Oro valymo filtrai, jų rūšys ir veikimo principai

Šiame straipsnyje sužinosite apie filtruojančių elementų tipus, jų charakteristikas ir paskirtį. Rasite atsakymą į klausimą, kodėl norint kokybiškai išvalyti orą, būtina naudoti įvairių filtruojančių elementų derinį ir kaip jie veikia.

Filtravimo sistemose pirmiausia naudojamas grubaus valymo filtras, kuris dar vadinamas pirminiu filtru. Jis skirtas filtruoti stambius teršalus ir daleles, kurios gali greitai užteršti ar pažeisti smulkaus valymo  filtrus. Filtro struktūrą sudaro  rėmas, užpildytas poringu elementu, kurio poros yra gana didelės, gebančios sulaikyti plaukus, dulkes ir dideles daleles. Kai kurios filtrų terpės suspaudžiamos link švaraus oro srauto ir užpildo visą pluošto juostos gylį, kad sugertų dulkes.

Kitas filtravimo etapas, kaip taisyklė, yra HEPA filtravimas. HEPA  iš angliškos santrumpos „High Efficiency Particulate Air“ arba „High Efficiency Particulate Arrestance“  tai labai efektyvus dalelių sulaikymas. HEPA filtras - didelio našumo oro filtrų tipas, kurio pagrindinis tikslas yra pašalinti iš oro smulkias daleles, įskaitant PM2.5 ir PM10 (kurių skersmuo atitinkamai mažesnis nei 2,5 ir 10 mikronų).

Tokio tipo filtrai buvo pradėti naudoti JAV keturiasdešimtajame dešimtmetyje, vystant branduolinį projektą. Jie buvo naudojami radioaktyviosioms dalelėms surinkti branduolinėse įmonėse.

Filtras pagamintas iš ilgo pluoštinės medžiagos lapo (pluošto skersmuo 0,65–6,5 mikronai, atstumas tarp jų 10–40 mikronų), sulankstyto akordeono tipu, taip pat korpusas su elementais, kurie palaiko lapą sulankstytoje būsenoje.

HEPA filtrų efektyvumas vertinamas pagal dalelių skaičių iki 0,06 mikronų viename litre oro, kurios išpučiamos atgal į aplinką orui praėjus filtraciją. Filtrų klasės: HEPA 10 (50000), HEPA 11 (5000), HEPA 12 (500), HEPA 13 (50), HEPA 14 (5).

HEPA filtrai formuojami iš sudėtingos pluošto sistemos. Paprastai naudojami stiklo pluošto pluoštai, kurių skersmuo nuo 0,5 iki 2 mikronų. Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos veikimui, yra pluošto skersmuo ir filtro storis. Oro tarpas tarp HEPA filtro pluoštų yra žymiai didesnis nei 0,3 mikrono.

Mintis, kad filtras veikia kaip sietas, per kurį pro filtrą gali patekti mažesnės nei didžiausios angos, nėra teisinga, kalbant apie HEPA filtrus. Sieto efektas galioja ir HEPA filtrams, tačiau jis vaidina neigiamą vaidmenį, sukeldamas priešlaikinį užteršimą, filtravimo greičio sumažėjimą ir net filtro gedimą. Nepaisant  šio nepageidaujamo efekto, jo išvengti beveik neįmanoma.

HEPA filtrai yra skirti filtruoti mažas daleles. Šios dalelės sugaunamos pluoštais, naudojant šiuos mechanizmus:

1. Išvalymo efektas atsiranda tada, kai oro srauto linija eina arti (pluošto storio atstumu ar arčiau)  filtro pluošto. Dalelės prilimpa prie pluošto.

2. Didelėms dalelėms pasireiškia inercijos (smūgio) efektas. Dėl didelės inercijos, didelio skersmens dalelės nesugeba apeiti sulankstytų pluoštų ir lieka viename iš jų. Dalelės tęsia  judėjimą tiesia linija tol, kol tiesiogiai susiduria su kliūtimi. Šis poveikis sustiprėja mažėjant tarpui tarp pluoštų ir didėjant oro srautui.

3. Difuzijos efektas yra mažiausių dalelių, kurių skersmuo mažesnis kaip 0,1 mikrono, susidūrimas su dujų dalelėmis, po kurių sulėtėja pirmosios, praeinant pro filtrą. Tokios dalelės pradeda tolti nuo oro srauto linijų didesniais atstumais nei jų skersmuo. Toks elgesys yra panašus į Browno judesį ir padidina tikimybę, kad dalelė visiškai sustos veikiant vienam iš aukščiau paminėtų mechanizmų. Esant mažiems oro srautams, šis mechanizmas tampa dominuojančiu.

Difuzijos efektas vyrauja filtruojant daleles, kurių skersmuo yra mažesnis nei 0,1 μm. Dalelėms, kurių skersmuo didesnis nei 0,4 µm, vyrauja išvalymo ir inercijos efektas. 0,2–0,3 µm diapazono dalelės nėra taip efektyviai filtruojamos, jos vadinamos labiausiai įsiskverbiančių dalelių dydžiu (MPPS). Filtro klasę tiksliai nustato būtent MPPS.

Anglies filtrai naudojami ozonui ir įvairiems kenksmingiems lakiesiems organiniams junginiams tokiems kaip benzinas, formaldehidas, toluenas, taip pat alergenams, žiedadulkėms ir tabako dūmams pašalinti.

Anglies filtre oro valymui yra daug mažų aktyvuotos anglies granulių. Anglis yra natūralus sorbentas. Anglies paviršius nelygus, porėtas. Po aktyvavimo, kurio metu anglis kaitinama iki labai aukštos temperatūros, medžio anglies struktūra tampa dar labiau porėta. Tai padidina jos paviršių, nes kiekviena pora padidina efektyvų filtravimo plotą. Vieno gramo aktyvuotos anglies plotas yra apie 500 m2 arba 1/10 futbolo aikštės. Tarpmolekulinė trauka veikia anglies poras, todėl aktyvuota anglis sugeria ir sulaiko kenksmingas medžiagas.

Svarbu, kad be anglies filtrų, oro valytuvuose būtų įrengti ir mechaniniai filtrai (pirminis apdorojimas - sugeriančios dulkes). Jei pirminis filtras nepakankamai gerai sulaiko daleles, jos kaupsis medžio anglies filtro mikroporose. Todėl tai sukels priešlaikinį aktyvuotos anglies prisotinimą ir filtro susidėvėjimą.

Ceolito filtrai, kaip ir anglies filtrai, yra adsorbcijos filtrai, kurie pašalina kenksmingus dujų junginius ir kvapus. Ceolitas yra specialus akytas mineralas, kuriame yra daug tuštumų ir šakotų kanalų, kurie sudaro iki pusės jo tūrio. Tokia struktūra leidžia ceolitui efektyviai absorbuoti įvairių lakiųjų junginių molekules. Skirtingai nuo anglies filtrų, kai kuriuos ceolito filtrus galima plauti vandeniu, todėl šie filtrai yra daugkartinio naudojimo.

Kartais, norint neutralizuoti absorbuotus toksinus, ceolito ir anglies paviršiuje užpilamas katalizatorius (pavyzdžiui, titano oksidas - TiO2), kuris, veikiamas ultravioletinės spinduliuotės, padeda skaidyti kenksmingas medžiagas į paprasčiausius saugius junginius (fotokatalitinis filtras veikia tuo pačiu principu). Norėdami atkurti filtrą su katalizatoriumi, pakanka jį kelioms valandoms laikyti saulės spinduliuose. 

Šaltas katalizinis filtras pagreitina kenksmingų medžiagų skaidymąsi į lengvai absorbuojamus komponentus, oksiduodamas kenksmingus junginius ir medžiagas. Jis veikia kaip katalizatorius be išorės įtakos. Titano oksidas TiO2 paprastai naudojamas kaip katalizatorius oro valymo sistemose. Šaltas katalizinis filtras filtruoja tokius junginius kaip formaldehidas, amoniakas, benzenas, lakiosios organinės medžiagos, vandenilio sulfidas ir kitos kenksmingos dujos, skaidydamos jas į vandenį ir anglies dioksidą.

Fotokatalitinis filtras nuo šaltojo katalizinio filtro skiriasi tuo, kad jame yra ultravioletinė lempa, veikiama fotokatalizės proceso. Fotokatalizė yra cheminės reakcijos pagreitis dėl bendro katalizatoriaus veikimo ir šviesos poveikio. Natūralus fotokatalizės reiškinys yra fotosintezė, kurioje chlorofilas veikia kaip fotokatalizatorius. Fotokatalitiniame filtre kaip fotokatalizatorius naudojamas titano oksidas TiO2, nusėdęs ant oro praleidžiančio katalizatoriaus nešiklio paviršiaus.

 Ultravioletinė spinduliuotė veikia be ozono esančioje ultravioletinių spindulių srityje - A (320–400 nm). Veikiant ultravioletiniams spinduliams, titano oksidas išskiria chemiškai aktyvius deguonies ir hidroksilo grupių junginius, gebančius išvalyti orą nuo mažiausios ir pavojingiausios taršos. Filtro paviršiuje susidarę oksidatoriai veikia molekuliniu lygmeniu - jie pradeda cheminę reakciją su toksiškomis medžiagomis, suskaidydami jas į paprastesnius nekenksmingus elementus - anglies dioksidą ir vandenį.

Vienas iš svarbiausių fotokatalitinio filtro pranašumų yra patogeninių bakterijų ir virusų (gripo, tuberkuliozės, pelėsio ir kt.) Naikinimas, o ne jų kaupimas.

Kartais būna filtrų su pavadinimu  - formaldehido filtras. Toks filtras yra sudėtinis filtras, susidedantis iš anglies ir ceolito filtrų, sujungtų viename korpuse.

Ultravioletinio filtro veikimo principas pagrįstas kvarco lempos ultravioletiniu spinduliavimu, kuris daro žalingą poveikį patogenams. Ultravioletinė spinduliuotė – tai elektromagnetinė spinduliuotė, užimanti matomosios ir rentgeno spinduliuotės spektrinį diapazoną. Ultravioletinės spinduliuotės bangų ilgiai yra nuo 10 iki 400 nm. Baktericidinė ultravioletinė spinduliuotė, kurios bangos ilgis yra 205–315 nm, sukelia mikroorganizmų DNR pokyčius ir lėtina jų dauginimąsi bei išnykimą.

Oro drėkintuvas  pučia  orą per drėgną filtrą (drėkinimo kasetę), todėl oras šiek tiek atšaldomas (iš oro paimama vandens garavimo šiluma) ir sudrėkinama.

Tokių drėkintuvų veikimas labai priklauso nuo santykinės drėgmės (kuo jis didesnis, tuo mažesnis išgaravimo greitis) ir nuo temperatūros (kuo aukštesnė temperatūra, tuo intensyvesnis drėkinimas). Taigi santykinė oro drėgmė automatiškai palaikoma optimaliame lygyje. 

Oro plovimas  skiriasi nuo drėkinimo tuo, kad konstrukcijoje yra naudojamas būgnas sudarytas iš drėkinamų diskų, lėtai besisukančių aplink horizontalią būgno ašį. Viena būgno  dalis  panardinama į vandenį , o kita džiovinama ventiliatoriaus pučiamo oro srauto, taip drėkindama orą. . Jei oro sraute yra dulkių dalelių, tada yra  tikimybė , kad jos prilimpa prie drėgno disko paviršiaus ir vėliau yra nuplaunamos, kai disko segmentas panardinamas į drėkintuvo  vandenį. Taigi oro srautas, išeinantis iš drėkintuvo, yra švaresnis ir drėgnesnis. 

Elektrostatinis filtras skirtas išvalyti orą nuo jame esančių pašalinių dalelių, daugiausia smulkių (dulkių ir aerozolių). Elektrostatiniai filtrai gali efektyviai išvalyti orą net nuo smulkiausių dalelių (dydis nuo 0,01 mikrono), įskaitant suodžius ir tabako dūmus. Šis filtrų tipas kartais vadinamas plazminiu jonizatoriumi.

Paprastai tai būna metalinių plokštelių  rinkinys, tarp kurių įtaisyti metaliniai siūlai. Tarp siūlų ir plokščių sudaromas kelių kilovoltų potencialų skirtumas. Šis potencialų skirtumas sukuria  stiprų elektrinį lauką  tarp siūlų  ir plokščių. Tuo atveju siūlų  paviršiuje įvyksta vainikinė iškrova, kuri kartu su elektriniu lauku sukuria jonų srovę iš siūlų į plokšteles. Kai užterštas patalpos oras srautu paduodamas į tarpą tarp plokštelių ir siūlų, užteršto oro dulkės , praeinančios per filtrą, jonų sraute įgauna elektrinį krūvį (jonizuojasi), vėliau  elektriniame lauke pritraukiamos prie plokštelių ir nusėda ant jų.

Jonizuojantis oro valytuvas arba jonizatorius - įtaisas skirtas   neutralių atomų ar molekulių virsmui jonais. Naudojamas oro valymui ir ore esančių lakių bakterijų aktyvumui slopinti.

Jonizatorių veikimas pagrįstas energijos gaunamos iš jonizuojančiosios spinduliuotės šaltinio ar vainikinės iškrovos,  esant labai aukštai įtampai (keliems tūkstančiams voltų).

Oro valytuvuose naudojami aukštos įtampos jonizatoriai. 

Šio tipo jonizatoriuose tarp smailių elektrodų, gaunama  elektros iškrova ir elektrostatinė emisija, kuri sukuria  jonus arti (aplink)  elektrodųs. 

Idealiu atveju jonizatoriuje turėtų vykti taip vadinama tylioji ar „tamsioji“ iškrova, kurios metu iškrovos adatėlės nešviečia.  Tačiau didėjant įtampai, „tamsi“ iškrova kartais pereina į „vainikinę“ iškrovą - švytint iškrovos adatų galiukams. Susidariusių elektronų ir jonų skaičius šiuo atveju padidėja.

Dulkės, suodžiai, dūmai, augalų žiedadulkės, bakterijos, alergenai ir visos kietos oro dalelės yra įkraunamos veikiant oro jonizatoriui ir yra pritrakiamos teigiamo nusodinimo elektrodo arba jas pritraukia  teigiamas elektrodas patalpoje, t.y. sienos, lubos, grindys, , o tai tikrai yra geriau nei įkvėpti pavojingus teršalus.

Šiuolaikiški oro valymo įrenginiai naudoja filtravimo elementų ir technologijų derinį oro kokybei ir našumui pagerinti, derindami unikalius fizinius ir cheminius procesus, kad Jūs kvėpuotumėte  kokybišką ir švarų ora. Skyriuje "Oro gryninimo sistema" galite susipažinti su geriausiais oro valymo sistemos prietaisais ir išsirinkti  geriausią sprendimą kovai su kenksmingomis emisijomis ir kvapais.