Untersuchung von Feinstaub

Staub ist ein Partikel in der Luft mit einem Durchmesser von weniger als 1.000 Mikron (1µm).
Es gibt zwei Arten von Staub in der Atmosphäre:

Natürlichen Ursprungs durch den Wind, der die Schlamm- und Sandkörner bewegt (Pollen, Winderosion, Sporen, Gischt aus Natriumchlorid usw.).
Durchmenschliche Aktivitäten verursacht: Industrie, Heizung, Transport, Landwirtschaft (Ernte), etc.

Feinstaub ist ein Staub mit einem Durchmesser von weniger als 1 Mikron.
Sie sind mit Dämpfen, Aerosolen und Rauch vergleichbar.
Aufgrund seiner geringen Größe kann er in Umgebungen schwer zu filtern und zu kontrollieren sein.

Faktoren, die die Ausbreitung von Staub und seine Auswirkungen auf die Umwelt beeinflussen

Die Tendenz von Staub, sich zu verteilen und in der Schwebe zu bleiben, steht in direktem Zusammenhang mit den intrinsischen Eigenschaften der Materialien, wie ihrer Zusammensetzung (Schwemmland, Eruptivmaterial, Kalkstein) und ihrem Feuchtigkeitsgehalt, der je nach der hydrophoben oder hydrophilen Natur des Materials und den Wetterbedingungen variieren kann.
Darüber hinaus kann die Form der Partikel auch ihre Fähigkeit beeinflussen, vom Wind weggetragen zu werden oder sich schnell abzusetzen.
Die vorherrschenden Eigenschaften von Staub sind daher seine Beschaffenheit und seine Größe, ausgedrückt durch die Korngröße.

Die folgende Grafik zeigt die Entfernung, die von Partikeln zurückgelegt wird, die aus einer Höhe von 9 m fallen.

Auswirkungen von Feinstaub auf die Gesundheit und die Umwelt

Die Kontrolle von Feinstaub ist ein wiederkehrendes Problem in der Industrie.
Staub kann Produkte beschädigen, die Qualität beeinträchtigen und zu zusätzlichen Kosten oder Verzögerungen in industriellen Prozessen führen.

Feinstaub ist ein weiteres Problem, sowohl für die Gesundheit als auch für die Umwelt.
Ihre Auswirkungen auf die Gesundheit hängen von ihrer Natur ab : Mineralische Stäube wie Stahl- oder Betonstaub sind schädlicher als organische Stäube.
Mineralische Stäube können die Atemwege und das Herz-Kreislauf-System schädigen, indem sie in die Lunge eindringen und dann in den Blutkreislauf gelangen.

Mitarbeiter in der Industrie, die täglich hohen Dosen von Feinstaub in der Luft ausgesetzt sind, neigen eher zu Atemproblemen, Reizungen und schweren Krankheiten wie Lungenkrebs.
Aus ökologischer Sicht verschmutzt der Staub, der über weite Strecken transportiert wird, Böden , Gewässer und Vegetation.

Um den Feinstaub in der Luft zu begrenzen, wurden Vorschriften und Normen eingeführt.
Die Grenzwerte für Feinstaub mit einem Durchmesser von weniger als 10 Mikron(PM10) betragen 40 µg/m3 im Jahresdurchschnitt und die Grenzwerte für Feinstaub mit einem Durchmesser von weniger als 2,5 Mikron(PM2.5) betragen 25 µg/m3 über das Jahr.

Woher kommt der Feinstaub?

Feinstaub kann in vielen Industriezweigen auftreten, da die verschiedenen Aktivitäten Partikel in der Luft erzeugen:

Holzindustrie: Sägen, Schleifen, Hobeln, Schneiden
Metallindustrie: Schleifen, Polieren, Laserschneiden, Schweißen, Metallgießen.
Chemische Industrie: Mischen, Mahlen, Sieben, Trocknen, Pulverisieren von Produkten.
Papier- und Druckindustrie: Schneiden, Mahlen, Sprühen von Tinte, Papierhandhabung.
Lebensmittelindustrie: Mahlen, Rühren, Kochen, Mahlen, Verpacken von Lebensmitteln.
Bauindustrie: Abriss, Bohren, Schleifen, Schneiden, Brechen.
Bergbau: Bergbau, Brechen, Mahlen, Sieben.

Diese Stäube können Kohle, Quarz, Blei, Holz, Eisen, Aluminium, Kupfer, Zink, Nickel usw. enthalten.

Je höher die Produktion, desto mehr Staub wird freigesetzt.
Zweitens kann es einen Einfluss des Produktionsniveaus auf die Staubkonzentrationen geben, die über verschiedene Zeiträume gemessen werden.
Daher müssen im Industriesektor geeignete Kontroll- und Präventionsmaßnahmen ergriffen werden, um die Bildung und Verteilung von Feinstaub zu begrenzen.

Eine beträchtliche Menge an Staub stammt aus dem Industriesektor, aber es gibt verschiedene Quellen.
Die Luft enthält von Natur aus Schwebeteilchen, die als Aerosole (Erosion) bezeichnet werden, ergänzt durch Feinstaub aus anderen menschlichen Aktivitäten (Verbrennungsstaub, Verkehrsstaub…), die ein Hintergrundrauschen bilden.

Faktoren, die die Verteilung des Staubs beeinflussen

Bestimmte Feinstäube gelangen mit größerer Wahrscheinlichkeit in die Umgebungsluft.
Ihre Emission hängt von mehreren Faktoren ab:

Die Korngröße des Staubs: Je kleiner der Durchmesser der Partikel, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie in der Luft aufgewirbelt werden und desto länger bleiben sie dort.
Die Form des Staubs: Ein flacher Partikel braucht länger, um auf den Boden zu fallen als ein kugelförmiger Partikel (analog zu einem Blatt, das sich langsam auf den Boden legt).
Der Luftdurchmesser hat einen großen Einfluss auf die Fallgeschwindigkeit des Partikels.
Die Eigenschaften des Produkts: Je trockener es ist, desto eher diffundiert es in die Luft (z.B. bei einer Kompression).
Wetterbedingungen: Wind, Trockenheit und Niederschlag spielen eine wichtige Rolle bei der Staubentwicklung am Standort.

Die ungünstigsten Bedingungen für die Ausbreitung von Staub sind flaches Gelände, keine Vegetation, geringe Luftfeuchtigkeit und Niederschläge sowie starker Wind.

CFD-Simulation von Feinstaub

Die CFD-Simulation ermöglicht eine genaueUntersuchung der Aeraulik und erlaubt es, den Staub in der Luft und seine Ausbreitung im Raum sowie seine Interaktion mit Strukturen und Systemen zu verfolgen.
Es ist daher möglich, die Bewegung von Staub mit Hilfe dieses Zweiges der CFD-Technik vorherzusagen und geeignete Systeme zu entwickeln, um die Staubmenge in einer Umgebung zu begrenzen.

Wir führen CFD-Dimensionierungsstudien aufFabrik- oderSystemebene durch.
Unsere Studien ermöglichen die Untersuchung von Designvarianten, die eineoptimale Staubabscheidung ermöglichen und so die Ausbreitungvon Staub in der Luft einschränken.
Die Simulation der Staubausbreitung ist eine spezielle Disziplin der CFD, die sich mit den physikalischen Eigenschaften der Bewegung von Feinstaub oder Aerosolen befasst.
Sie ermöglicht es, das Verhalten von Luft und Partikeln zu modellieren, um dann ihre Verteilung im untersuchten Raum vorherzusagen.
Mit Hilfe von CFD ist es auch möglich, die Zeit zu bestimmen, die benötigt wird, um die Ausbreitung von Staub zu begrenzen.
Dies ermöglicht es, die Risiken für das Personal und die Produktion durch geeignete Lösungen zu minimieren.

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Wir führen interne Studien in Gebäuden oder Fabriken durch, aber auch externe Studien auf der Ebene einer Stadt, eines Ballungsraums, eines Hafens etc.
Auch die Untersuchung von Luftströmungsphänomenen in einem bestimmten Prozess ist möglich.

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Zu diesem Zweck können wir Messkampagnen vor Ort durchführen, um Messungen der Staubemissionen zu erhalten.
Diese Voruntersuchungen ermöglichen es uns, den Partikelgehalt in der Luft zu überprüfen und somit die Luftqualität am Standort zu bestimmen.
Anschließend kann eine multikriterielle Dimensionierung von Staubabscheidungssystemen durchgeführt werden: