необходимость разработки и внедрения новых эффективных технологий очистки газовых потоков от взвешенных примесей. Известно, что при необходимости улавливания малых частиц (с диаметром менее 1 микрона) с гарантированной эффективностью свыше 99.5%, фильтрация является единственной надёжной альтернативой, существенно превосходя по эффективности все остальные методы, применяемые в газоочистке. В настоящее время, существует большое количество фильтров способных улавливать как жидкие, так и твёрдые аэрозоли с эффективностью удовлетворяющей самым жёстким международным стандартам.

При улавливании твёрдых частиц, на поверхности фильтра образуется пористый слой ранее уловленных частиц, являющийся дополнительной фильтрующей стадией, повышающей общую эффективность фильтра. Однако, побочный эффект в виде возросшего гидравлического сопротивления, вынуждает к использованию различных дополнительных устройств служащих для регулярной регенерации фильтровальной ткани и поддержания перепада давления в пределах допустимых значений. Наиболее часто применимыми устройствами подобного рода являются механизмы, создающие вибрацию фильтров и противоточные форсунки сжатого воздуха. Основной разницей между ними является цикличность включения; вибраторы работают в постоянном режиме, в то время как противоточные форсунки включаются с определённой цикличностью при достижении предельно допустимого перепада давления на фильтре. Однако оба метода регенерации доказали свою надёжность и с успехом применяются в промышленности.

Улавливание жидких частиц может быть осуществлено фильтрами не требующими регенерации, например фильтрами Петрянова. Данные фильтры работают в режиме самоочищения; жидкая фаза, уловленная из газового потока, стекает с поверхности фильтровальной ткани под действием силы тяжести, обусловливая непрерывную работу технологии без дополнительных регенерирующих устройств.

Вышеописанные технологии являются эффективными при работе с твердыми частицами, легко удаляемыми с поверхности фильтра, или легко текучими жидкостями способными стекать с поверхности фильтра под воздействием силы тяжести. Однако существует большое количество промышленных технологий производящих и выбрасывающих в атмосферу вязкие аэрозольные частицы. К таким производствам относятся технологии связанные с переработкой нефтепродуктов, оцинковыванием стальных конструкций, производством полимеров и лакокрасочных продуктов и многие другие. Использование фильтров для очистки газовых выбросов таких технологий крайне ограничено в связи с быстрой и необратимой блокировкой фильтровальной ткани и невозможностью длительной эксплуатации. В этой связи, основными устройствами, применяемыми для очистки газовых выбросов, содержащих вязкие аэрозольные частицы, являются либо низкоэффективные тарельчатые и насадочные скрубберы, либо более эффективные скрубберы Вентури, обладающие достаточно высоким гидравлическим сопротивлением (для получения эффективности улавливания субмикронных частиц на уровне 99% перепад давления может достигать 35-40кПа).

В первой части данной диссертации предлагается решение важной экологической проблемы очистки газов, содержащих вязкие частицы, орошаемыми смачиваемыми фильтрами. Такие фильтры были теоретически обоснованы и разработаны в лаборатории докторанта в конце 90х годов. Был разработан ряд моделей, описывающий процессы улавливания аэрозолей, испарения жидкости с поверхности фильтра, и поведения капель и плёнок на поверхности волокна, позволяющих проводить точную оценку технологических процессов на стадии их разработки. Все разработанные математические и физические модели были экспериментально верифицированы в лаборатории и на производстве. В течение последующих лет фильтрующие устройства прошли апробацию в лабораторных условиях и на производстве. Была обеспечена бесперебойная работа технологии на протяжении 12 месяцев непрерывной эксплуатации в гальванических цехах и достигнуто снижение концентрации аэрозолей до 6 мг/м при исходной концентрации в пределах 1000 мг/м . В первой главе приводятся результаты исследований широкого диапазона параметров процесса, как на микро, так и на макро уровнях. Результаты исследований были опубликованы в 16 научных статьях и представлены на 9 международных конференциях (полный список прилагается).

Вторая часть данной работы посвящена исследованию процесса улавливания аэрозолей при барботаже газового потока через пористые структуры, погружённые в жидкую фазу. Фильтры такого класса были теоретически обоснованы и впервые в мире разработаны в лаборатории докторанта в середине 90х годов. Несомненным преимуществом таких устройств является возможность эффективного улавливания как газовых, так и аэрозольных загрязнителей воздуха на одной стадии очистки. Данная характеристика очень важна так как решает вопросы, связанные с уменьшением размеров очистных устройств и, как следствие, их существенное удешевление. Рассмотрен широкий круг вопросов связанных с физическими аспектами процесса и найдены пути интенсификации эксплуатации устройств в применении для очистки как неорганических, так и органических загрязнителей воздуха. Для изучения процесса разработан и использован динамический метод исследований при помощи ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на микроскопическом уровне. Результаты, полученные с помощью разработанного метода, позволили визуализировать процесс течения газо-жидкостных потоков внутри пористой среды. На основании полученных данных были разработаны и верифицированы математические модели расчётов параметров процесса, необходимых на стадии разработки оборудования, включая модель течения газовой фазы через пористые материалы, погружённые в жидкости и модель улавливания аэрозольной фазы на стенках каналов при прохождении через пористые смоченные среды. Результаты данных исследований были опубликованы в 12 научных статьях и представлены на 8 международных конференциях (полный список прилагается).

Следующая часть диссертации посвящена разработке уникального персонального пробоотборника биологических аэрозолей. В последние годы, в связи с возросшей опасностью био-терроризма и широким распространением опасных вирусных заболеваний, таких как атипичная пневмония и птичий грипп, необходимость разработки надёжных и быстрых методов выявления инфекции в окружающем воздухе становится задачей первостепенной важности. Такой метод был нами теоретически обоснован, разработан и испытан как в лабораторных, так и в реальных условиях эксплуатации. Были получены революционные результаты не только в области мониторинга бактериальных и грибковых аэрозолей, но и по определению взвешенных вирусосодержащих частиц. Был проведён ряд широких исследований по изучению как физических, так и биологических характеристик метода, которые подтвердили возможность его использования в любых условиях эксплуатации. Дальнейшие успешные стадии разработки технологии, связанные с возможностью ускорения процесса обнаружения инфекционных биоаэрозолей с применением метода полимеразной цепной реакции, позволили сузить временной интервал необходимый для обнаружения загрязнения с 1-5 дней до 40-150 минут. Были разработаны и экспериментально проверены математические модели, оценивающие процесс мониторинга внутри помещений и в условиях открытой атмосферы, позволяющие, на основании данных полученных в результате пробоотбора, производить точный перерасчёт соответствующей концентрации патогенных микроорганизмов в окружающем воздушном пространстве. Данные модели были успешно использованы для определения оптимальных маршрутов мониторинга для наиболее полного охвата исследуемого объекта. Результаты данных исследований были опубликованы в 23 научных статьях и представлены на 14 международных конференциях (полный список прилагается).

Научная новизна

Получен ряд результатов, позволивший теоретически обосновать и разработать технологии нового поколения в областях фильтрации аэрозолей и мониторинга биологических загрязнителей воздуха. Математически описаны, разработаны и внедрены самоочищающиеся фильтры позволяющие улавливать вязкие частицы и изучен процесс поведения жидкой фазы на волокнах. Оптимизация процесса позволила достичь очень высокой эффективности очистки выхлопных газов, что особенно важно, так как исторически выхлопные газы, несущие вязкие аэрозольные частицы, очищались низкоэффективными скрубберами не позволяющими достигать требуемых степеней очистки. Разработан ряд моделей, описывающий процессы улавливания аэрозолей, испарения жидкости с поверхности фильтра, и поведения капель и плёнок на поверхности волокна, позволяющих проводить точную оценку технологических процессов на стадии их разработки. Все разработанные модели были экспериментально верифицированы в лаборатории и на производстве.

Разработаны и детально изучены физико-кинетические основы процесса улавливания аэрозольной фазы при пропускании газового носителя через пористые среды, погружённые в слои орошающей жидкости. С помощью разработанного метода, в котором используется процесс пропускания газового носителя через пористые среды, решены задачи, связанные с очисткой воздуха при помощи компактных и дешёвых технологий. Для исследований процесса, разработан и использован динамический метод исследований при помощи ядерного магнитного резонанса на микроскопическом уровне. Результаты, полученные с помощью разработанного метода, позволили визуализировать процесс течения газожидкостных потоков внутри пористой среды. На основании полученных данных были разработаны математические модели расчётов параметров процесса, необходимых на стадии разработки оборудования. Метод был применён для разработки персонального пробоотборника биоаэрозольных частиц.

Разработан и испытан в лабораторных и полевых условиях эксплуатации метод мониторинга живых биоаэрозольных частиц. В результате испытаний получено, что выживаемость бактериальных и грибковых аэрозолей более чем в два раза выше по сравнению с лучшими мировыми образцами аналогичного оборудования. Биоаэрозольный пробоотборник был успешно использован для мониторинга живых вирусных частиц в окружающем^ воздухе. Результаты, показанные при лабораторных испытаниях легли в основу разработки прототипа для массового производства для дальнейшего использования анти-террористическими организациями, вооружёнными силами, в областях сельского хозяйства и здравоохранения и многими другими. Прибор был успешно использован для мониторинга вирусосодержащих аэрозолей в инфекционных больницах и в сельском хозяйстве. Далее он был использован в сочетании с устройством ПЦР (полимеразной цепной реакции), что позволило существенно сократить сроки определения наличия патогенов в воздухе. Прибор был испытан в сочетании с ПЦР в реальном времени, что позволило качественно (присутствуют/отсутствуют) определять целевые микроорганизмы в течение минут после их появления в воздухе. Был разработан прототип миниатюрного ПЦР реального времени что, в сочетании с пробоотборником, позволило разработать портативный комплекс мониторинга биоаэрозолей, устанавливаемого на ремне пользователя и определяющего наличие инфекционных биоаэрозолей в течение минут после их появления. Разработан ряд математических моделей, оценивающих процесс мониторинга внутри помещений и в условиях открытой атмосферы, и позволяющих, на основании данных полученных в результате пробоотбора, производить точный перерасчёт соответствующей концентрации в воздухе. Данные модели также могут быть использованы для определения оптимальных маршрутов мониторинга для наиболее полного охвата исследуемого объекта.

Практическая ценность работы определяется комбинацией разработки и создания ряда природоохранных технологии, широко применяемых во многих отраслях промышленности более чем в 30 странах, и созданием расчётных инструментов необходимых для их разработки и обоснования.

В результате исследований, была разработана и внедрена революционная методика мониторинга биоаэрозолей позволяющая производить быстрое и надёжное определение наличия патогенов в воздушном пространстве. Ряд математических моделей был разработан для строгой обработки результатов измерений и выбора маршрутов/точек пробоотбора для оптимального мониторинга болыперазмерных помещений и открытых пространств.

На защиту выносятся:

1. Новый метод улавливания аэрозольных частиц орошаемыми фильтрами с различными гигроскопическими свойствами.

2. Новый метод улавливания загрязнителей воздуха на пористых материалах погружённых в жидкую среду.

3. Метод мониторинга живых биоаэрозольных частиц, включая аппаратурное оформление и протокол измерений.

Апробация.

Результаты изложенные в диссертации обсуждены на 'СНЕМЕСА 95', Adelaide, Australia; 10th World Clean Air Congress, Helsinki, Finland; 13th International Clean Air & Environment Conference. Adelaide. Australia; 7th World Filtration Congress, Budapest, Hungary; 15th International Meeting on Air Cleaning & Contamination Control. Tokyo. Japan; Separation of particles. 4th European Symposium. Nürnberg. Germany; 11th World Clean Air Congress. Durbin. South Africa; European Aerosol Conference. Prague. Czech Republic; Горение и атмосферное загрязнение, Санкт Петербург, Россия; 17th International Meeting on Air Cleaning & Contamination Control. Tokyo, Japan; American Aerosol Conference, St.Louis, USA; 3rd European Congress of Chemical Engineering. Nürnberg, Germany; 6th World Congress of Chemical Engineering. Melbourne; MÖDSIM2001, Canberra, Australia; ICIPACT-2001. Hyderabad, India; AIHce. San-Diego, USA; AIOH. Wollongong, Australia; 6th International Aerosol Conference, Taipei, Taiwan; European Aerosol Conference 2003. Madrid, Spain; Asian Aerosol Congress, Hong Kong; European Aerosol Conference, Budapest, Hungary; American Association Aerosol Research, Austin, TX, USA; European Aerosol Conference, Ghent, Belgium; 4th Asian Aerosol Congress, Mumbai, India; 7th International Aerosol Congress; "Аэрозоли Сибири", Томск, Россия.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано более 140 работ в Российских и международных изданиях (список основных работ пролагается), в том числе в 53 международных и 11 Российских изданиях рекомендованных Высшей Аттестационной Комиссией Российской Федерации.

Личный вклад автора

Данная работа описывает результаты исследований проведённых автором на протяжении 22 лет в лабораториях России, Австралии, США, Японии, Гонконга, Великобритании, Франции, Кореи, Израиля и многих других стран. Были получены результаты позволившие решить ряд важных проблем в различных областях науки и техники. Разработанные технологии успешно работают более чем в 30 странах мира. Под руководством автора и по теме данной диссертации подготовлено 9 кандидатских диссертаций (PhD) и опубликовано более 140 научных статей и докладов. Все исследования, описанные в данной диссертации, были проведены при непосредственном участии автора, который принимал участие в обосновании и разработке направлений исследований, разработке лабораторного и промышленного оборудования, разработке математических и физических моделей процессов и в экспериментальных программах. Все статьи и тезисы докладов, описывающие результаты исследований были целиком или в большей степени написаны автором.

выводы

1. Смачиваемые волокнистые фильтры могут быть использованы для фильтрации широкого спектра аэрозолей, включая вязкие частицы. Это позволило апробировать технологию в областях, где исторически, в силу быстрой забивки фильтрующих материалов, использовались малоэффективные и высоконапорные орошаемые скруббера, в большинстве случаев неспособные обеспечить необходимых уровней очистки воздуха.

• Были экспериментально получены и теоретически обоснованы результаты, позволяющие оценить максимально возможные количества загрязнителей, которые способен уловить фильтр с конкретной геометрией и при определённых расходах орошающей жидкости.

• Разработаны и экспериментально подтверждены модели на микро и макро уровнях, оценивающие количества орошающей жидкости, испаряемые с поверхности фильтров, необходимые для оценки параметров процесса на стадиях его разработки и внедрения.

• Были получены данные по результатам работы фильтров, внедрённых в промышленности, позволяющие оптимизировать процесс и сделать его более простым в эксплуатации в реальных условиях

• Разработаны модели процесса взаимодействия волокон фильтров и улавливаемых частиц, и проведена оценка эффективности отскока частиц с разной морфологией.

• Детально изучено поведение жидкостей жидкой фазы на волокнах фильтров с различными свойствами. Полученная информация позволяет оптимизировать процесс разработки новых технологией и предоставляет теоретические возможности по выбору наиболее подходящих фильтрующих тканей для конкретных очищаемых газов и условий эксплуатации.

2. Волокнистые фильтры могут использоваться в комбинации с орошаемыми скрубберами, путем их погружения в жидкость на тепломассообменных тарелках. Такие комбинированные устройства способны достигать высокой эффективности параллельной очистки аэрозольных и газовых воздушных загрязнителей и не требуют дополнительных технологических стадии, являясь компактными устройствами, что особенно важно в местах с ограниченными возможностями по использованию дополнительных площадей.

• Проведены теоретические и экспериментальные оценки широкого круга параметров процесса, позволяющие сделать выводы о широких возможностях новой технологии и её высокой эффективности, простоте и дешевизне изготовления и использования.

• Разработана и успешно применена высокотехнологическая методика исследования, основанная на использовании ЯМР в динамических условиях течения многофазных потоков в пористых средах. Данная методика уже нашла своё дальнейшее применение исследователями и инженерами в различных областях науки и техники, например, в области нефтедобычи.

• Был разработан ряд теоретических моделей позволяющих строго оценить динамику процесса и применить результаты для оценки его эффективности в области очистки газовых потоков.

• Проведены теоретические и экспериментальные оценки по возможности использования технологии при её орошении альтернативными жидкостями, например маслами. Результаты позволяют утверждать, что новых метод полностью соответствует необходимым техническим условиям и способен эффективно работать на данных орошающих жидкостях. Это открывает возможности по использованию технологии для удаления практически любых примесей из воздушных потоков, включая органические примеси, плохо растворимые в неорганических жидкостях.

3. Разработана и успешно внедрена революционная методика мониторинга биоаэрозольных частиц в окружающем воздухе. Помимо стандартных бактериальных и грибковых аэрозолей, определяемых широким кругом существующих биоаэрозольных мониторов, новая методика позволяет определять также и вирусные частицы, которые являются наиболее опасными микроорганизмами для человека и животных. Технология позволяет быстро и надёжно определять наличие в воздухе любых биологических загрязнителей, что особенно важно для своевременного принятия санитарных и эвакуационных мероприятий в случае необходимости.

• Проведены теоретические обоснования и эксперименты позволяющие утверждать, что новая технология способна точно и надёжно измерять традиционные бактериальные и грибковые аэрозоли с эффективностью, как минимум, в два раза выше лучших мировых аналогов.

• Проведены исследования и получены результаты подтверждающие способность нового метода эффективно измерять наличие и концентрацию вирусных аэрозольных частиц. Данные результаты революционны, так как ни одна другая методика до сих пор не была верифицирована для измерений живых вирусов в воздухе. Широкий круг исследований, описанный в данной работе, позволил подтвердить эффективность методики для мониторинга при непрерывной работе в различных временных интервалах в применении к респираторным вирусам со спектром биологических свойств.

• Теоретически и экспериментально определены пределы измерений концентраций биоаэрозолей, выживаемость различных микробов в условиях мониторинга, оптимальные параметры мониторинга и многие другие характеристики необходимые пользователям при использовании методики.

• Методика была апробирована в комбинации с технологией полимеразной цепной реакции (ПЦР) и получены уникальные результаты позволяющие определять наличие в воздухе патогенных штаммов в течении 1,5-2 часов после их появления (в настоящее время, процедура требует 1-5 дней).

• Время определения было ещё более сжато, до 20-40 минут, путём применения ПЦР метод реального времени.

• Разработаны модели позволяющие строго оценить результаты измерения. Данные модели могут также быть использованы для оптимизации точек/маршрутов мониторинга для максимально возможного охвата больших площадей измерений внутри помещений и на открытом воздухе.

• Проведённые полевые испытания позволили впервые получить надёжные результаты по наличию вируса в воздушных пространствах больниц и сельскохозяйственных построек. Это особенно важно для дальнейших исследований по определению предельно допустимых концентраций различных микроорганизмов, так как эти данные в настоящее время практически отсутствуют вследствие отсутствия методики по их достоверной оценке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данная работа рассматривает широкий круг вопросов связанных с различными аспектами исследований в области аэрозолей и сопредельных областей науки. Диссертация состоит из четырёх частей, каждая из которых посвящена решению конкретных вопросов связанных с производством, использованием и мониторингом аэрозольных частиц неорганического, органического и биологического содержания. Был получен спектр теоретических и экспериментальных результатов позволивший решить ряд актуальных проблем и практически реализовать разработки в промышленности, микроэлектронике, сельском хозяйстве, оборонных и антитеррористических областях и многих других.

В результате исследований, также обозначился рад вопросов, остававшихся открытыми, и требующими дальнейшей проработки. В настоящее время, по всем направлениям исследований, описанным в диссертации, продолжаются интенсивные работы, которые в скором времени должны привести к дальнейшему повышению качества предложенных методов и технологий. Результаты проводимых исследований продолжают публиковаться в научной литературе в Российских и зарубежных изданиях.

1. Adamopoulos N., Soylu В., Yan Y and Evetts J. E. 1995. An experimentalstudy of flux-pinning and flux dynamics in a system with 2 types of pinning centers. Physica C, 242: 68.

2. Agranovski, I.E. 1995. Filtration of ultra-small particles on fibrous filters. PhD

3. Thesis. Griffith University, Brisbane, Australia.

4. Agranovski, I. E., Myojo, Т., and Braddock, R. D. 1997. Purification of Aerosolby Bubbling through Porous Media. 15th Annual Conference on Air Cleaning and Contamination Control, Waseda University, Tokyo, Japan, pp.293-296

5. Agranovski, I.E., 1998. Combined Technology for Purification of Exhaust

6. Gases. Patent application PN9937, Australia.

7. Agranovski, I. and Braddock, R. 1998. Filtration of mists on wettable fibrousfilters. AJChE Journal. 44: 2775-2783.

8. Agranovski, I. and Braddock, R. 1998. Filtration of mists on nonwettablefibrous filters. AJChE Journal 44: 2784-2791.

9. Agranovski, I.E., Myojo, T. and Braddock, R.D. 1998. Bubble filtering throughporous media. J. AerosolSci., Vol. 29(supplementary), pp. SI075.

10. Agranovski, I., Braddock, R., Crozier, S., Whittaker, A., Minty, S. and Myojo,

11. T. 1999. Magnetic resonance imaging of gas flows in wet porous filters involved in aerosol removal processes. J. Aerosol Sci. 30: S543.

12. Agranovski, I., Myojo, T. and Braddock, R. 1999. Removal of ultra-smallparticles by bubbling. Aerosol Sci. Techn. 31: 249-257.

13. Agranovski, I., Braddock, R and Kristensen, N. 2000. Model for the flow of airthrough the wet fibre. J. Aerosol Sci. 31: S688.

14. Agranovski, I. and Whitcombe, J. 2000. Optimisation of Venturi scrubber forthe removal of aerosol particles. J. Aerosol Sci. 31: SI 64.

15. Agranovski, I. and Whitcombe, J. 2000. Utilisation of wet fibrous media forfiltration of sticky aerosol particles. J. Aerosol Sci. 31: S204.

16. Agranovski, I. 2000. New technique for monitoring of aerosol massconcentration. J. Aerosol Sci. 31: S783.

17. Agranovski, I. E., Balfour, D. and Braddock, R. D. 2000. Utilizing of bubblingtechnology for air purification in air conditioning devices. 19th Conference oftheAAAR, St.Louis, Missouri, USA. p. 57.

18. Agranovski, I.E., and Whitcombe, J.M. 2000. Utilization of wet fibrous mediafor filtration of wet sticky particles. J. Aerosol Sci. Vol.31, Suppl.l, S204.

19. Agranovski, I., Braddock, R., Kristensen, N., Crozier, S., and Myojo, T. 2000.

20. Study of the gas flow in porous media submerged in liquid layer. J. Aerosol Sci. 31: S454.

21. Agranovski, I., Myojo, T. and Braddock, R. 2001. Comparative study of theperformance of nine filters utilized in filtration of aerosols by bubbling. Aerosol Sci. Tech. 35, 852-859.

22. Agranovski, I., Braddock, R., Jarvis, D. and Myojo, T. 2001. Combined

23. Wettable/Nonwettable Filter for Mist Purification. Chem. Eng. Tech. 24(3): 287-292.

24. Agranovski, I. and Shapiro, M. 2001. Clogging of Wet Filters by Dust Particles.

25. J.Aerosol Sci. 32: 1009- 1020.

26. Agranovski, I. and Shapiro, M. 2001. Clogging of Wet Filters as a Result of

27. Drying. Chem. Eng. Tech. 24 (4): 387 391.

28. Agranovski, I., Agranovski, V., Grinshpun, S., Reponen, T. and Willeke, K.2001. New Personal Sampler for Viable Airborne Microorganisms. J.Aerosol Sci. 32: S341.

29. Agranovski, I. and Whitcombe, J. 2001. Case Study on the Practical Use of

30. Wettable Filters in the Removal of Sub Micron Particles. Chem. Eng. Tech. 24 (5): 513-517.

31. Agranovski, I. and Shapiro. M. 2001. Removal of Solid Aerosol Particles on1.rigated Filters. J.Aerosol Sci. 32: S1071.

32. Agranovski, I., Braddock, R., Kristensen, N., Crozier, S. and Myojo, T. 2001.

33. Model for gas-liquid flow through wet porous medium. Chem. Eng. Tech.24(11): 1151-1155.

34. Agranovski, I., Agranovski, V., Grinshpun, S., Reponen, T. and Willeke, K.2001. New Method for Collection Viable Airborne Microorganisms. J. Aerosol Sei. 32: S343

35. Agranovski, I. and Whitcombe, J. 2001. Study of Emission Rate from Fluidized

36. Catalytic Cracker Units During Start Up Situations. J. Aerosol Sei. 32: S625

37. Agranovski, I. and Whitcombe, J. 2002. Study of emission rates from fluidisedcatalytic cracker during start up operations. Oil & Gas Sei. Techn. 57(6): 665 670.

38. Agranovski, I., Agranovski, V. Grinshpun, S., Reponen, T. and Willeke, K.2002. Development and Evaluation of a New Personal Sampler for Viable Airborne Microorganisms. Atmos. Environ. 36(5): 889-898.

39. Agranovski, I., Agranovski, V. Grinshpun, S., Reponen, T. and Willeke, K.2002. Collection of Airborne Microorganisms into Liquid by Bubbling Through Porous Medium. Aerosol Sei. Tech. 36: 502 509.

40. Agranovski, I., Braddock, R. and Myojo, T. 2002. Removal of Aerosols by

41. Bubbling through Porous Media Submerged in Organic Liquid. Chem. Eng. Sei. 57: 3141 -3147.

42. Agranovski, I., Braddock, R., Jarvis, D. and Myojo, T. 2002. Inclined Wettable

43. Filter for Mist Purification. Chem. Eng. Journal. 89: 229 — 238.

44. Agranovski, I., Braddock, R., Crozier, S., Whittaker, A., Minty, S. and Myojo,

45. T^ 2003. Study of multiphase flow in submersed porous materials. Separ. Purif. Technol. 30: 129-137.

46. Agranovski, I., Safatov, A., Borodulin, A., Petrishchenko, V., Pyankov, O.,

47. Sergeev, A., Agafonov, A., Ignatiev, G., Sergeev, A.A. and Agranovski, V. 2004. Natural Decay of Viruses in Bubbling Processes Utilized for Personal Bioaerosol Monitoring. Appl. Env. Microbiology, 70: 6963 -6967.

48. Agranovski, I., Moustafa, S. and Braddock, R. 2004. Comparative Performanceof Fixed and Fluidized Activated Carbon Beds on Removal of Organic Vapors from Air Carrier. Chem. Eng. Tech. 27: 784 789.

49. Agranovski, I., Safatov, A., Pyankov, O., Sergeev, A., Agafonov, A., Ignatiev,

50. G., Ryabchikova, E., Borodulin, A., Sergeev, A.A., Doerr, H, Rubenau, F. and Agranovski, V. 2004. Monitoring of Viable Airborne SARS Virus. Atm. Envir. 38: 3879 3884.

51. Аграновский, И.Е., Сергеев, A.H., Пьянков, O.B., Петрищенко, В.А.,

52. Агафонов, А.П., Игнатьев, Г.М., Бородулин, А.И., Сафатов, А.С. 2004. Тестирование нового персонального пробоотборника для обнаружения жизнеспособных вирусов в аэрозоле. Оптика Атмосферы и Океана. 17: 483—487.

53. Agranovski, I., Safatov, A., Pyankov, О., Sergeev, A., Sergeev, A. and

54. Grinshpun, S. 2005. Long-term Personal Sampling of Viable Airborne Viruses. Aerosol Sci. Tech. 39: 912-918.

55. Agranovski, I., Pyankov, O. and Altman, I. 2005. Bioaerosol Contamination of

56. Ambient Air as the Result of Opening Envelopes Containing Microbial Materials. Aerosol Sci. Tech. 39: 1048-1055.

57. Agranovski, I., Safatov, A., Borodulin, A., Pyankov, O., Petrishchenko, V.,

58. Sergeev, A., Sergeev, A.A., Grinshpun, S. and Agranovski, V. 2005. New Personal Sampler for Viable Airborne Viruses: Feasibility Study. J. Aerosol Sci. (invited paper for the special Bioaerosol issue of the journal). 36(5-6): 609-617.

59. Agranovski, I., Huang, R., Pyankov, O., Altman, I. and Grinshpun, S. 2006.

60. Enhancement of the performance of low-efficiency HVAC filters due to continuous unipolar emission. Aerosol Sci. Tech.40: 963-968.

61. Agranovski, I., Huang, R., Pyankov, O., Altman, I. and Grinshpun, S. 2006.

62. Unipolar ion emission in the vicinity of low efficient HVAC filter as a method to enhance its performance against viable airborne particles. Environ. Sci. Tech. (under review).

63. Agranovski, I., Safatov, A., Sergeev, A.A., Pyankov, O., Petrishchenko, V.,

64. Mikheev, M. and Sergeev, A.N. 2006. Rapid detection of airborne viruses by personal bioaerosol sampler combined with the PCR device. Atmos. Envir. 40:3924-3929.

65. Agranovski, I., Ilyushechkin, A., Altman, I., Bostrom, T. and Choi, M. 2006.

66. Methods of introduction of MgO nanoparticles into Bi-2212/Ag tapes. Physica C. 434: 115-120.

67. Agranovski, I. 2007. Personal Sampler for Viable Airborne Microorganisms;

68. Review of the Main Development Stages. CLEAN- Soil, Air, Water, (in press).

69. Аграновский, И.Е., Сафатов, A.C., Пьянков, O.B., Сергеев, А.А., Сергеев,

70. А.Н. 2007. Долговременный пробоотбор аэрозолей жизнеспособных вирусов. Оптика Атмосферы и Океана, (in press)).

71. Аграновский, И.Е., Пьянков, О.В., Пьянкова, О.Г., Мохонова, Е.,

72. Air, G.M., Webster, R.G., Colman, P.M. and Laver, W. G. 1987. Distributionof sequence differences in influenza N9 neuraminidase of tern and whale viruses and crystallization of the whale neuraminidase complexed with antibodies. Virology. 160: 346-354.

73. Aizenberg, V., Grinshpun, S. A., Willeke, K., Smith, J. Baron, P.A., 2000.

74. Measurement of the Sampling Efficiency of Personal Inhalable Aerosol Samplers Using a Simplified Protocol J. Aerosol Sci. 31, 169-179.

75. Alvarez, J.A., M.P. Buttner, and L.D. Stetzenbach. 1995. PCR for Bioaerosol

76. Monitoring: Sensitivity and Environmental Interference. Appl. Environ. Microbiol. 61: 3639-3644.

77. Altman I. S. 1999. High-Temperature Estimation of Energy Accommodation

78. Coefficient of Gas Molecules on Surface. J. Phys. Stud. 3: 456-457.

79. Altman I. S. 2000. On Condensation Growth of Oxide Particles during Gas

80. Phase Combustion of Metals. Comb. Sci. Technol. 160: 221-230.

81. Altman I. S., Lee D., Song J., Choi M. 2001. Experimental Estimate of Energy

82. Accommodation Coefficient at High Temperatures. Phys. Rev. E 64: 052202.

83. Altman I. S., Lee D., Chung J. D., Song J., Choi M. 2001. Light Absorption of

84. SilicaNanoparticles. Phys. Rev. B 63: 161402(R).

85. Altman I. S., Pikhitsa P. V., Choi M., Song H.-J., Nasibulin A. G., Kauppinen

86. E. I. 2003. Zero-Phonon Lines in the Photoluminescence Spectra of MgO:Mn2+ Nanocrystals, Phys. Rev. B 68: 125324

87. Altman I. S., Pikhitsa P. V., Choi M., Jeong J. I., Song H.-J., Agranovski I. E.,

88. Bostrom Th. E. 2003. Line Spectra from Doped Nanooxide: A Design for Nanooptics, Appl. Phys. Lett. 83: 3689-3691.

89. Altman I. S., Agranovski I. E., Choi M. 2004. Nanoparticle Generation: Theconcept of a Stagnation Size Region for Condensation Growth. Phys. Rev. £70: 062603.

90. Altman I. S., Agranovski I. E., Choi M. 2004. On Nanoparticle Surface

91. Growth: MgO Nanoparticle Formation during a Mg particle Combustion. Appl Phys. Lett. 84: 5130-5132

92. Altman I. S., Jang Y.-H., Agranovski I. E., Yang S., Choi M. 2004.

93. Stabilization of Spinel Structure during Combustion Synthesis of Iron Nanooxides, J. Nanopart. Res., 6: 633-637.

94. Altman, I. S., I. E. Agranovski, and M. Choi. 2005. Mechanism of

95. Nanoparticle Agglomeration during the Combustion Synthesis. Applied Physics Letters 87:053104.

96. Arabi-Katbi O. I., Pratsinis S. E., Morrison Ph. W. Jr., Megaridis C. M. 2001.

97. Monitoring the Flame Synthesis of Ti02 Particles by in-situ FTIR

98. Spectroscopy and Thermophoretic Sampling. Combust. Flame 124: 560572.

99. Arola, F., Powell, R., McCarthy, M., Li, T. and Odberg, L. 1998. MR imagingof pulp suspension flowing through an abrupt pipe expansion. AIChE Journal 44: 2597.

100. Atkins, P. W. 1990. Physical chemistry. Oxford University Press, Oxford, UK

101. Ашмарин И.П., Воробьев A.A. 1962. Статистические методы вмикробиологических исследованиях. Л.: Медгиз.

102. Bacheis Т., Güntherodt H.-J., Schäfer R. 2000. Melting of Isolated Tin

103. Nanoparticles. Phys. Rev. Lett. 85: 1250-1253.

104. Banin, U., Cao, Y. W., Katz, D., Millo, O. 1999. Identification of atomic-likeelectronic states in indium arsenide nanocrystal quantum dots. Nature 400: 542.

105. Barrett, Т., and S.C. Inglis. 1985. Growth, Purification and Titration of1.fluenza Viruses, p 119-150. In B. W. J. Mahy (ed.), Virology a Practical Approach. Oxford University Press, Oxford.

106. Bauer, C. and S. Dietrich. 2000. Shapes, contact angles and line tensions ofdroplets on cylinders. Phys. Rev. E 62(2): 2428-2438.

107. Bayer, M., Stern, O., Hawrylak, P., Fafard, S., Forchel, A. 2000. Hiddensymmetries in the energy levels of excitonic 'artificial atoms'. Nature 405: 923.

108. Bean C. P. 1964. Rev. Mod. Phys. 36: 39.

109. Bhargava A., Alarco J. A., Mackinnon I. D. R., Page D., Ilyushechkin A. 1998.

110. Synthesis and characterisation of nanoscale magnesium oxide powders and their application in thick films of Bi2Sr2CaCu208. Mater. Lett. 34: 133.

111. Bimberg D., Kirstaedter N., Ledentsov N.N., Alferov Z.I., Kopev P.S., Ustinov

112. V.M. 1997. InGaAs-GaAs quantum-dot lasers. IEEE J. Selected Topics Quantum Electron. 3: 196.

113. Bohren, C.F. and Huffman D. R. 1983. Absorption and Scattering of Light by

114. Small Particles. Wiley, New York.

115. Behie, S. W., & Beckmans, J. M. 1974. Effects of Water Injection

116. Arrangement on the Performance of Venturi Scrubber. JAPCA, 24(10): 943-945.

117. Berger, S.A. 2000. Equations of Motion and Potential Flow, in Kreith F.(Ed.)

118. Fluid Mechanics. CRC Press, New York.

119. Bigu, J., Grenier, M., and Hardcastle, S. 1988. Effectiveness of a Wet Scrubberin Reducing Radioactive Aerosol and Dust Concentration in Underground Uranium Mines. American Industrial Hygiene Association Journal, 49(11): 572-578.

120. Bird, R.B., Stewart, W.E., and Lightfoot, E.N., Transport Phenomena. John

121. Wiley & Sons, New York 1960.

122. Бородулин А.И., Майстренко Г.М., Чалдин Б.М. 1992. Статистическоеописание распространения аэрозолей в атмосфере. Метод и приложения. Новосибирск: издательство Новосибирского университета.

123. Borodulin A.I. 1996. Measurements of the Tensor of Turbulent Diffusion

124. Coefficients in the Atmosphere and Some of its Properties. Atmospheric and Oceanic Optics. 9(6): 528-531.

125. Borodulin A.I., Desyatkov B.M., Marchenko V.V. 1999. Correlation Functionfor Concentration Pulsation of an Atmospheric Pollutant. Atmospheric and Oceanic Optics. 12(8): 718-720.

126. Borodulin, B. Desyatkov, N. Lapteva, A. Sergeev and I. Agranovski. 2006.

127. Personal Sampler for monitoring of viable viruses; Modelling of Outdoor Sampling Conditions. Atmos. Envir. 40: 6687-6695.

128. Бородулин А.И., Десятков, Б., Лаптева, Н., и Аграновский, И.Е. 2007.

129. Оценка эффективности нового персонального пробоотборника. Сибирский журнал промышленной прикладной математики, (in press).

130. Boskovic, L., Altman, I., Agranovski, I., Braddock, R., Myojo, Т., and Choi,

131. M. 2005. Influence of nanoparticle shape on filtration process. Aerosol Sci. Tech. 39: 1184-1190.

132. Bradley, R. S. 1932. The cohesive force between solid surfaces and the surfaceenergy of solids. Phil. Mag. 13:853-862.

133. Brochard, F. 1986. Spreading of liquid drops on thin cylinders: Themanchon/droplet" transition. J. Chem. Phys, 84(8): 4664-4672.

134. Brown, R. C. 1993. Air Filtration: An integrated approach to the theory andapplications of fibrous filters. Oxford, Pergamon Press.

135. Buhl D., Lang Т., Gauckler L. J. 1997. Critical current density of Bi-2212 thickfilms processed by partial melting. Supercond. Sci. Technol. 10: 32

136. Buhl D., Lang Т., Gauckler L. J. 1996. Phase composition and grain alignmentin partial melt processed Bi-2212 thick films. Appl. Supercond. 4: 299

137. Bulyarskii, S. V., Kozhevin, A. E., Mikov, S. N., Prikhodko, V. V. 2000.

138. Anomalous R-line behaviour in nanocrystalline A1203 : Cr3+. Phys. Stat. Sol A. 180:555-560.

139. Burge, H. A. In C. S. Cox and С. M. Wathes (eds.), 1995. Bioaerosols

140. Handbook, p.532. Lewis Publishers, Boca Raton, FL.

141. Burge, H. A. and Solomon, W. R., 1987. Sampling and Analysis of Biological

142. Aerosols. Atmos. Environ. 21, 451-456.

143. Вызова H.JI. 1974. Рассеяние примеси в пограничном слое атмосферы. М:1. Гидрометеоиздат.

144. Calvert, S. 1974. Engineering design of fine particle scrubbers. JAPCA, 24(10):929.934.

145. Calvert, S. 1984. Particle control by scrubbing, in Handbook of Air Pollution

146. Control Technology, (S. Calvert and H.M. Englund, eds.) Wiley, New York.

147. Carroll, B. 1986. Equilibrium Conformations of Liquid Drops on Thin

148. Cylinders under Forces of Capillarity. A Theory for The Roll-up Process. Langmuir, 2(2): 248-250.

149. Carroll, B. 1991. Contact Angle, Wettability and Adhesion. J. App. Phys.70(493): 235.

150. Cha, R.S. and Thilly, W.G. 1995. Specificity, Efficiency, and Fidelity of PCR.

151. C.W. Dieffenbach and G.S. Dveksler (eds.), PCR primer: a laboratoiy manual. CSHL Press, NY, pp. 37-51

152. Chang, C.W., Hwang, Y.H., Grinshpun, S.A., Macher, J.M. and Willeke, K.1994. Evaluation of Counting Error Due to Colony Masking in Bioaerosol Sampling, Appl. Environ. Microbiology 60(10): 3732-3738.

153. Chang, C.W., Grinshpun, S.A., Willeke, K., Macher, J.M., Donnelly, J., Clark,

154. S. and Juozaitis, A. 1995. Factors Affecting Microbiological Colony Count Accuracy for Bioaerosol Sampling and Analysis, Am. Ind. Hyg. Assoc. J. 56(10): 979-986.

155. Cheng, Y. S. and Y. C. Yeh. 1979. Particle Bounce in Cascade Impactors. Env

156. Sci. Tech. 13(11): 1392-1396.

157. Cheremisinoff, P. N. 1993. Air Pollution Control and Design for Industry.

158. Marcel Dekker Inc., p. 293.

159. Clarke, A. G. 1998. Industrial Air Pollution Monitoring. Chapman & Hall,1.ndon.

160. Comtois, P. and Isard, S. 1999. Aerobiology: Coming of Age in a New

161. Millennium. Aerobiologia 15: 259-266.

162. Cooper, C.D., & Alley, F.C. 1994. Air Pollution Control: A Design

163. Approach. Waveland Press, Illinois, USA.

164. Cox, C. S., and C. M. Wathes (eds.). 1995. Bioaerosols Handbook. CRC1.wis Publishers, Boca Raton, Fl.

165. Crook, B. 1995. Inertial Samplers: Biological Perspective. In C. S. Cox and

166. C. M. Wathes (eds.), Bioaerosols Handbook, Lewis Publishers, Boca Raton, FL, pp. 247-267.

167. Crook, B. and Olenchock, S.A. In C. S. Cox and C. M. Wathes (eds.), 1995.

168. Bioaerosols Handbook, pp. 531-533. Lewis Publishers, Boca Raton, FL.

169. Dahneke, B. 1971. The Capture of Aerosol Particles by Surfaces. J. Colloid1.terface Sei. 37: 342-353.

170. Dahneke, B. 1973. Measurements of the Bouncing of Small Latex Spheres.

171. J. Colloid Interface Sei. 45 (3):584-590.

172. Dahneke, B. 1975. Further Measurements of the Bouncing of Small Latex

173. Spheres. J. Colloid Interface Sei. 51 (l):58-65.

174. Dahneke, B. 1995. Particle Bounce or Capture Search for an Adequate

175. Theory: I Conservation-of-Energy Model for a Simple Collision Process. Aerosol Sei. Tech. 23:25-39.

176. Davies, C. N. 1973. Air Filtration. Academic Press, London, New York.

177. Deryaguin, B. V., V. M. Muller, N. S. Mikhovich, and Y. P. Toporov. 1987.1.fluence of contact electrification on the collision of elastic particles with a rigid surface. J. Colloid Interface Sei. 118 (2):553-563.

178. Desyatkov B.M., Sarmanaev S.R., Borodulin A.I. 1996. Numericalanalytical Model of the Aerosol Transport in a Thermally Stratified Boundary Layer of the Atmosphere. Atmospheric and Oceanic Optics. 6(6): 517-520.

179. Dippel M., Maier A., Gimple V., Wider H., Evenson W. E., Rasera R. L.,

180. Schatz G. 2001. Size-Dependent Melting of Self-Assembled Indium Nanostructures. Phys. Rev. Lett. 87: 095505.

181. Drosten, C., Seifried, E. and Roth, W.K., 2001. TaqMan 5 '- nuclease humanimmunodeficiency virus type IPCR assay with phage-packaged competitive internal control for high-throughput blood donor screening. J. Clin. Micr. 39: 4302 4308

182. Drosten, C., Günther, S., Preiser, W., van der Werf, S., Brodt, H.-R., Becker,

183. H.W. 2003. Identification of a Novel Coronavirus in Patients with Severe Acute Respiratory Syndrome. N. Engl J. Med. 348, 1967 1976.

184. Ellenbecker, M. J., D. Leith and J. M. Price 1980. Impaction and Particle

185. Bounce at High Stokes Numbers. Journal of the Air Pollution Control Association 30: 1224-1227.

186. Florko, A. V., Kozitskii, S. V., Zolotko, A. N. and Golovko, V. V. 1984.

187. Combust. Explos. Shock Waves. 19: 713.

188. Fouchier, R.A.M., Kuiken, T., Schutten, M., van Amerongen, G., van

189. Doornum, G.J.J., van Den Hoogen, B., Peiris, M., Lim, W., Stohr, K. and Osterhaus, A.M.E. 2003. Aetiology: Koch's postulates fulfilled for SARS virus. Nature 423, 240.

190. Fowles, G. and G. Cassidy. 1999. Analytical Mechanics, 6th Ed. Fort Worth:

191. Saunders College Publishing.

192. Friedlander, S. K. 2000. Smoke, Dust and Haze: Fundamentals of Aerosol

193. Dynamics Oxford University Press, New York.

194. Fuchs, N. A. 1964. The Mechanics of Aerosols. Pergamon Press, Oxford,1. UK.

195. Fujinami R.S., Oldstone M.B.A. 1981. Failure to Cleave Measles Virus

196. Fusion Protein in Lymphoid Cells: a Possible Mechanism for Viral Persistence in Lymphocytes. Journal of Experimental Medicine. 154(5): 1489-1499.

197. Fujisawa, T., Austing, D. G., Tokura, Y., Hirayama, Y. and Tarucha, S.2002. Allowed and forbidden transitions in artificial hydrogen and helium atoms. Nature 419: 278.

198. Gallily, I., and V.K. La Mer. 1958. On the behavior of liquid droplets afterimpinging on solid surfaces. Journal of Physical Chemistry 62:1295.

199. Geancoplis, C J. 1972. Mass Transport Phenomena. Holt, Rinehart and1. Winston, New York.

200. Ghiaasiaan, S.M. and Yao, G.F. 1997. A theoretical model for deposition ofaerosols in rising spherical bubbles due to diffusion, convection and inertia. Aerosol Sci. Tech., Vol. 26, pp. 141-153.

201. Gillespie, T., and E. Rideal. 1955. On the Adhesion of Drops and Particleson Impact at Solid Surfaces. Journal of Colloid Science, 10:281-298.

202. Gorny, R.L., Reponen, T., Grinshpun, S.A., and Willeke, K. 2001. Source

203. Strength Testing of Fungal Spore Aerosolization from Moldy Building Materials, Atmos. Environ. 35: 4853-4862.

204. Gould, E.A., and J.C.S Clegg. 1985. Growth, Titration and Purification of

205. Alfa-Viruses and Flaviviruces, p 43-78. In B. W. J. Mahy (ed.), Virology a Practical Approach. Oxford University Press, Oxford.

206. Greenberg, A. E., Clesceri, L. S. and Eaton, A. D. (eds.), 1992. Standard

207. Methods for the Examination of Water and Wastewater. 18th ed. American Public Health Association, Washington, D.C.

208. Greenspan, H.P. 1969. The Theory of Rotating Fluids. Cambridge

209. Monographs on Mechanics and Applied Mathematics. Cambridge University Press

210. Grinshpun, S. A., Willeke, K., Ulevicius, V., Juozaitis, A., Terzieva, S.,

211. Donnelly, J., Stelma, G. N., and Brenner, K. P., 1997. Effect of Impaction, Bounce and Reaerosolization on Collection Efficiency of Impingers. Aerosol Sci. Technol. 26, 326-342.

212. Grinshpun, S.A., Gorny, R.L., Reponen, T., Willeke, K., Trakumas, S., Hall,

213. P., and Dietrich, D.F. 2002. New Method for Assessment of Potential Spore Aerosolization from Contaminated Surfaces, Proceedings of the Sixth International Aerosol Conference (Taipei, Taiwan, September 8-13, 2002; Ed: C.S. Wang), 2: 767-768.

214. Grinshpun, S.A., Buttner, M.P., and Willeke, K. 2005. Sampling of

215. Airborne Microorganisms, in Manual of Environmental Microbiology, 3nd edition, ASM Press, Washington, DC (in print).

216. Guy G.S., Breslin J .J., Breuhaus В., Vivrette S., Smith L.G. 2000.

217. Characterization of Coronavirus Isolated from Diarrheic Foal. Journal of Clinical Microbiology. 38(12): 4523-4526.

218. Гутман JI.H. 1969. Введение в нелинейную теориюмезометеорологических процессов. JL: Гидрометеоиздат.

219. Hamaker, Н. С. 1937. The London-Van der Waals attraction betweenspherical particles. Physica, 4: 1058-1072.

220. Hazelton, P. R. and Gelderblom, H. R. 2003. Electron Microscopy for

221. Rapid Diagnosis of Infectious Agents in Emergent Situations. Emerg. Infect. Dis. 9: 294-303.

222. Henderson, B. and Imbusch, G. F.1989. Optical spectroscopy of inorganicsolids Clarendon Press, Oxford.

223. Henningson, E. W., I. Fangmark, E. Larsson, and L.E. Wikstrom. 1988.

224. Collection Efficiency of Liquid Samplers for Microbiological Aerosols. J. Aerosol Sci. 19: 911-914.

225. Hinds, W. C. 1999. Aerosol Technology: Properties, behavior, andmeasurement of airborne particles. New York: John Wiley and Sons.

226. Ho, J. 2002 Future of Biological Aerosol Detection. Analytica Chimica Acta,457: 125-148.

227. Hogan, C.J., Lee, M-IT, and Biswas, P. 2004. Capture of Viral Particles in

228. Soft X-Ray-Enhanced Corona Systems: Charge Distribution and transport Characteristics, Aerosol Sci. Tech. 38: 475-486.

229. Holland, J. 1975. Adaptation in Natural and Artificial Systems. Ann

230. Arbour: University of Michigan Press. 211

231. Huang S., Dew-Hughes D., Zheng D. N. and Jenkins R. 1996. Supercond.1. Sci. Techol. 9: 368

232. Ilyushechkin A. Y., Yamashita T. and Mackinnon I. D. R. 2002. Re-meltingof Bi-2212/Ag laminated tapes by partial melting process. Physica С, Ъ11\ 362

233. Ilyushechkin A., Agranovski I., Altman I., Rasha N. and Choi M. 2005.

234. Distribution of MgO nanoparticles in Bi-2212/Ag tapes and their effect on the superconducting properties. Supercond. Sci. Tech. 18: 1123-1128.

235. Imbusch G. F., Yen W. M., Schawlow A. L., McCumber D. E., Sturge M. D.1964. Temperature Dependence of the Width and Position of the 2E—»4A2 Fluorescence Lines of Cr3+ and V2+ in MgO. Phys. Rev. 133: A1029-A1034.

236. Imbusch, G. F., Kopelman, R. 1981. In W. M. Yen, P. M. Selzer (Eds.),1.ser Spectroscopy of Solids, Springer-Verlag, Berlin

237. Jankowska, E., Reponen, T., Willeke, K., Grinshpun, S.A. and Choi, K.,2000. Collection of Fungal Spores on Air Filters and Spore Reentrainment from Filters into Air. J. Aerosol Sci. 31, 969-978.

238. Jensen, J.S., Bruun, B. and Gahrn-Hansen, B., 1999. Unexpected crossreaction with Fusobacterium necrophorum in a PCR for detection of mycoplasmas. J. Clin. Micr. 37: 828 829

239. Jensen, P. A., Todd, W. F., Davis G. N. and Scarpino, P. V., 1992.

240. Evaluation of Eight Bioaerosol Samplers Challenged with Aerosols of Free Bacteria. Am. Ind. Hyg. Assoc. J. 53, 660-667.

241. Johnson, K., K. Kendall, and A. D. Roberts. 1971. Surface energy and thecontact of elastic solids. Proc. R. Soc. Lond. A. 324:301-313.

242. Jonas, R., and Schotz. W. 1988. Motion and deposition of particles inexpanding and osculating gas bubbles. J.Aerosol Sci., 19(6):753-765.

243. Juozaitis, A., K. Willeke, S.A. Grinshpun, and J. Donnelly. 1994. Impaction

244. Onto a Glass Slide or Agar Versus Impingement into a Liquid for the Collection and Recovery of Airborne Microorganisms. Appl. Environ. Microbiol. 60: 861- 870.

245. Kalogerakis, N., Paschali, D., Lekaditis, V., Pantidou, A., Eleftheriadis, K.and Lazaridis, M., 2005. Indoor air quality bioaerosol measurements in domestic and office premises. J. Aerosol Sci. 36: 751-761.

246. Kammler H. K., Madler L., Pratsinis S. E. 2001. Flame Synthesis of

247. Nanoparticles. Chem. Eng. Technol. 24: 583-596.

248. Kammler, H. K., Beaucage, G., Kohls, D. J., Agashe, N. and Ilavsky, J.2005. Monitoring simultaneously the growth of nanoparticles and aggregates by in situ ultra-small-angle X-ray scattering. J. Appl. Phys. 97: 054309.

249. Kase J., Togano K., Kumakura H., Dietderich D. R., Irisawa N., Morimoto

250. T., Maeda H. 1990. Jpn. J. Appl. Phys. 29: LI096

251. Kase N., Irisawa T., Morimoto K., Togano H., Kumakura D. R., Dietderich

252. H., Maeda. 1990. Appl. Phys. Lett. 56: 970.

253. Kazin P.E., Jansen M., Larrea A., de La Fuente G. F. and Tretyakov Yu. D.1995. Physica C, 253: 391.

254. Kendal, A. P., Pereira, M. S. and Skehel, J. J., 1982. Concepts andprocedures for laboratory-based influenza surveillance. U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service, Centers for Disease Control, Atlanta, Georgia.

255. Kenny, L.C., Stancliffe, J.D., Crook, B., Stagg, S., Griffith, W.D., Stewart,

256. W. and Futter, S.J., 1998. The adaptation of existing personal inhalable aerosol samplers for bioaerosol sampling. Am. Ind. Hyg. Assoc. J. 59, • 831-841.

257. Kirsch, A. 1978. Increase of pressure drop in a model filter during mistfiltration. J. Colloid Interface Sci. 64(1), 120 125.

258. Kirsch, A. and Stechkina. 1978. The theory of aerosol filtration with fibrousfilters. In Fundamentals of Aerosol Science. (Edited by D.T. Shaw), Wiley, New York.

259. Kiss, L. B., Soderlund J., Niklasson G. A., Granqvist C. G. 1999. New

260. Approach to the Origin of Lognormal Size Distributions of Nanoparticles. Nanotechnology 10: 25-28.

261. Kodas, T. T., Hampden-Smith, M. J. 1999. Aerosol Processing of Materials.1. Wiley, New York.

262. König, E., Kremer, S., 1977. Ligand Field Energy Diagrams. Plenum Press,1. New York.

263. Kruis, F. E, Fissan, H., Peled, A. 1998. Synthesis of Nanoparticles in the

264. Gas Phase for Electronic, Optical and Magnetic Applications A Review. J. Aerosol Sei. 29: 511-535.

265. Kumar, A. and S. Hartland. 1987. Shape of a Drop on a Vertical Fiber. J.

266. Colloid Interface Sei., 124(1): 67-76.

267. Kumar, A. and S. Hartland. 1990. Measurement of Contact angles and

268. Shape of a Drop on a Vertical Fiber. J. Colloid Inteiface Sei. 136(2): 455469.

269. Kuwabara, S. 1959. The forces experienced by randomly distributed parallelcircular cylinders or spheres in viscous flow at small Reynolds numbers. J. Phys. Soc. Japan 14, 527 532.

270. Lacey, J. and Dutkiewicz, J., 1994. Bioaerosols and occupational lungdisease. J. Aerosol Sei., 25, 1371-1404.175. -Laassri, M., Chizhikov, V., Mikheev, M., Shchelkunov, S. and Chumakov,

271. K., 2003. Detection and discrimination of orthopoxviruses using microarrays of immobilized oligonucleotides. J. Virol. Methods. 112, 6778.

272. Landau, L. D. and Lifshitz, E. M. 1977. Statistical Physics. Pergamon,1. Oxford.

273. Lang T., Buhl D., Al-Wakeel S., Schneider D. and Gauckler L. J. 1997.

274. Phase assemblage and morphology during the partial melt processing of Bi-2212 thick films. Physica C, 281: 283

275. Langer, D. and Ibuki, S. 1965. Zero-Phonon Lines and Phonon Coupling in

276. ZnS:Mn.Phys. Rev. 138: A809-A815.

277. Lapa, S.,Mikheev, M., Shchelkunov, S.,Mikhailovich, V., Sobolev, A.,

278. Blinov, V., Babkin, I., Guskov, A., Sokunova, E., Zasedatelev, A., Sandakhchiev, L. and Mirzabekov, A., 2002. Species-Level Identification of Orthopoxviruses with an Oligonucleotide Microchip. J. Clin.1. Microbiol. 40, 753-757.

279. Larkin J. P., Imbush G. F., Dravnieks F. 1973. Optical Absorption in MgO:

280. Cr3+. Phys. Rev. B 7: 495-500.

281. Lee D., Yang S., Choi M. 2001. Controlled Formation of Nanoparticles

282. Utilizing Laser Irradiation in a Flame and their Characteristics. Appl. Phys. Lett. 79: 2459-2461.

283. Lee D. and Choi, M. 2002. Coalescence enhanced synthesis of nanoparticlesto control size, morphology and crystalline phase at high concentrations. J. Aerosol Sci. 33: 1

284. Leger, L and J. Joanny, 1992. Liquid Spreading. Rep. Prog. Phys., 431-486.

285. Li, X., P. F. Dunn and R. M. Brach. 1999. Experimental and Numerical

286. Studies on the Normal Impact of Microspheres with Surfaces. J Aerosol Sci. 30(4): 439-449.

287. Lin, X., Willeke, K., Ulevicius, V., and Grinshpun, S. A., 1997. Effect of

288. Sampling Time on the Collection Efficiency of All-Glass Impingers. Am. Ind. Hyg. Assoc. J. 58, 480-488.

289. Lin, X., T.A. Reponen, K. Willeke, S.A. Grinshpun, K.K. Foarde, and D.S

290. Ensor. 1999. Long-term Sampling of Airborne Bacteria and Fungi into a Nonevaporating Liquid, Atmos. Environ. 33: 4291-4298.

291. Lin, X., Reponen, T. A., Willeke, K., Wang, Z., Grinshpun, S. A., and

292. Trunov, M., 2000. Survival of Airborne Microorganisms During Swirling Aerosol Collection. Aerosol Sci. Technol. 32(3), 184-196.

293. Lipsitch, M., Cohen, T., Cooper, B., Robins, J.M., Ma, S., James, L.,

294. Gopalakrishna, G., Chew, S.K., Tan, C.C., Samore, M.H., Fisman, D. and Murray, M. 2003. Transmission Dynamics and Control of Severe Acute Respiratory Syndrome. Science 300: 1966-1970.

295. Liu, Y., Bierch, B.R. Selker, J.S., Steenhuis, T.S., and Parlange, J.-Y. 1993.

296. High intensity Xray and tensiometer measurements in rapidly changing preferential flow fields. Soil Sci. Soc. Am. J. 57: 1188-1192.

297. Loeffler, F. 1971. Blow-off of particles collected on filter fibers. Filtration

298. Society Conf. London: 28-30.

299. Loeffler, F. 1974. Adhesion probability in fibre filters. Clean Air 8(4): 7578.

300. Low W. 1957. Paramagnetic Resonance Spectrum of Manganese in Cubic

301. MgO and CaF2. Phys. Rev. 105: 793-800.

302. Марчук Г.И. 1977. Методы вычислительной математики. М.: Наука.

303. Марчук Г.И. 1982. Математическое моделирование в проблемеокружающей среды. М.: Наука.

304. Mainelis, G., Grinshpun, S.A., Willeke, К., Reponen, Т., Ulevicius, V. and

305. Hintz, P. 1999. Collection of Airborne Microorganisms by Electrostatic Precipitation, Aerosol Sci. Tech. 30: 127-144.

306. Mainelis, G., Adhikari, A., Willeke, K., Lee, S.-A., Reponen, Т., and

307. Grinshpun, S.A. 2002. Collection of Airborne Microorganisms by a New Electrostatic Precipitator, J. Aerosol Sci. 33: 1417-1432.

308. Mainelis, G., Willeke, K., Adhikari, A., Reponen, Т., and Grinshpun, S.A.2002. Design and Collection Efficiency of a New Electrostatic Precipitator for Bioaerosol Collection, Aerosol Sci. Tech. 36: 1073-1085.

309. Macher, J. 1997. Evaluation of Bioaerosol Sampler Performance. Appl.

310. Occup. andEnvir. Hygiene, 12: 730-736.

311. Macher, J. (ed.) Bioaerosols: Assessment and Control. 1999. American

312. Conference of Governmental Industrial Hygienists, Cincinnati, OH.

313. Macher, J. M., Chatigny, M. A., and Burge, H. A. In Cohen, B. S. and

314. Hering, S.V. (eds.), 1995. Air Sampling Instruments for Evaluation of Atmospheric Contaminants, pp. 279-321. American Conference of Governmental Industrial Hygienists, Cincinnati, OH.

315. Marra, M.A., Jones, S.J.M., Astell, C.R., Holt, R.A., Brooks-Wilson, A,

316. Butterfield, Y.S.N., Khattra, J., Asano, J.K., Barber, S.A., Chan, S.Y., Cloutier, A., Coughlin, S.M., Freeman, D., Girn, N., Griffin, O.L., Leach, S.R., Mayo, M., McDonald, H., Montgomery, S.B., Pandoh, P.K.,

317. Martin, C., Roberts, D., van der Weide, M., Rossau, R., Jannes, G., Smith,

318. T. and Mäher, M., 2000. Development of a PCR-based line probe assay for identification of fungal pathogens. J. Clin. Micr. 38: 3735-3742.

319. Maus, R. and H. Umhauer. 1997. Collection Efficiencies of Coarse and Fine

320. Dust Filter Media for Airborne Biological Particles. J Aerosol Sei. 28(3): 401-415.

321. Mayya Y. S., Holländer W. 1995. Statistical Mechanics of Equilibrium

322. Charging of Metallic Aerosol Particles With Free-Electrons at Elevated Temperatures. J. Aerosol Sei. 26: 1041-1054.

323. McHale, G., Newton, M. and B. Carroll 2001. The Shape and Stability of

324. Small Liquid Drops of Fibers. Oil Gas Sei. Tech. 26(1): 47-54.

325. McLachlan, G.J. 1992. Descriminant Analysis and Statistical Pattern

326. Recognition. New York: John Wiley and Sons.

327. Монин A.C., Яглом A.M. 1965. Статистическая гидромеханика.

328. Механика турбулентности. М.: Наука. Ч. 1.

329. Muilenberg, M.L. and Bürge, H.A. In R.A. Samson, B. Flannigan, M.E.

330. Flannigan, A.P. Verhoeff, O.C.G. Adan and E.S. Hoekstra (eds.), 1994. Health Implications of Fungi in Indoor Environments, p. 75-8. Elsevier, Amsterdam.

331. Mullins, B. J., I. E. Agranovski, and R. D. Braddock. 2003. Particle Bounce

332. During Filtration of Particles on Wet and Dry Filters. Aerosol Sci Tech. 37:1-14.

333. Mullins, B.J., R.D. Braddock, and I.E. Agranovski. 2003. Fibre Wetting

334. Processes in Wet Filtration, in MODSIM 2003. Townsville.

335. Mullins, B., Agranovski, I., Braddock, R., Chi, M. 2004. Effect of Fibre

336. Orientation on Fibre Wetting Processes. Colloid Int. Sci. 269: 449 458.

337. Mullins, B., Braddock, R., Agranovski, I., R.Cropp and R. O'Leary. 2005.

338. Observation and Modelling of Clamshell Droplets on Vertical Fibres Subjected to Gravitational and Drag Forces. Colloid Int. Sci. 284: 245 -254.

339. Mullins, M. E., L. P. Michaels, V. Menon, B. Locke, and M. B. Ranade.1992. Effect of Geometry on Particle Adhesion. Aerosol Sci Tech. 17:105118.

340. Mullins, B., Braddock, R., Agranovski, I., R.Cropp. 2006. Observation and

341. Modelling of Barrel Droplets on Vertical Fibres Subjected to Gravitational and Drag Forces. Colloid Int. Sci. 300: 704-712.

342. Mycock, J., McKenna, J., & Theodore, L. 1995. Handbook of Air Pollution

343. Control Engineering and Technology, Lewis publishers, USA.

344. Myojo, T. 1997. Comparative study of challenge aerosols for performancetest for dust respirators. Industrial Health, 35: 502-507.

345. Neumann, H.-D., Becker, G., Lohmeyer, M. and Mathys, W., 2005.

346. Preventive measures to reduce bioaerosol exposure during refuse collection; results of field studies in the real-life situations. Sci. Tot. Env. 341: 1-13.

347. Nevalainen, A. Bacterial Aerosol in Indoor Air, 1989. PhD dissertation.

348. National Public Health Institute. Kuopio, Finland.

349. Nevalainen, A., Willeke, K., Liebhaber, F., Pastuszka, J., Burge, H., and

350. Henningson, E. In K. Willeke and P. A. Baron (eds.), 1993. Aerosol Measurement: Principles, Techniques and Applications, pp. 471-492. Van

351. Nostrand Reinhold, New York.

352. Ni В., Asayama K. and Kiyuna S. 2002. Relationship between MgOparticles addition and critical current density in Bi-2212 thick film grown on oxidized Ni substrate. Physica C, 372-376: 1868

353. Ni В., Tomishige Y., Xiong J. and Zhao Z. X. 1999. Flux pinning due to

354. MgO particle additions in partial-melting processed Bi-2212 bulk. IEEE Trans. Appl. Superconduct. 9: 2347

355. Ni B. 2003. Physica С 386: 300.

356. Noji N., Zhou W., Glowacki B. A., Oota A. 1993. Physica C, 205: 397

357. Notomi M., Furuta Т., Kamada H., Temmyo J., Tamamura T. 1996.

358. Microscopic Excitation Spectroscopy for Zero-Dimensional Quantized States of Individual InxGai.xAs/AlyGaiyAs Quantum Dots. Phys. Rev. В 53: 15743-15748.

359. Otten, J.A. and Burge, H.A.I999. Viruses. In Macher, J. (ed.) Bioaerosols:

360. Assessment and Control. American Conference of Governmental Industrial Hygienists, Cincinnati, OH, pp. 211 216.

361. Palleroni, N. J. In N.R. Kreig and J.G. Holt (eds.), 1984. Bergey's Manual of

362. Systematic Bacteriology, vol. 1, 165. Williams & Wilkins Co., Baltimore. 221. Partial Differential Equation Tool Box, User's Guide. 1995. The Mathworks Inc., Natick.

363. Пененко B.B., Алоян A.E. 1985. Модели и методы для задач охраныокружающей среды. Новосибирск: Наука.

364. Петрянов, И. и Розенблюм, Н. 1948. О краевых углах малых капель.

365. Доклады Академии Наук СССР LXI(4): 661-664.

366. Pavard S., Villard С., Bourgault D. and Tournier R. 1998. Effect of adding

367. MgO to bulk Bi2212 melt textured in a high magnetic field. Supercond. Sci. Techol. 11: 1359.

368. Pyankov, O., Agranovski, I., Pyankova, O., Mokhonova, E., Mokhonov, V.,

369. Safatov, A. and Khromykh, A. 2006. Using Bioaerosol Personal Samplerin Combination with Real-time PCR Analysis for Rapid Detection of Airborne Viruses; Feasibility Study. Envir. Microbiology, (in press)

370. Reed, L. J. and Muench, H. 1938. A simple method for estimating fiftypercent end points. Am. J. Hyg. 27:493-497.

371. Remy, H. 1936. Sorption of Fogs by Liquids. Tran. Faraday Soc., 32:1185.

372. Reponen, Т., Willeke, К., Ulevicius, V., Reponen, A. and Grinshpun, S.A.,1996. Effect of Relative Humidity on the Aerodynamic Size and Respiratory Deposition of Fungal Spores. Atmos. Environ. 30, 3967-3974.

373. Reponen, Т., Nevalainen, A., Willeke, K., and Grinshpun, S.A. 2001.

374. Biological Particle Sampling, in Aerosol Measurement: Principles, Techniques, and Applications, P.A. Baron and K. Willeke, eds., 2nd edition, Wiley & Sons, New York: 751-777.

375. Rimai, D S, L P Demejo, and R С Bowen. 1994. Mechanics of Particle

376. Adhesion. Journal of Adhesion Science and Technology 8 (11): 13331355.

377. Ryzhikov A.B., Ryabchikova E.I., Sergeev A.N., Tkacheva N.V. 1995.

378. Spread of Venezuelan Equine Encephalitis Virus in Mice Olfactory Tract. Arch. Virol 140: 2243 2254.

379. Садовский, Б.Ф. 1975. Об оценке самоочищающихся фильтров.

380. Промышленная и санитарная очистка газов 3: 14-16.

381. Садовский, Б.Ф. и Петрянов И.В. 1975. Влияние дисперсного состававолокон на эффективность самоочищающихся фильтров предварительной очистки. Промышленная и санитарная очистка газов 6: 4-5.

382. Садовский Б.Ф., Баберкина, Г.И., Розенблюм, Н.Д. и Петрянов, И.В.1972. О миграции жидкости по волокнам при фильтрации туманов. Доклады Академии наук СССР 202(4): 886-888.

383. Садовский Б.Ф., Баберкина, Г.И., Черняева, Г.А. и Петрянов, И.В. 1971.

384. Образование тонких устойчивых слоев жидкости на волокнах при фильтрации туманов. Доклады Академии наук СССР 199(1): 154-155

385. Schifftner, К. С. High efficiency wet scrubbers for particulate and gaspollution control, in Sizing and Selecting Air Pollution Control Systems, (Hesketh, H.E. and Cross, F.L., eds.), Technomic Publishing Co., Lancaster, USA, 1994, pp.51-67.

386. Schifftner, K.C. and Hesketh, H.E. Wet Scrubbers. Technomic Publishing

387. Co.,-Lancaster, USA, 1996.

388. Schmidt-Ott A. 1988. In situ Measurement of the Fractal Dimensionality of

389. Ultrafme Aerosol Particles. Appl. Phys. Lett. 52: 954-956.

390. Shlykov, V., Borodulin, A., Desyatkov, В., and Agranovski, I. 2006.

391. Personal Sampler for monitoring of viable viruses; Modelling of Indoor Sampling Conditions. Aerosol Sci. Tech. (in press).

392. Shoshin, Yu. L. and Altman, I. S. 2002. Quantitative Measurement of Flame

393. Generated Particulate Oxide by Interferometry Technique, in Combustion of Energetic Materials, edited by К. K. Kuo, L. T. De Luca. Begell House, New York.

394. Shumaker, T.M. and Madsen, D.A. 1998. AutoCAD and its applications.

395. Release 14. Goodheart-Willcox Publisher, II, USA.

396. Smagorinsky J. 1963. General Circulation Experiments With the Primitive

397. Equations: 1. The basic experiment. Mon. Weather Rev. 91(2): 99-164.

398. Sneath, P.H.A. In P.H.A. Sheath, N.S. Mair, M.E. Sharpe and J.G. Holteds.), 1986 Burgey's Manual of Systematic Bacteriology, vol.2, 1104. Williams and Wilkins, Baltimore.

399. Soderlund J., Kiss L. В., Niklasson G. A., Granqvist C. G.< 1998. Lognormal

400. Size Distributions in Particle Growth Processes without Coagulation. Phys. Rev. Lett. 80: 2386-2388.

401. Spicer, P. Т., Chaoul, O., Tsantilis, S. and Pratsinis, S. E. 2002. Titaniaformation by TiC14 gas phase oxidation, surface growth and coagulation. J. Aerosol Sci. 33: 17.

402. Steenhuis, T.S. and Parlange, J.Y. 1991. "Preferential Flow in Structuredand Sandy Soils", in Preferential Flow, ed. Gish, T.J. and Shirmohammadi, A. Am. Soc. Ag. Eng., St. Joseph, MI, p. 12-21.

403. Stenhouse, J. I. 1972. The behaviour of fibrous filters in high inertiasystems. Proc. Filtration Soc. in Filtration and Separation.

404. Stewart, S. L., Grinshpun, S. A., Willeke, K., Terzieva, S., Ulevicius, V. and

405. Donnelly. J., 1995. Effect of Impact Stress on Microbial Recovery on an Agar Surface. Appl. Environ. Microbiol. 61: 1232-1239.

406. Tanabe, Y. and Sugano, S. 1954. J. Phys. Soc. Jap. 9: 766.

407. Теверовский E.H., Дмитриев E.C. 1988. Перенос аэрозольных частицтурбулентными потоками. М.: Энергоатомиздат. 160 с.

408. Theodore, L., and Buonicore, A.J. 1988. Air Pollution Control Equipment.1. CRC Press.

409. Theodore, L., & Buonicore, A. ed. 1994. Air Pollution Control Equipment,1. Springer-Verlag, Germany.

410. Tsai, C.-J., D. Y. H. Pui, and B. Y. H. Liu. 1991. Elastic Flattening and

411. Particle Adhesion. Aerosol Sci Tech. 15: 293-255.

412. Tsantilis S. and Pratsinis S. E. 2004. Soft- and Hard-Agglomerate Aerosols

413. Made at High Temperatures. Langmuir 20: 5933-5939.

414. TSI. 2000. DustTrak Aerosol Monitor Operation and service manual. St

415. Paul, MN, TSI Incorporated.

416. Вабищевич П.Н. 1991. Метод фиктивных областей в задачахматематической физики. М: изд-во МГУ.

417. Vajtai R., Wei В. Q., Zhang Z. J., Jung Y., Ramanath G. Ajayan P. M. 2002.

418. Building Carbon Nanotubes and their Smart Architectures. Smart Mater. Struct. 11: 691-698.

419. Вальдберг А.Ю., Исянов JI.M., Яламов Ю.И. 1993. Теоретическиеосновы охраны атмосферного воздуха от загрязнения промышленными аэрозолями. НИИОГАЗ-ФИЛЬТР, Санкт-Петербург.

420. Vemury S. and Pratsinis S. 1995. Self-Preserving Size Distributions of

421. Agglomerates. J. Aerosol Sci. 26: 175-185.

422. Walkenhorst, W. 1974. Investigations on the Degree of Adhesion of Dust

423. Particles. Staub Reinhaltung der Luft 34: 149-153.

424. Walker M. S., Hazelton D. W., Gardner M. Т., Rice J. A., Walker D. G.,

425. Trautwein С. M., Ternullo N. J., Shi X., Weloth J., M. Sokolowski R. S. 1997, IEEE Trans. Appl. Supercond. 7: 889.

426. Wall, S., W. John, H.-C. Wang, and S. Goren. 1990. Measurements of

427. Kinetic Energy Loss for Particles Impacting Surfaces. Aerosol Sci. Tech. 12: 926-946.

428. Walter, M. V., B. Marthi, V.P. Fieland, and L.M. Ganio. 1990. Effect of

429. Aerosolization on Subsequent Bacterial Survival. Appl. Environ. Microbiol. 56: 3468-3472.

430. Wang, H.-C., and W. John. 1987. Comparative Bounce Properties of Particle

431. Materials. Aerosol Sci. Tech. 7 (3):285-299.

432. Wang, H.-C., and G Kasper. 1991. Filtration efficiency on nanometer-sizeaerosol particles. J Aerosol Sci. 22: 31-41.

433. Wang, Z., Reponen, Т., Grinshpun, S.A., Gorny, R.L., and Willeke, K. 2001Г

434. Effect of sampling time and air humidity on the bioefficiency of filter for bioaerosol collection. J Aerosol Sci. 32, 661.328 ^

435. Wang, H.-C. and J. Walter. 198/TComparative Bounce Properties of Particle

436. Materials. Aerosol Sci. Tech. 7(3): 285-299.

437. Wei W., Schwartz J., Goretta K., Balachandran U., Bhargava A., 1998.

438. Effects of nanosize MgO additions to bulk Bi2.1 Sri .7CaCu20x Physica C, 298: 279

439. Whitcombe, J. 1999. Design of air pollution control technology for use inthe removal of fine metallic particles in the galvanising industry, Honors Thesis, Griffith University, Nathan, Australia

440. Willeke, K., X. Lin, and S.A. Grinshpun. 1998. Improved Aerosol

441. Collection by Combined Impaction and Centrifugal Motion. Aerosol Sci. Technol. 28: 439-456.

442. Williams, R. H., E. Ward, and H.A. McCartney. 2001. Methods for1.tegrated Air Sampling and DNA Analysis for Detection of Airborne Fungal Spores. Appl. Environ. Microbiol. 67: 2453-2459.

443. Witschger, O., Willeke, K., Grinshpun, S. A., Aizenberg, V., Smith, J., and

444. Baron, P., 1998. Simplified Method for Testing Personal Aerosol Samplers. J. Aerosol Sci. 29, 855-874.

445. Wooldridge M. S. 1998. Gas-Phase Combustion Synthesis of Particles.

446. Prog. Energy Combust. Sci. 24: 63-87.

447. Xu, M., and K. Willeke. 1993. Technique Development for Particle Bounce

448. Monitoring of Unknown Aerosol Particles. Aerosol Sci. Tech. 18: 129142.

449. Yu-Mei Kuo & Chiu-Sen Wang. 1999. Concentration effect of chromic acidsolutions on the enrichment of Cr (VI) in droplets from bursting bubbles. Aerosol Science and Technology 31: 275-385.

450. Yung-Sung Cheng, Yue Zhou & Bean T. Chen. 1999. Particle deposition ina cast of human oral airways. Aerosol Science and Technology 31: 286-300.