Система фильтрации воздуха мхом

В статье авторы попытаются рассказать об актуальности проблемы ненадлежащего состояния воздуха и пути её решения.

Ключевые слова: пыль, мох, фильтрация, автоматизация.

Загрязнение воздуха — глобальная проблема современного мира, которая беспокоит многих. От качества воздуха зависит масса вещей, начиная от длительности жизни маленьких насекомых, заканчивая здоровьем и продолжительностью жизни человека. Зачастую в помещениях воздух находится не совсем в удовлетворительном состоянии, множество пыли, которую мы не видим, лёгкие крупинки мусора и многое другое преобладает в воздухе, хотя на первый взгляд кажется, что он кристально чист. Для примера приведём среднее ежегодное значение: в обычной трехкомнатной квартире образуется примерно до 40 килограммов пыли. Учитывая, что человек ежедневно вдыхает около 12 тысяч литров воздуха, в одном литре которого содержится до 500 тысяч пылинок, то количество пыли, поступающей в наши дыхательные пути просто огромно.

Нами была поставлена цель: придумать идею для снижения количества пыли в воздухе жилых, коммерческих помещений, объектах здравоохранения, образования и тому подобное, и реализовать её.

Мы поставили себе задачи в рамках проекта: создать систему, которая могла бы автономно, не затратно, делать воздух в помещениях чистым и комфортным для нахождения человека в нём. На данный момент наша работа идёт над программированием умного контроллера и грамотной сборкой системы, для наиболее хорошего результата очистки.

Мох сфагнум

Сфагнум — болотный мох, впитывает воду всем телом. Для него характерны особые водозапасающие клетки на листьях и стебле (прозрачные, мёртвые, полые с отверстиями); клеточная стенка укреплена утолщениями. Водозапасающие клетки окружены более мелкими зелёными фотосинтезирующими клетками, которые объединены в единую сеть. Имеются ножка и коробочка со спорами. В воздушно-сухом состоянии сфагновые мхи способны поглотить воды примерно в 20 раз больше собственной массы, что в 4 раза превосходит возможности гигроскопической ваты. Для нашего проекта это полезно тем, что сфагнум будет поддерживать комфортную влажность воздуха, поглощая излишнюю влагу, когда в помещении сыро, и возвращая влагу, когда воздух сухой. Именно за эту свою способность мох получил свое название: «сфагнос» — это «губка» по-гречески.

Сфагнум обладает антибактериальными свойствами. Они объясняются наличием в нем сфагновых кислот — сильных антисептиков. Сфагнум дезинфицирует воздух и почву, препятствуя распространению заболеваний человека и растений. Он создает кислую среду, препятствующую деятельности многих микроорганизмов. Итак, мох сфагнум поглощает углекислый газ и загрязняющие вещества из воздуха помещения, поддерживает постоянную влажность, препятствует распространению заболеваний, а также выделяет кислород, как и другие растения, в процессе фотосинтеза.

Другое применения мха:

1) В медицине:

– торфот.

2) В цветоводстве:

– используется для создания влажных экосистем.

3) В торфообразовании:

– сфагнум разрастается верхней частью, при этом стебли растения ежегодно постепенно отмирают, образуя значительный слой торфа.

4) Биологические индикаторы:

– мох сфагнум аккумулирует тяжёлые металлы, оксиды серы, азота и другие вещества.

Свойства задерживать пыль, в процессе поглощая её и аккумулировать тяжёлые металлы мы будем использовать для очищения воздуха в помещениях.

Система фильтрации воздуха благодаря мху сфагнум оснащается «умным» контроллером на базе платы Arduino, который в свою очередь делает работу системы бесперебойной и полностью автономной, он же отвечает за все процессы и показатели. Контроллер является довольно универсальным, может использоваться не только в нашей установке, но и в теплицах, обеспечивая контроль и полив растений, облегчая труд человека.

Рис. 2. Прототип нашей системы фильтрации воздуха с живым фильтром и «умным» контроллером на корпусе

Система выполняет 4 функции:

1. Очистка воздуха от крупной и мелкой пыли.
2. Поддержание комфортной влажности воздуха в помещении.
3. Обеззараживания помещения.
4. Выработка кислорода.

Работа нашей системы складывается из нескольких этапов:

Первый этап очистки воздуха — это попадание воздуха из помещения с помощью вентилятора в нашу систему. Небольшие вентиляторы в нашей системе создают определённую настраиваемую небольшую тягу воздуха, достаточную для его фильтрации в системе.

Вторым этапом является начало процесса фильтрации воздуха мхом. Благодаря расположению мха в несколько уровней в системе фильтрации будет происходить тщательнее. С точки зрения науки фильтрация воздуха в нашей системе довольно занимательна, по сравнению с аналогами на бумажных и тканевых фильтрах, которые в разы больше требуют энергии, в разы больше стоят и требуют хотя бы ежемесячного обслуживания в виде их чистки, чего наша система не требует.

И заключающим третьим этапом становитсявыход чистого и комфортного воздуха с помощью второго вентилятора. Казалось бы, довольно немудрёные процессы, всё предельно просто и действенно. Ведь наша система за час пропускает через себя 70 куб. м. воздуха (в зависимости от скорости вращения вентиляторов). Мы провели эксперимент, выяснили, что с такой пропускной способностью половина крупной и мелкой пыли, попадающей с воздухом в систему, ликвидируется из помещения за один проход воздуха, а оставшаяся часть, то есть 50 % устранится, снова попав в систему спустя некоторое время, так как работа нашей системы предусмотрена на постоянной основе, без отключений. Таким образом в помещении воздух будет очищаться, постоянно создавая благоприятные условия для нахождения в помещении людей, а также животных.

Рис. 4. Схематический рисунок системы фильтрации воздуха мхом

Дальнейшее развитие проекта

При поддержке Красноярского краевого фонда науки в рамках Межрегионального конкурса юных техников-изобретателей Енисейской Сибири мы планируем: разработать современный дизайн конструкции и сделать более эффективное увлажнение, реализовать нашу систему на более качественных материалах. Для этого потребуются ресурсы: для дизайна — пластик, оргстекло, для эффективного увлажнения потребуется совершенствование полива, установки распыления воды мелкими частицами.

Провести долгосрочные исследования по эффективности работы установки. Систему можно использовать в качестве наглядного пособия очистки воздуха, например, для школьников и дошкольников. Думаем над созданием данных систем в масштабах производства, так как считаем, что иметь такую систему в квартирах, в офисах, объектах образования и т. п., будет очень полезно, в первую очередь, для поддержания здоровья человека, на что мы и делаем большой упор. Впоследствии будем работать над тем, чтобы наша система, в том числе и умный контроллер, стали более универсальны для использования в разных сферах, а именно реализуем возможность настройки системы и управления ею с телефона. Например, снизить обороты вентиляторов, не изменяя программу контроллера, а всего лишь введя значение с телефона и тому подобное.

Литература:

1. Проект «Оценка степени запыленности отдельных комнат своих квартир». https://infourok.ru/proekt-ocenka-stepeni-zapylennosti-otdelnyh-komnat-svoih-kvartir-6811568.html

2. Сфагнум — Википедия. https://ru.wikipedia.org/wiki/Сфагнум
3. Сфагнум: лекарственное растение, применение, отзывы, полезные свойства, противопоказания. https://lektrava.ru/encyclopedia/sfagnum/
4. Мхи индикаторы. Мохообразные как биологические индикаторы. https://pdoshka.ru/hood/mhi-indikatory-mohoobraznye-kak-biologicheskie-indikatory-i-1/
5. Тканевые фильтры воздуха. https://studfile.net/preview/9366235/page:21/