Величина пылевых частиц, поступающих в атмосферный воздух с промышленными выбросами, играет основную роль в их поддержании во взвешенном состоянии, т.е. способности образовывать аэродисперсные системы.
Аэродисперсная система представляет собой дисперсионную среду (воздух), в которой распределено раздробленное вещество (в данном случае пыль). В дисперсном состоянии пыль приобретает ряд особых свойств: а) пылинки тем дольше удерживаются во взвешенном состоянии, чем меньше их размер; б) с увеличением дисперсности резко возрастают удельная поверхность частиц и их поверхностные силы; в) мелкие частицы обладают способностью слипаться и образовывать хлопья; г) частицы адсорбируют на своей поверхности из окружающей среды молекулы, ионы и пары, вызывая их концентрацию; д) благодаря сорбции ионов приобретается электрический заряд, причем частицы и среда получают заряд разного знака; е) аэродисперсные системы сильно рассеивают свет.
Способность мельчайших частиц находиться во взвешенном состоянии объясняется еще их постоянным броуновским движением, ясно видимым с помощью ультрамикроскопа.
От размера частиц дисперсной системы зависят два их важных свойства: а) нахождение во взвешенном состоянии и скорость выпадения; б) степень проникновения в дыхательные органы человека.
Крупные частицы пыли диаметром 10-100 мкм не могут длительно находиться во взвешенном состоянии. Они не способны к диффузии и сравнительно легко оседают с ускорением по закону Ньютона. Такие частицы пыли менее вредны, так как задерживаются преимущественно в верхних дыхательных путях, вызывая явления раздражения и хронического воспаления, но в легочные альвеолы проникают редко. Частицы размером от 10 до 0,1 мкм длительно находятся во взвешенном состоянии, медленно оседают с постоянной скоростью, проникают в глубь легких, задерживаются в альвеолах и тем самым оказывают вредное воздействие на легочную ткань. Но они еще не способны диффундировать, так как масса частиц достаточно велика, чтобы газовые молекулы воздуха своими толчками могли их перемещать. Для частиц такого размера скорость выпадения постоянна, применим закон Стокса:
V= 2r2 (D-d)g
Gŋ
Где V – скорость оседания; D и d –плотность частиц и окружающей их среды (для воздуха); ŋ – динамическая вязкость среды (для воздуха с температурой 200С равна 1,83 х 104 г/(см.с); r- радиус частиц; g –ускорение силы тяжести (равное 9,81).
Мельчайшие частицы диаметром 0,1-0,001 мкм устойчиво взвешены в дисперсной среде и легко проникают в альвеолы легких. Вследствие высокой дисперсности они отличаются резко выраженной активностью и представляют собой опасность для здоровья людей.
Кинетика выпадения частиц такого размера не может быть охарактеризована формулой Стокса, так как их радиус приближается к длине пути газовых молекул. Кеннингам ввел в формулу Стокса поправку, учитывающую особенности выпадения частиц меньше 1 мкм (до 0,1 мкм):
V= 2r2 (D-d) (1+ А I)
Gŋ r
Где I – средняя длина пути молекул газа и А константа
Частички диаметром меньше 0,1 мкм не выпадают, так как скорости, сообщаемые таким частицам ударами газовых молекул, превышают скорости, обусловленные силой тяжести, т.е. они подчиняются броуновскому движению.
По классификации В.А.Рязанова, все аэродисперсные системы (с твердой фазой) делят на аэрозоли (дымы) с величиной частиц менее 0,1 мкм и аэросуспензии с величиной частиц более 0,1 мкм.
Аэрозоли в жидкокапельном состоянии называют туманами.
Морфологически, под микроскопом, промышленная пыль состоит из отдельных частичек разнообразной формы или конгломерата их в виде гроздьев.
Пыль, образующаяся за счет золы топлива (угля), состоит главным образом из алюмосиликатов. Содержание свободной двуокиси кремния (SiO2) составляет 15-20%. Она оказывает широко известное специфически вредное действие на легочную ткань и организм в целом (силикоз). В золе содержатся также окислы железа, кальция и магния.
Содержание пыли в атмосферном воздухе одного и того же населенного пункта различно. Это зависит от характера промышленных предприятий, жилой застройки и озелененных территорий.Так, по данным Научно-исследовательского института гигиены им.Ф.Ф.Эрисмана, в крупном городе среднегодовые концентрации пыли составляли: в дачной местности- 0,01 мг/м3, в жилом районе – 0,12 мг/м3, в центре города – 0,13 мг/м3 и в промышленном районе – 0,15 мг/м3.