Die Funktionsweise der Staubbindeanlage im Detail

Die Bekämpfung des Feinstaubes in den Umgebungen, in welchen Aktivitäten wie das Mahlen von Steinen, Abreißen von Gebäuden in bewohnten und unbewohnten Zonen, und überall dort, wo das Ausstoßen von Staub in die Atmosphäre unterbunden werden soll, soll mit diesem vorgeschlagenen System auf wirksamste Weise gelöst werden. Die Lösung basiert auf dem Prinzip eine klimatisch kontrollierte Zone zu schaffen, mit dem Zweck, Siliziumstaub oder Staub von steiniger Herkunft niederzuhalten, indem eine feuchte Schicht geschaffen wird, ohne die Bildung des Bachphänomens, welche ein Wiederaufwirbeln des Staubes beim Passieren der Schwerfahrzeuge verhindert. Der zweifellose Vorteil eines auf diese Art konzipierten Systems ist vielfach; in erster Linie die Wahrung der Gesundheit der Belegschaft, die mit der Bearbeitung beschäftigt ist und der Nutzer der Zone, aber auch die Wahrung der mechanischen Leistungsfähigkeit der Baustellenmaschinen. Die Stillstände der Maschinen zum Reinigen der Luftfilter, sowie die Schäden an den Antriebsorganen aufgrund der abnormen Abnutzung wegen der Anhäufung von Staub in mechanisch sensiblen Teilen, wie homokinetischen Gelenken, Kugellagern und hydraulischen Kolbenstangen werden auf drastische Weise gesenkt. Die Projektidee entsteht aus der Beobachtung von zwei verschiedenen Phänomenen: Das erste ist, dass auf den Baustellen normalerweise sehr rudimentäre Lösungen verwendet werden (Vergießen von Wasser), um den Grund zu befeuchten. Dies ruft nur für einen sehr kurzen Zeitraum die gewünschte Wirkung hervor, mit sehr niedriger Leistungsfähigkeit (Verhältnis verwendetes Wasser und zu große Oberfläche) und mit der Bildung von Lehmpfützen , welche in bestimmten Zonen der Baustelle nur sehr schwer wieder entfernt werden können. Das zweite ist, dass die Natur, welche sehr viel effizienter ist als die menschlichen Lösungen, die Bekämpfung von Staub auf zweierlei Weise löst: erstens wird das Staubkorn im Inneren eines Wassertropfens eingeschlossen; zweitens ist Wasser unter molekularem Gesichtspunkt als ein elektrischer Dipol zu sehen, welcher Partikel, die feiner als Siliziumpulver sind, anzieht und sich so als echter elektrostatischer Filter verhält. Aus der praktischen und physischen Beobachtung folgt somit, dass ein hydraulisch- elektrostatischer Filter weitaus effizienter ist, als eine Reinigung mit Wassertropfen von beachtlicher Größe.
Es ist außerdem eine weitere Bemerkung physischer Natur in Betracht zu ziehen. Die Wassermoleküle im freien Zustand sind sehr instabil und um ein niedriges Energieniveau zu erreichen (Voraussetzung, zu der alle natürlichen Phänomene neigen), fügen sie sich zu größeren Wassertropfen zusammen, nachdem sie sich jedoch im Inneren ein Staubpartikel einverleibt haben.

Diese Beobachtung ist in der Natur sehr einfach in verschiedenen Phänomenen zu bemerken. In den Zonen mit höherer Verschmutzung regnet es häufiger oder plötzlicher als in jenen weniger verschmutzten, gerade weil die in der Luft als Dampf vorkommenden Wasserpartikel für die Agglomeration das schwebende Staubpartikel verwenden, um sich zu größeren Wassertropfen zusammenzufügen. Dieses Phänomen, auch heterogene Nukleation genannt, ist der Effekt von Koaleszenz von kleinsten Wassertropfen, die nicht schwer genug sind, um die atmosphärische Reibung zu überwinden, um den Fall zu Boden zu beginnen. Das solide Partikel von silikosem oder anderem Material, löslich oder unlöslich, dient als Kondensationskern, um welchen sich die kleinen Wassertropfen sammeln bis sie eine Masser erreicht haben, welche sie niederschlagen lässt und so auch den fremden Kern auf den Boden transportiert. Ein Beispiel ist jenes des roten Regens, der reich an Wüstensand ist. Das System stellt sich in der Natur als äußerst effizient heraus. In der Natur erfolgt die Entfernung von Staub aus der Atmosphäre im Wesentlichen in zwei Arten: als trockener und als feuchter Niederschlag. Der trockene Niederschlag (dry deposition) besteht im direkten Auffangen der Partikel seitens Hindernissen entlang der Stromlinien; die beiden Hauptmechanismen sind die Ablagerung durch Schwerkraft und die Ablagerung durch Aufprall. Im ersten Fall handelt es sich um ein Phänomen, welches hauptsächlich die Partikel von einem Durchmesser von mehr als 10 µm, für kleinere Partikel durchlässig bleibend. Der zweite Mechanismus ist an den Aufprall von mit Partikeln beschwerter Luft an einer Barriere (Vegetation oder Oberfläche reich an Hindernissen) gebunden. Wenn die Trägheit der Partikel zu groß ist, um einer Änderung des Strahlungsflusses zu folgen, kann man die Änderung der Flugbahn nach kleinen Kurvenstrahlen mit Ablagerung der Partikel am Boden beobachten. Das Vorhandensein von Wasser erhöht definitiv die Leistungsfähigkeit der Ablagerungsprozesse (wet deposition). Die Mechanismen, welche das Wasser mit einbeziehen, können die verschiedenen Phasen betreffen, von der Phase der Verdampfung zu jener flüssigen oder festen.

 
Es ist interessant zu beobachten, was in der Natur im Inneren und im Äußeren der Wolke, welche Regen auf den Boden ablässt, passiert. In der folgenden Grafik wird die Wolke schematisch dargestellt und die verschiedenen Prozesse, welche zum Fall der Regentropfen mit Entfernung der Partikel beitragen, dargestellt.
 
Was passiert innerhalb und außerhalb einer Wolke? Die nachstehende Abbildung zeigt eine Wolke und die verschiedenen Prozesse der nassen Deposition (Rainout, Washout, Sweepout, okkulte Deposition).
 
  • Rainout
Die Partikel dienen als Kondensationskern für die Tropfen der Wolke. Einige dieser Tropfen vergrößern ihre Ausmaße bis zum Niederfallen (Ablagerung durch Schwerkraft) auf die Oberfläche als Regentropfen. Die Partikel (Kondensationskern) werden auf diese Weise abgelagert und aus der Atmosphäre ausgewaschen.
 
  • Washout
Ist die Beseitigung der Partikel seitens der Regentropfen, die sich im Vorfeld gebildet haben. Die Partikel werden in einen bereits bestehenden Tropfen eingegliedert; der Unterschied zum Rainout besteht in diesem Fall darin, dass sich bereits ein Tropfen gebildet hat, der ausreichend groß ist, um zu fallen.
 
  • Sweep out
Die Partikel, die sich unterhalb der Wolke befinden, können mit einem Tropfen, der fällt, kollidieren und werden so auf den Boden transportiert. Dieses ist möglicherweise der am wenigsten erfolgreiche Mechanismus. In der Tat, warum werden Insekten wenn es regnet, nicht von der Atmosphäre ausgewaschen? Die Entfernung von Staub mit den herkömmlichen Methoden erfolgt mit dieser Methode, welche auch in der Natur die am wenigsten nutzbringende ist, um die in der Luft vorkommenden Partikel auszuwaschen.
 
  • Okkulte Deposition
Hier bezieht man sich auf die Ablagerung in Verbindung mit Wolken, welche in Kontakt mit dem Boden sind, wie z.B. der Nebel oder die orografischen Wolken. Dieses Konzept ist komplizierter als die anderen drei beschriebenen.
 

Die Einschlagseffizienz ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Partikel eher in eine Oberfläche einschlägt, welche einen Fluss auffängt, als um ein Objekt herum abgeleitet wird. Es hängt stark von der Form ab, wobei ein großes Aerosol eine größere Wahrscheinlichkeit eines Oberflächeneinschlags hat, als kleinere Partikel. Die Einschlagseffizienz der Wassertröpfchen in großen Aerosols ist größer als jene, welche als Kern dienen. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit für die im Aerosol eingefangenen Tropfen. Die Wirksamkeit des “Klebens” ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Objekt, welches auf eine Oberfläche stößt, nicht abprallt und nicht sofort wieder freigegeben wird. Diese Wirksamkeit ist größer in den Tropfen in der Wolke als im Aerosol. Aus diesem Grund haben Wolken, die mit dem Boden in Kontakt treten, einen höheren Ablagerungssatz als kleine Aerosols. Unser Unternehmen kopiert und verbessert dieses natürliche Phänomen. Das Prinzip, Wasser in Tropfenform in die Atmosphäre abzugeben, scheint die beste Lösung zu sein. In der Tat könnte man mit einfachen Bewässerungslanzen die zu behandelnde Zone befeuchten. Bald würde man jedoch folgendes bemerken:

  • Man hätte einen hohen Wasserverbrauch und würde die Bauzone in kurzer Zeit in eine Zone voller Lehm verwandeln und bemerkenswerte Störungen für die Belegschaft und die Bewegung der Mittel verursachen;
  • Das Verhältnis Wasser/behandelte Oberfläche wäre sehr sehr hoch mit schwachen und wenig dauerhaften Ergebnissen;
  • Das System hätte nicht den Effekt des Elektro-hydraulischen Filters, der beschrieben wurde;
  • Die Behandlung der Luft würde auf einem wenig effizienten Abfangsystem basieren.

Der Zweck ist somit, einen effizienten Filter zu kreiren, der so lange wir möglich anhält. Der erste Punkt ist also, Wassertropfen von richtigen Ausmaßen zu erreichen, besser gesagt, das Wasser praktisch in einen schwebenden Dunststatus zu reduzieren. Mit den richtigen Düsen erreicht man Tropfen, welche auch unter 80 µm (der in der Natur vorkommende Nebel besteht aus Tröpfchen mit einem Durchmesser zwischen 10 e 50 µm, während Regentropfen von mehr als 1 mm, bis zu 7 mm im Falle von sehr großen Tropfen) liegen, um den Effekt der Phänomene Rainout und Washout zu maximieren, welche, wie vorhin ausgeführt, die wirksamsten Methoden in der Entfernung von Partikeln aus der Luft sind. Das zweite ist es, eine klimatologisch kontrollierte Zone zu schaffen, welche Wasser in schwebender, wie oben beschriebenen, Form hält, um den Staub zu fangen und auf den Boden zu bringen, ohne Lehmpfützen zu schaffen, und diese Wirkung auf dutzende von Minuten auszudehnen, auch wenn das System abgestellt wurde, was einen sofortigen Effekt auf Strom- und Wasserbrauch hat. Das Vorhandensein von solchen kleinen Tropfen in der Luft hat außerdem einen wohltuenden Effekt für die Belegschaft, wenn die Außentemperaturen hoch sind. Um ein solches System zu erreichen, bräuchte man eine Kanone, wir wollen sie Nebelkanone nennen, welche im Stande ist, Wasser zu vernebeln und es in eine bemerkenswerte Distanz vom Ausgangspunkt zu bringen. Diesen Zweck haben wir mit der Konstruktion einer Laufradkanone mit ausgezeichnetem Erfolg erreicht.

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