Введение
Текущая глобальная ситуация, вызванная пандемией COVID-19, привлекла внимание общественности к возможностям фильтрации вирусных частиц и их носителей с помощью фильтров для улавливания твердых и жидких аэрозолей. Помимо широкодоступных источников, описывающих как использовать фильтры, есть вводящие в заблуждение статьи . В этой статье мы считаем целесообразным обобщить здесь несколько основных концепций и привлечь наше внимание на методе разделения частиц в волокнистом слое, состоящем из фильтрующих волокон.
Мелкие частицы пыли и аэрозолей служат переносчиками микроорганизмов.
Многие методы фильтрации, типы веществ и материалов для удаления частиц пыли и аэрозолей из воздуха были опробованы на протяжении всей истории . Со времен Древнего Рима было известно, что хлопковые простыни защищают дыхательные пути людей от пыли. Позже в медицине было обнаружено, что очень мелкие частицы пыли и аэрозолей также служат переносчиками микроорганизмов по воздуху в целом (это также относится к бактериям и вирусам). Эти организмы впоследствии влияют на здоровье человека потому, что в нормальных условиях они заражают дыхательные пути, при хирургических операциях через хирургическую рану и т. д.
Исследуя методы разделения частиц в волокнистом слое, а также принципами, применяемыми к такому разделению, предлагаем вам международные стандарты для классификации фильтров на следующие группы :
1. Стандартные фильтры.
• крупнозернистый, ранее маркированный G1 - G4, частицы> 10 мкм
• мелкозернистый, ранее обозначался F5 - F9, частицы> 1 мкм
2. Высокоэффективные фильтры для улавливания очень мелкой пыли и аэрозолей, например, для частиц размером <1 мкм
• HEPA (высокоэффективный воздушный фильтр для твердых частиц), также обозначенный H10-H14,
• ULPA (Воздушный фильтр сверхнизкого проникновения), также отмеченный U15 - U17
Капельная инфекция - это передача респираторных патогенов на мелких жидких частицах, находящихся в воздухе, от инфицированного человека к здоровому. Капли образуются не только при чихании и кашле, но и при нормальной речи. Поэтому мы рассмотрим механизм разделения и структуру фильтров HEPA / ULPA, разработанных специально для улавливания мелких аэрозольных частиц.
Фильтры HEPA и ULPA -- устройство, состав, применение
Что касается используемых материалов, для этих фильтров был разработан и испытан ряд фильтрующих материалов для улавливания частиц различных размеров, из которых волокнистые фильтрующие материалы сегодня наиболее широко используются для улавливания очень мелких частиц,
Было обнаружено, что эти фильтры не действуют как «сито» и частицы диаметром 0,15-0,5 мкм проникают через этот фильтр намного сильнее, чем более мелкие частицы (<0,15 мкм) и более крупные частицы (> 0,5 мкм).
Эти фильтры разработаны и испытаны для определения размера частиц, которые они улавливают наихудшим образом, то есть с наибольшим проникновением. А хуже всего поглощаются частицы размером примерно от 0,15 до 0,5 мкм. Однако коэффициент фильтрации HEPA достигает 99,97%, тогда как фильтр ULPA обеспечивает захват до 99,997%. Эти рассуждения приводят нас на мысль о возможной области применения высокоэффективных фильтров.
Механизмы разделения на волокнистой структуре.
Как упоминалось выше, при использовании волокнистых фильтров важно учитывать все физические принципы захвата (отделения) частиц. Общая эффективность фильтров HEPA и UPLA состоит из четырех механизмов:
• Инерционный удар, действительный для частиц (> 1 мкм) и более, когда, когда волокна расположены на определенном расстоянии от них, частицы отделяются от струй воздуха, и инерционно ударяются о поверхность волокна и останавливаются, удерживаясь под действием сил Ван дер Вальса ,которые представляют комбинацию электростатических и капиллярных притяжений.
Кроме того, перехват проявляется из-за вязкости волокна, с учетом близости соседних волокон.
Эффект диффузии - когда очень мелкие частицы (<0,3 мкм) перемещаются в среде (воздухе) под влиянием броуновского движения, они утклоняются от удара по молекулам воздуха и остаются в пространстве фильтра. Вероятность этого эффекта увеличивается с уменьшением размера частиц.
Материалы для производства фильтров (HEPA, ULPA) состоят из пучков волокон - пластик из полиэстера и полиэтилена, или стекла с большой долей полостей.
Для более высоких степеней фильтрации используется смесь стекловолокон в широком диапазоне диаметров, которые специальными методами перерабатываются в неориентированный нетканый материал, в котором волокна трехмерно-разупорядочены. Впоследствии этот фильс подвергается механической, термической и химической обработке и укрепляется специальными процедурами.
Иногда эти фильтры также называют накопительными фильтрами (они задерживают большое количество частиц), глубинными фильтрами или даже волоконными фильтрами. На отделение твердых частиц обычно влияет высота фильтрующего материала. Размер этого носителя определяется в миллиметрах. Таким образом, эффективная площадь фильтра в 40 раз превышает переднее поперечное сечение.
Для обзора мы предлагаем таблицу, в которой сравниваются наиболее важные структурные параметры стандартных фильтров тонкой очистки и фильтров HEPA / ULPA.
Сравнение конструктивных параметров фильтров тонкой очистки и фильтров высокой эффективности
Параметр Фильтры грубой и тонкой очистки HEPA / ULPA фильтры
Средний арифметический диаметр волокон 5–30 мкм 0,1–2 мкм
Толщина фильтрующего слоя 1–30 мм 0,1-1 мм
Объемное наполнение 0,5-4% 2-6%
Длина волокон 10–80 мм 0,1-1 мм
Стандартные условия эксплуатации фильтров HEPA и ULPA.
Характеристики, фракционное разделение, перепад давления, емкость хранения и время между заменами фильтров тесно взаимосвязаны. Начальная потеря давления для этих фильтров обычно составляет от 80 до 250 Па. Конечное падение давления указано производителем (например, около 450 Па), но оно значительно выше, чем падение давления на забитом стандартном фильтре грубой или тонкой очистки. Поэтому заменить, например, фильтр тонкой очистки в приточно-вытяжной установке на новый HEPA-фильтр непросто.
Высокоэффективные фильтры HEPA и ULPA являются аккумулирующими (поглощают твердые частицы) и поэтому не предназначены для регенерации, а должны утилизироваться экологически безопасным способом. Фильтры классифицируются как опасные отходы и должны обрабатываться соответствующим образом - утилизация должна производиться уполномоченной компанией с соответствующими разрешениями.
Факторы, влияющие на время замены фильтра, включают влажность и температуру. Состояние проходящего воздуха оказывает значительное влияние на микробиологический рост на фильтре и, таким образом, влияет на возможность проникновения бактерий. Чтобы фильтр впоследствии не стал источником микроорганизмов, необходимо учитывать условия эксплуатации, качество и регулярное обслуживание.
Заключение.
Во времена повышенного внимания и соблюдения гигиенических требований в отношении вирусных инфекций полезно рассмотреть возможные меры. Использование HEPA-фильтров имеет свои причины и сложившуюся практику. Их установка имеет смысл в системе многоступенчатой фильтрации, в обоснованных случаях. По мнению авторов, сегодняшнему среднестатистическому пользователю нет ничего «лучше», чем пребывание на свежем воздухе.
Однако, если есть другие гигиенические меры, и в связи с этим возникают вопросы пользователей и операторов зданий, мы можем сказать, что использование фильтрации с установленными фильтрами HEPA является одним из беспроблемных и функциональных решений не только в медицинских зданиях. Таким образом, передача инфекций (в частности, SARS-CoV-2) рассматривается американской промышленной ассоциации ASHRAE . Здесь указывается, что передача вирусной инфекции воздушным путем достаточно высока. Таким образом, стоит контролировать воздействие вирусных частиц на человека и активно снижать ее.
В документе перечислены несколько эффективных способов, которые могут дополнять друг друга. настоящее время не существует более эффективных устройств для фильтрации воздуха, чем воздушные системы, содержащие типы фильтров, упомянутых в статье.
Однако существует и другое мнение об использовании фильтров HEPA и ULPA:
современные воздушные фильтры из нановолокна (в их разработке сотрудничают сотрудники Института вентиляции и кондиционирования воздуха) демонстрируют высокие степени сепарации и эффективности, но упомянутые в статье потери давления не только в чистом виде, но особенно при засорении среднего фильтра, показывают в несколько раз более высокие значения, чем представленные фильтры HEPA и ULPA.
С точки зрения энергоемкости здания и, следовательно, направления на низкое энергопотребление на воздушном транспорте, воздушные нанофильтры в настоящее время непригодны. Устранение микроорганизмов в воздухе также возможно с помощью других систем, использующих химическую или физическую стерилизацию воздуха. Они основаны на принципе ионизации, это УФ-излучения и т. д. Эти системы обладают высокой эффективностью уничтожения микроорганизмов, однако частицы аэрозоля не разделяются и в более высоких концентрациях присутствуют у людей, присутствующих во время воздействия.
Исключение составляют циркуляционные устройства с УФ-излучателями, которые люди устанавливают вне зоны воздействия.
С точки зрения, конструкции и работы оборудования для кондиционирования воздуха комбинация так называемой HEPA-фильтрации с УФ-устройством, работающим с циркулирующим воздухом, в таком случае подходит для максимальной эффективности и уничтожения упомянутых бактерий и вирусов.
Однако из практики очевидно, что системы с многоступенчатой фильтрацией воздуха и HEPA- или ULPA-фильтрами обеспечивают полностью безопасную гигиеническую эксплуатацию обслуживаемых территорий с точки зрения микробного и аэрозольного микроклимата.
Если вам понравилась статья, то поставьте, пожалуйста, лайк и подпишитесь на канал,чтобы не пропустить новых публикаций.
Посетите https://vk.com/id509020959 для ознакомлением с анонсами будущих статей.
https://t.me/lectormed Лекции и книги по питанию для простого народа. Изложены лекции проф. Заболотного К.Б., которые научат вас принимать правильные решения и назначать правильную диету.