1.1.4.    Ионизация воздуха

Аэроионизация является одним из важных факторов воздействия окружающей среды на живые организмы, на состояние их здоровья как в условиях открытой атмосферы, так и при нахождении человека и животных в замкнутых помещениях.

Воздух является наиболее активной компонентой взаимодействия организмов с окружающей средой через механизм газового обмена. Вместе с последним происходит обмен электрическими зарядами, которые переносятся ионами газов, заряженными молекулами или аэрозольными частицами.

Ионизация воздуха — процесс превращения нейтральных атомов и молекул газов и других компонентов воздушной среды в ионы — электрически заряженные частицы, несущие положительный или отрицательный заряд ( рис. 1.1.4.1).

 

Рис. 1.1.4.1. Процесс ионизации

Ионы в воздухе могут образовываться вследствие как естественной, так и искусственной ионизации. Естественная ионизация происходит повсеместно в результате постоянного воздействия различного вида излучений (космического, ультрафиолетового, ионизирующего) и атмосферного электричества.

Искусственная ионизация воздуха создается в результате деятельности человека и может быть нежелательной, как продукт тех или иных технологических процессов, либо целенаправленно создаваемой, например, при помощи аэроионизаторов для компенсации аэроионной недостаточности или для лечебных целей.

Очевидно, что для реализации этой цели требуются соответствующие средства измерений и контроля параметров ионизации. Физическими характеристиками ионов являются их электрическая подвижность и заряд (положительной или отрицательной полярности).

Подвижность иона — это отношение средней скорости его дрейфа в направлении электрического поля к напряженности последнего. Подвижность обычно выражается в см² /(с × В). По значениям подвижности ионы воздуха делятся условно на два диапазона: легкие ионы и остальные ионы, характеризующиеся меньшей подвижностью.

Легкие ионы — это ионы, у которых носителями заряда являются атомы, молекулы и комплексы молекул (т.е. собственно аэроионы). Граница подвижностей, отделяющая диапазон легких ионов от остальных, по данным разных авторов, составляет (0,5±0,3)см²/(с × В).

К остальным ионам относятся: средние, тяжелые, ионы Ланжевена и ультратяжелые (иногда в литературе они называются «псевдоаэроионами», т.к. у них носителями заряда являются высокодисперсные аэрозольные частицы, в том числе и микроорганизмы).

Средние, тяжелые и ионы Ланжевена имеют границы диапазонов подвижности, соответственно: 0,5—0,01, 0,01—0,001, 0,001—0,0002 см² /(с × В), а подвижность ультратяжелых аэроионов - менее 0,0002 см² /(с × В).

Очевидно, что наряду с возникновением аэроионов происходит их непрерывное исчезновение — деионизация воздуха. Факторами, определяющими деионизацию, являются:

• рекомбинация легких аэроионов разных полярностей;
• взаимодействие их с аэрозольными частицами и с различными предметами (в помещении);
• осаждение и рекомбинация на различных фильтрах и в системах очистки воздуха.

Основной величиной, характеризующей ионизованность воздуха, является полярная объемная плотность электрического заряда (ПОПЭЗ), равная количеству электрического заряда ионов положительной или отрицательной полярности в единице объема воздуха.

ПОПЭЗ в Международной системе единиц (СИ) выражается в единицах Кл/м³. 1 Кл/м³ — это очень большая величина. На практике удобнее использовать дольную единицу 1 пКл/м³ = 10^-12 Кл/м³. Ранее для измерений ПОПЭЗ традиционно использовалась внесистемная единица измерения: 1 элементарный заряд, содержащийся в 1 см³ воздуха: 1 эл. зар. / см³ = 0,16 пКл/м³.

Для легких ионов ПОПЭЗ, выраженная в единицах эл. зар./см³, численно совпадает с их счетной концентрацией (числом ионов в единице объема, выражаемой в см³). Для других ионов это не соблюдается, так как заряд иона может быть более 1 эл. зар.

Нормируемыми параметрами ионизированности воздуха являются:

• р — концентрация легких ионов (количество в 1 см³ воздуха);
• П — показатель полярности, равный отношению разности концентраций положительных р⁺ и отрицательных р^- легких ионов к их сумме.

Показатель полярности может изменяться от минус 1 до плюс 1. При равенстве количества положительных и отрицательных ионов показатель полярности равен нулю. Часто удобнее вместо показателя полярности применять коэффициент униполярности — У, равный отношению концентрации положительных аэроионов к концентрации аэроионов противоположной полярности.

Влияние аэроионов на живые организмы многосторонне. При недостаточной и избыточной концентрациях аэроионов оно может быть неблагоприятным, а при оптимальных концентрациях ионов отрицательной полярности — стимулирующим. Зонами, воспринимающими аэроионы в организме, являются органы дыхания и кожа.

Основными механизмами ответных реакций организма на воздействие аэроионов являются нервно-рефлекторный, электрогуморалъный, адаптационный и катализирующий.

Нервно-рефлекторный механизм проявляется в воздействии аэроионов на нервные центры, изменении их функционального состояния и далее через них — воздействии на весь организм. Первичным звеном воздействия аэроионов через органы дыхания является мембрана рецепторов рефлексогенной зоны верхних дыхательных путей.

Электрогуморальный механизм, т.е. обмен электрическими зарядами под влиянием аэроионов через органы дыхания, происходит в следующей последовательности: аэроионы воздуха — альвеолы легких — венозная кровь— артериальная кровь— ткани— венозная кровь — ионы выдыхаемого воздуха, т.е. этот обмен идет в двух направлениях. При вдыхании происходит легочный электрообмен — перенос заряда через альвеолы легких от вдыхаемого воздуха к венозной крови и тканевый обмен через стенки капилляров между артериальной кровью и клетками органов, в том числе мозга.

Положительные аэроионы увеличивают содержание серотонина в слизистой оболочке дыхательных путей, крови и тканях за счет его выхода из тканевых депо. Отрицательные аэроионы снижают содержания серотонина в тканях, ускоряя его ферментативное расщепление. Широкий спектр действия серотонина, как биологически активного вещества, приводит к многостороннему воздействию ионизированного воздуха на организм.

Кроме того, аэроионизация, как один из элементов эволюционного экологического развития человека, влияет на защитно-приспособительные реакции (адаптационный механизм) организма.

В местностях с чистым воздухом в 1см³ находится в среднем 1000 легких ионов (в горах до 3000). В городах с загрязненной атмосферой их число уменьшается до 400 -100 в 1 см³.

В настоящее время нормированы параметры только легких ионов. Подход, применяемый к нормированию оптимальных концентраций легких ионов, основан на том, что для нормального функционирования организма необходимо обеспечить нужное количество заряда, которое вдыхается за сутки в естественных условиях.

Профилактической и гигиенической считается концентрация легких ионов от 103 до 104 в см³, соответствующая их содержанию в чистом воздухе.

Для нормализации (коррекции) аэроионного состава воздуха помещений для животных необходима хорошо работающая система вентиляции, а также приборы для аэроионизации воздуха. Компенсацию аэроионной недостаточности нельзя проводить в сильно запыленных помещениях.

Аэроионизацию животноводческих помещений чаще проводят с помощью коронно-разрядных ионизаторов типа люстр Чижевского, антенного ионизатора системы НИЛ, аэроионизаторов ЛВИ, АФ-2 и АФ-3, радиоизотопных ионизаторов и др.

Для профилактики заболеваний и повышения продуктивности животных и птиц рекомендуют следующие концентрации легких отрицательных ионов и оптимальные режимы ионизации:

• в профилакториях для телят ежедневно по 6-8 ч — 200-250 тыс. ионов/см³;
• в коровниках в течение 15-20 дней по 5-8 ч в сутки (концентрация ионов та же);
• в помещениях для быков-производителей ежедневно в течение двух месяцев по 8-10 ч в сутки (концентрация ионов та же). После каждого периода ионизации для крупного рогатого скота (КРС) делают перерыв на 20-30 дней;
• в помещениях для поросят-сосунов — 300-400 тыс. ионов/см³;
• для поросят-отъемышей — концентрация та же;
• для свиней — 400-500 тыс. ионов/см³;

Аэроионизацию проводят в течение 3-4 недель по два получасовых сеанса в сутки. Сеансы аэроионизации для свиней повторяют через один месяц; в птичниках для выращивания цыплят яичных пород до 60-суточного возраста — 25 тыс. ионов/см³; продолжительность сеанса в сутки 1-3 ч с перерывом 1 ч. Через каждые 5 дней проводят ионизацию с перерывом 5 дней; в помещениях для кур-несушек — 10-25 тыс. ионов/см³. Ионизацию проводят по 4-8 ч в сутки в течение месяца с паузами той же продолжительности.

При проектировании и строительстве помещений для животных наряду с системами вентиляции и обогрева (например, локального для поросят) следует предусматривать монтаж ионизационных установок.

Основным методом измерения ПОПЭЗ аэроионов является аспирационный метод. На этом методе основана работа практически всех аэроионометрических приборов — счетчиков, спектрометров, анализаторов аэроионов и измерителей электропроводности воздуха.

Концентрацию аэроионов в помещениях для животных можно измерять переносными или портативными счетчиками легких ионов, например, АСИ-2, АИ-1, Сапфир-ЗК, МАС-01.

1.1.4.    Ионизация воздуха