Ocena możliwości wykorzystania aerozolu włóknistego w transporcie i eliminowaniu szkodliwych czynników mikrobiologicznych ze środowiska pracy

Celem projektu było poznanie mechanizmów transportu cząstek biologicznych na cząstkach włóknistych z uwzględnieniem oddziaływań fizycznych (w tym elektrostatycznych) pomiędzy badanymi rodzajami aerozoli oraz opracowanie sposobu oczyszczania powietrza środowiska pracy z wykorzystaniem nowo zaprojektowanego modelu włóknistego ekranu i przetestowanie go w warunkach rzeczywistych na wybranych stanowiskach pracy w przemyśle tekstylnym.

Przeprowadzone podczas realizacji projektu badania oceny liczebności drobnoustrojów transportowanych w powietrzu przez respirabilne cząstki aerozoli włóknistych wykazały,  że pojedyncze włókno jest w stanie przenosić w środowisku znaczącą liczbę żywych mikroorganizmów sięgającą 100 komórek wegetatywnych, przetrwalników lub spor bakteryjnych  i 100 spor lub konidiów grzybowych. Ponieważ wykazano, że włóknami najefektywniej w powietrzu transportującymi cząstki mikrobiologiczne są włókna naturalne, a wśród nich tworzące aerozol włosie konia, te właśnie włókna wykorzystano do modelu „ekranu”, który wspomógłby eliminację cząstek drobnoustrojów z powietrza, a przez to istotnie zmniejszył narażenie pracowników na czynniki mikrobiologiczne występujące na stanowiskach pracy w formie aerozolu biologicznego. Model „ekranu włóknistego” (w trzech wariantach) zbudowany na planie kwadratu o wymiarach 1 m × 1 m składał się maksymalnie z 55 ażurowo umieszczonych frezowanych elementów roboczych. Każdy pojedynczy element roboczy miał prostopadłościenny kształt oprawy wykonanej z drewna bukowego (o wymiarach długość, D × szerokość, S × wysokość, W: 150 mm × 47 mm × 16,5 mm). W prostokątnej stronie pracującej elementu roboczego były 23 otwory o średnicy 4,3 mm, nawłosione naturalnym włosiem końskim o długości części pracującej 30 mm. Elementy robocze w konstrukcji „ekranu” połączono (połączeniem śrubowym dociskowym) po 5 sztuk z listwami z aluminium (o wymiarach D × S × W: 1000 mm × 15 mm × 15 mm) w taki sposób, by możliwe było ich przyłączanie do lub odłączanie od ekranu zarówno pojedynczo (tj. każdy element roboczy osobno), jak i w postaci całych listew (tj. po 5 elementów razem). Każda z 11 listew była u góry i u dołu „ekranu” dodatkowo połączona (połączeniem śrubowym śrubą zwykłą) z listwami z aluminium (wymiary jak wyżej) usztywniającymi cały element konstrukcyjny „ekranu”. Wszystkie elementy robocze były rozmieszczone równomiernie na całej powierzchni „ekranu” w taki sposób, by odległość między nimi wynosiła w zależności od badanego wariantu od 14,3 mm do 27,5 mm (w wariancie  1 z zastosowaniem 18 elementów roboczych), od 4,7 mm do 27,5 mm (w wariancie 2 z zastosowaniem 37 elementów roboczych), od 4,7 mm do 6,25 mm (w wariancie 3 z zastosowaniem maksymalnej liczby 55 elementów roboczych. Taki układ przestrzenny elementów roboczych sprawiał, że nawłosiona część pracująca „ekranu” stanowiła odpowiednio 13%, 26% i 39% całości jego powierzchni. Wszystkie warianty prototypu „ekranu włóknistego” zostały poddane badaniu sprawności wychwytu cząstek w warunkach rzeczywistych w zakładzie pracy produkującym materiały tekstylne. Testy wariantu „ekranu” wybranego pod kątem sprawności wychwytu cząstek w aspekcie wychwytu cząstek aerozoli ziarnistych, w tym i biologicznych, oraz włóknistych w warunkach rzeczywistego narażenia na wybranych stanowiskach pracy przeprowadzono w kolejnych dwóch zakładach przemysłu tekstylnego.

Badania pokazały, że istnieją możliwości opracowania skutecznego sposobu oczyszczania powietrza środowiska pracy z cząstek aerozoli ziarnistych, w tym biologicznych, i włóknistych  z wykorzystaniem włókien naturalnych. Wykazano, że nowo zaprojektowany, zbudowany  i poddany testom „ekran włóknisty” z elementami roboczymi nawłosionymi naturalnym włosiem końskim może być skutecznym narzędziem w eliminacji wszystkich badanych rodzajów aerozoli z powietrza stanowisk pracy w zakładach przemysłu tekstylnego. Koniecznym warunkiem technicznym wydajnej eliminacji cząstek aerozoli ze środowiska pracy w takich zakładach jest stworzenie „ekranu” o ażurowej strukturze z nawłosionych elementów roboczych o odpowiedniej „gęstości” rozmieszczenia. W badaniach przeprowadzonych w ramach 3. etapu projektu wykazano, że duża skuteczność eliminacji cząstek aerozoli ziarnistych i włóknistych (odpowiednio do 31,1% i 23,5%) pojawia się w układzie przestrzennym elementów roboczych „ekranu”, gdy nawłosiona część pracująca stanowi 39% całości jego powierzchni. W przypadku wszystkich badanych rodzajów aerozoli stężenia cząstek generowanych do powietrza pomieszczeń zakładów przemysłu tekstylnego przez pracujące krosna były zawsze istotnie statystycznie większe od tych występujących w powietrzu po zastosowaniu „ekranu włóknistego” wykonanego z elementów roboczych nawłosionych naturalnym włosiem końskim. W obu badanych zakładach ocena ilościowa aerozolu drobnoustrojów zdolnych do wzrostu na odpowiednim podłożu mikrobiologicznym, penetrujących przez strukturę testowanego „ekranu włóknistego”, wykazała, że w przypadku bioaerozolu całkowitego oraz aerozoli bakteryjnego i grzybowego odpowiednio do 62,3% oraz 75,4% i 33,3% cząstek jest zatrzymywanych przez jego elementy robocze. W przypadku aerozoli ziarnistych i włóknistych odsetek cząstek zatrzymanych przez nawłosione elementy robocze „ekranu” wynosi odpowiednio do 9,7% i 50,1%.

Wyniki projektu stanowiły podstawę przygotowania 5 artykułów, 8 referatów na konferencjach naukowych oraz 2 zgłoszeń patentowych na wynalazki.

Projekt II.P.18. Prototyp ekranu włóknistego o konstrukcji ażurowej do eliminowania zanieczyszczeń w postaci aerozoli ze środowiska pracy: a) schemat, b) model

Projekt II.P.18. Sprawność eliminacji cząstek aerozoli przez „ekran włóknisty” o największej sprawności wychwytu cząstek w warunkach rzeczywistych zakładu przemysłu tekstylnego