Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Микрофлора воздуха делится на резидентную и временную. Первая обнаруживается часто и повсеместно, вторая - значительно реже, так как не обладает стойкостью в отношении действия различных факторов. В составе резидентной микрофлоры, формирующейся за счет почвенных микроорганизмов, - микрококки, сарцины, бациллы, актиномицеты, плесневые грибы. Временная микрофлора воздуха также может сформироваться из почвенных микроорганизмов и из микроорганизмов, поступающих в воздух с поверхности водоемов. Контаминация воздуха патогенными микроорганизмами происходит в основном капельным путем за счет кашля, чихания, разговора, благодаря чему образуются взвешенные в воздухе аэрозольные частицы. Размер образовавшихся аэрозольных частиц различен (от 10-100 до 2000 нм). В зависимости от размера капель, их электрического заряда, скорости движения аэрозольные частицы делятся на капельную и пылевую фазы и капельные ядрышки.

Капельная фаза. Представляет собой мелкие капли, длительно сохраняющиеся в воздухе и испаряющиеся до оседания.

Пылевая фаза. Состоит из крупных, быстро оседающих и испаряющихся капель, благодаря чему образуется пыль, поднимающаяся в воздух.

Капельные ядрышки. Это мелкие капли (до 100 нм), которые, высыхая, остаются в воздухе во взвешенном состоянии и образуют устойчивую аэродисперсионную систему, в которой частично сохраняется влага, поддерживающая жизнеспособность микроорганизмов воздуха.

Наибольшую опасность представляют микроорганизмы, заключенные в мелких аэрозольных частицах (капельных ядрышках), так как они способны глубоко проникать в дистальные отделы легких - альвеолы. В то же время более крупные частицы аэрозоля оседают в носовой полости и вместе со слизью выделяются во внешнюю среду.

Мониторинг атмосферного воздуха включает контроль физико-химических и биологических свойств воздуха, отражающих степень его соответствия гигиеническим и экологическим нормативам. Мониторинг атмосферного воздуха направлен на получение данных, характеризующих его экологическое и гигиеническое состояние.

Экологический норматив качества атмосферного воздуха - критерий, отражающий предельно допустимое максимальное содержание загрязняющих веществ, при котором отсутствует вредное воздействие на окружающую среду.

Гигиенический норматив качества атмосферного воздуха - критерий, отражающий максимальное содержание неблагоприятных факторов, при котором отсутствует вредное воздействие на здоровье человека.

Цели очистки воздуха

Воздух производственных помещений может быть атмосферным (без предварительной очистки) и вентиляционным (через систему воздухоподготовки).

Воздух производственных помещений - один из основных наиболее значительных потенциальных источников загрязнения лекарственных средств, поэтому его очистка является одним из ключевых вопросов технологической гигиены. Уровень чистоты воздуха, находящегося в помещениях, определяется классом чистоты помещения.

Стерилизацию воздуха используют:

- для создания воздушной среды в помещении высокого уровня чистоты,

- для подачи стерилизованных жидкостей (стерилизованный, сжатый, транспортный),

- для аэрирования при культивировании микроорганизмов и культур клеток в биотехнологических производствах.

Причины попадания микроорганизмов с воздухом

1) первичная контаминация атмосферного воздуха;

2) неудовлетворительная подготовка к работе из-за отсутствия системы воздухоподготовки, неэффективной работы из-за

- неправильной установки воздухозаборных устройств по высоте и направлению ветра

- неправильных технологических решений при проектировании систем воздухоподготовки;

3) низкий технический уровень системы воздухоподготовки (использование плохих фильтрующих материалов);

4) неправильная эксплуатация системы воздухоподготовки

- увлажнение фильтрующего материала в фильтре тонкой очистки ведет к снижению эффективности фильтрации - возможен проскок микроорганизмов вдоль волокон;

5) неправильное расположение отверстий подачи и удаления воздуха в помещении.

Поток воздуха должен быть ламинарным для исключения вихревых потоков и турбулизации.

Ламинарный поток(ЛВП) фильтрованного воздуха с постоянной скоростью проходит через чистую рабочую зону, вытесняя воздух помещения, загрязненный продуктом или технологическим процессом.

Средняя скорость ЛВП 27,5 м/мин (0,45 м/сек). Различают вертикальные и горизонтальные ЛВП. Ламинарный поток уносит из комнаты все взвешенные в воздухе частицы, поступающие от любых источников (персонал, оборудование и др.). При ламинарном потоке воздуха частицы грязи от людей и оборудования не разлетаются по всему помещению, а собираются потоком у пола.

6) несоответствие конструкционных особенностей оборудования требованиям стерильности внутренних полостей:

- наличие «слабых» элементов

- недостижение стерильности в придонной части ферментера

- использование штуцеров с малым диаметром

- наличие открытых трубных окончаний для отбора проб из ферментера.

7) нарушение правил эксплуатации оборудования.

Загрязняющие вещества и нормы их содержания

Про то, что воздух не является средой и почему важно обращать внимание на частицы. Ввиду того что контролировать количество микроорганизмов в воздухе в режиме реального времени не возможно, а частиц возможно.

Загрязняющие вещества делят на твердые, жидкие и газообразные. К твердым загрязняющим компонентам относятся песок, пыль, частицы метала, ржавчины, угля, резины и т.п. Источниками их появления в контуре сжатого воздуха могут быть:

внешний и внутренний заборы воздуха;

распределительная система;

движущиеся части;

адсорбирующие осушители.

Основными жидкими загрязнителями являются вода и масло. Из-за естественной влажности в воздухе всегда содержится определенное количество воды в парообразном и взвешенном состояниях. Смазочные масла, применяемые в компрессорах, также попадают в воздушный контур. При этом они могут находиться в следующих состояниях:

пар;

аэрозоль с размерами от 0,05 до 1 мкм;

дым с размерами от 0,2 до 0,8 мкм;

масляный туман с размерами от 1,2 до 1,4 мкм.

Кроме того, вода и масло могут находиться в воздухе в форме эмульсии. Общее загрязнение забираемого воздуха приводит к появлению в воздушном контуре различных газов.

Содержание загрязнителей всех видов в атмосферном воздухе, поступающем в контур сжатого воздуха, сильно зависит от района расположения предприятия. В среднем регистрируются следующие уровни загрязнения атмосферного воздуха:

жилые массивы 0,005 г/мі;

промышленные зоны 0,020 г/мі;

зоны добывающей промышленности 0,100 г/мі.

Максимальный размер взвешенных частиц в большинстве случаев не превышает 25-35 мкм. Попадание загрязнений в пневматические системы ведет к резкому повышению износа и механическим повреждениям движущихся частей компрессора и к абразивному повреждению воздуховодов. Кроме того, нельзя забывать про возможную коррозию приточного воздуховода, вызываемую химическими элементами, содержащимися во всасываемом воздухе. При этом затраты на замену поврежденных и изношенных частей воздушного контура окажутся существенно выше затрат на установку фильтра.

1. Теория получения стерильного воздуха. Фильтрующие элементы

Стерилизацией называют процесс полного уничтожения или удаления из объекта всех жизнеспособных форм микроорганизмов.

1.1 Теория стерилизующей фильтрации

Стерилизующая фильтрация - это процесс, при котором при прохождении потока через фильтрующий материал происходит задерживание организмов, в результате чего поток воздуха освобождается от этого загрязнения.

Стерильный продукт - продукт, не содержащий жизнеспособных микроорганизмов.

Преимущество стерилизации путем фильтрации заключается в том, что в этом случае происходит удаление любых частиц выше определенного размера, включая микроорганизмы.

Бактериальный тест на фильтруемость.

Для доказательства эффективности фильтра необходимо показать, что он способен отделять бактерии. При проведении этого теста должна отрабатываться наиболее трудная ситуация, но удерживание должно составлять 100%.

Рекомендации по применению стерилизующей фильтрации:

1. При размерах пор более 0.22 мкм удерживание выше при более низких давлениях на мембрану. В случае стерилизующих фильтров удерживание не зависит от давления;

2. Может происходить прорастание организмов через мембрану, однако время протекания этого процесса значительно больше, чем время, требуемое для стерилизации;

3. Непрерывная в течение 16 часов подача на фильтр 107 на смІ Pseudomonas diminuta не показывает прохождение организмов;

4. Фильтры с размером пор 0,22 мкм удерживают Pseudomonas diminuta на поверхности мембраны;

5. Удерживание остается абсолютным для фильтров с размером пор 0,22 мкм, даже если химический состав бактериальной среды изменяется за счет добавления солей для снижения адсорбционных взаимодействий между микроорганизмом и мембраной;

6. Фильтры с размером пор 0,22 мкм задерживают микроорганизмы за счет «экранного» механизма, а не в результате адсорбции;

7. Существует очень четкая корреляция между способностью мембраны задерживать микроорганизмы и минимальным давлением появления пузырьков («точкой пузырька»). «Точка пузырька» - это не деструктивный физический тест, который характеризует способность мембран задерживать организмы.

1.2 Механизм фильтрации частиц

Эффект сита действует, когда расстояние между двумя волокнами меньше диаметра частицы. В этом случае фильтр блокируется осевшими частицами, затрудняется прохождение воздуха через него, уменьшается скорость фильтрования, увеличивается давление, срок службы фильтра сокращается.

Эффект инерции проявляется для всех частиц размером более 1 мкм. Благодаря большой инерции частица аэрозоля при набегании на препятствие не следует линии тока и не отклоняется вместе с воздухом, огибающим волокно, а продолжает прямолинейное движение до непосредственного столкновения с препятствием. Эффект инерции не существенен для обычных скоростей фильтрации и большинства микробиологических размеров, и пренебрегается во многих моделях фильтров, поскольку для этого вполне достаточно эффекта зацепления.

Эффект зацепления проявляется если линия тока воздуха проходит близко к фильтровальному волокну. Тогда любая частица размером 1 мкм и более зацепляется за препятствие внутри целого ряда волокон благодаря природным силам. Вероятность этого очень высока, поскольку воздушный поток проходит через огромное количество волокон.

Эффект диффузии имеет значение для частиц, приближающихся к молекулярным габаритам (размерами менее 0,1 мкм) с соответственно небольшой массой, которые совершают хаотическое инерционное движение в стороны от линий воздушного тока (броуновское движение). Диффузионные частицы беспорядочно перемещаются на расстояния, превышающие их диаметр, и этот феномен виновен в их прикреплении к волокнам. Малые скорости воздушного потока увеличивают вероятность касания волокна частицей, поскольку она проводит больше времени вблизи него. Однако впоследствии частица может открепиться от волокна и снова вернуться в воздушный поток.

Эффекты инерции, зацепления) и диффузии являются основными с точки зрения фильтрационных процессов в НЕРА фильтрах.

1.3 Методы очистки воздуха и устройство современных фильтров

Современные фильтры способны удерживать твердые загрязняющие вещества, туманы и аэрозоли жидких загрязняющих веществ.

Методы очистки воздуха

Вода - Сепарация-адсорбция-поверхностное поглощение

Масло - Сепарация-адсорбция-поверхностное поглощение

Твердые частицы - Фильтрация

При производстве таких фильтров применяются самые различные материалы, в том числе и композитные. Чаще всего используются:

* пропитанные смолой волокна целлюлозы;

* микроволокна боросиликата с или без связующей добавки;

* полимерные материалы;

* гидрофобные мембраны;

* агломераты бронзы и нержавеющей стали;

* керамика и кварцит.

Выбор материала зависит от характера загрязнений и требований, предъявляемых технологическим процессом. Имеющиеся сегодня на рынке мембраны позволяют создать фильтры, обеспечивающие различные уровни очистки воздуха, вплоть до получения стерильного или ультрачистого воздуха, используемого в таких областях, как фармацевтика, электроника, пищевая промышленность и т.п.

Для удаления из сжатого воздуха дыма, тумана и аэрозолей также используются коалесцентные фильтры. Дым состоит из микрокапель с размерами от 0,2 до 8 мкм, частицы аэрозоля имеют размеры от 0,05 до 1 мкм. Если сжатый воздух, содержащий такие микрокапли, пропустить через пористую субмикронную мембрану, возникает эффект коалесценции: микрокапли, вступая в контакт между собой, объединяются и увеличиваются в размерах до больших капель, выталкиваемых потоком воздуха и собираемых с другой стороны пористой мембраны. Структура пористой мембраны, скорость фильтрации и наличие барьеров являются основными факторами, влияющими на характеристики коалесцентного фильтра. Выделенная жидкость собирается на дне емкости фильтра, откуда она должна постоянно удаляться вручную и / или автоматически через сливы. Эффективность и надежность коалесцентных картриджей определяется посредством деструктивных (разрушающих) испытаний, которые могут сопровождаться неразрушающими испытаниями, предусмотренными некоторыми национальными нормативами. Наиболее эффективные коалесцентные фильтры позволяют снизить содержание масла до 0,01 ppm (частей на миллион, обычно выраженных в весе), исключая пары, которые могут быть удалены только адсорбентами.

1.4 Схема получения стерильного воздуха

Для получения стерильного воздух в промышленности применяют многоступенчатую систему очистки воздуха. Число ступеней и выбор материала зависит от заданной конечной чистоты. Используют волокнистые и пористые фильтрующие материалы.

Применяют:

1) фильтры грубой очистки (эффективность 40-60%)

2) фильтры средней очистки (эффективность 60-90%)

3) высокоэффективные стерилизующие фильтры (99, 997%)

1.4.1 Механические фильтры (фильтры предварительной очистки)

Это самые простые фильтры, применяемые в воздухоочистителях. Они состоят из обычной мелкой сетки и используются в качестве фильтров предварительной очистки. Предназначены для удаления крупных пылевых частиц, шерсти животных. Такие фильтры устанавливаются практически на всем климатическом оборудовании и защищают от пыли не только людей, но и внутренности самих приборов.

Являясь предварительным фильтром, защищает последующие фильтрующие элементы (угольные, HEPA - фильтры) от преждевременного износа.

Большинство фильтров предварительной очистки устраняют частички размером 5-10 микрон. Несмотря на то, что процентное соотношение частичек размером от 5 микрон по отношению в общей массе пыли находящихся в воздухе мало, он играет очень важную роль, поскольку если в системе не используется фильтр предварительной очистки, или он не достаточно эффективно удаляет частицы, это может привести к преждевременному износу активированного угольного или HEPA-фильтра.

Представляют собой волокнистую структуру. В таких фильтрах пористые фильтрующие слои различной плотности образуются из волокон, обычно связанных склеивающими веществами. В волокнистом рулонном воздушном фильтре рулоны фильтрующего материала устанавливают на катушки в верхней части фильтра и по мере запыления перематывают на нижние катушки. Использованные материалы выбрасываются; в отдельных случаях возможна их промывка или очистка пневматически, что делает предварительные сетчатые фильтры многоразовыми.

1.4.2 Компрессор

В рабочем цилиндре компрессора (масляного) воздух уменьшает свой объем приблизительно в 10 раз и одновременно нагревается. При высокой температуре происходит частичное испарение масла со стенок компрессора, поэтому сжатый воздух насыщается парами масла.

Горячий сжатый воздух попадает в ресивер, где несколько охлаждается при контакте со стенками. К сожалению, за время нахождения воздуха в ресивере (обычно это время не превышает 30 секунд) в виде конденсата выпадает лишь незначительная часть влаги, а остальная в виде взвеси мельчайших капель воды или водяного и масляного тумана проходит дальше в трубопровод.

1.4.3 Влагоотделитель

Проходя через керамический фильтрующий элемент влагоотделителя, воздух теряет капли жидкости, превышающие поры фильтра. Часто применяемые недорогие керамические фильтры с большим диаметром пор 30-60 мкм, не способны задерживать мелкие капли конденсата. Температура же воздуха пока ещё слишком высока, поэтому большое количество влаги содержится в виде пара. Если скорость воздуха выше - 1 м/с, конденсат не успевает полностью стечь в нижнюю часть фильтра, крупные капли конденсата дробятся и уносятся потоком воздуха в пневмосистему. Происходит «захлебывание» фильтра.

1.4.4 Охладитель

После влагоотделителя, установленного непосредственно за компрессором, стоит охладитель воздуха, который чаще всего представляет собой радиатор, который рассчитанный на максимальное давление, создаваемое компрессором. Сжатый воздух здесь принудительно охлаждается до комнатной (или ниже) температуры, в связи с чем значительная часть влаги конденсируется в виде тумана и сравнительно крупных капель. Как правило, производителем ограничивается температура воздуха на входе в охладитель на уровне (40 - 60)°С.

1.4.5 Вихревой сепаратор

После охладителя поставим вихревой сепаратор масляно-водяного конденсата. Под действием центробежной силы капли конденсата отбрасываются к стенке сепаратора, где происходит их слияние и укрупнение. Крупные капли под действием силы тяжести стекают в нижнюю часть сепаратора, откуда удаляются с помощью конденсатоотводчика.

Эффективность вихревого сепаратора очень сильно зависит от скорости потока, поэтому выбор производительности сепаратора необходимо производить таким образом, чтобы снизить вероятность ошибки до минимума.

Из вихревого сепаратора сжатый воздух попадает в трубопровод. Поскольку температура на улице ниже, чем в компрессорной, при активном контакте со стенками трубопровода воздух охлаждается до комнатной температуры продолжается и процесс образования конденсата из мельчайших частиц водяного и масляного тумана.

Все предыдущие мероприятия были направлены на то, чтобы количество этого конденсата было, по возможности, минимальным.

Из трубопровода сжатый воздух, «обогащенный» захваченными по пути продуктами коррозии трубопровода и уже достаточно крупными каплями конденсата, снова поступает в вихревой сепаратор.

1.4.6 Фильтры

В зависимости от размера улавливаемых частиц фильтры делят на:

предварительные, или фильтры грубой очистки - останавливают частицы размером свыше 5-40 мкм, в зависимости от выбранного фильтропатрона;

фильтры тонкой очистки - останавливают частицы размером более 1 мкм, включая капельную фракцию масла (0,1 мг/мі);

микрофильтры - останавливают частицы размером более 0,01 мкм, остаточное содержание масла не превышает 0,01 мг/мі;

фильтры на основе активированного угля - останавливают частицы размером более 0,003 мкм, содержание масла не более 0,005 мг/мі.

Фильтры обязательно должны быть оснащены манометрами или датчиком, регистрирующим разность давления на входе и выходе. По ее величине можно судить о степени загрязненности фильтра.

1.5 Технологии, применяемые в предварительной и грубой очистке воздуха

Можно выделить две основные категории фильтров, используемых для очистки воздуха:

* сухие фильтры;

* влажные фильтры.

Сухие фильтры выполняются из следующих материалов:

* бумага, пропитанная смолой;

* фетр;

* пучки волокон;

* механические уловители в форме лабиринта.

С целью снижения потерь давления и увеличения автономности бумажные и фетровые фильтры выполняются в изогнутой форме для получения большей фильтрующей поверхности в небольшом пространстве. Обычно эти фильтрующие элементы калиброваны так, чтобы падение давления не превышало 500 Па (или 50 мм водяного столба). Влажные фильтры состоят из пучков металлических или полимерных волокон, пропитанных маслом. Загрязняющие частицы прилипают к масляной пленке, обволакивающей волокна, что существенно повышает степень очистки воздуха.

Этот тип фильтров требует тщательного периодического обслуживания - очистки и увлажнения маслом. Они рекомендуются только для чистого всасываемого воздуха, а также для маленьких компрессоров, используемых непостоянно. В частности, влажный фильтр нашел применение в качестве входного в поршневых компрессорах. Во время работы в него подается воздух из картера компрессора, содержащий пары масла.

В некоторых фильтрах увлажнение волокон производится путем продувания воздуха через масляную ванну. При этом волокна остаются влажными от масла, постоянно поступающего из всасываемого воздуха. Такой фильтр требует менее тщательного обслуживания.

Как правило, предварительный (магистральный) фильтр, представляет собой комбинацию влагоотделителя и непосредственно фильтра. Воздух с помощью специальных лопастей (дефлектора) закручивается внутри емкости и под воздействием центробежных сил капли жидкости, а также некоторые твердые загрязняющие частицы, оседают на стенках. Предварительно очищенный таким образом воздух проходит через фильтроэлемент из пористого материала. Конденсат и твердые частицы осаждаются на дне стакана. Кнопка служит для периодического слива скопившегося конденсата (при необходимости используется автоматическое устройство слива конденсата). Фильтр обеспечивает удаление частиц размером до 5 мкм. Из-за схожести с тропическим циклоном такие фильтры называются циклонными.

Фильтры грубой очистки состоят из металлических или пластиковых нитей, образующих поры размером 5 или 40 мкм в зависимости от выбранного картриджа. В отличие от циклонного фильтра в нем отсутствует дефлектор.

Твердые частички не могут проникнуть через волокна, а жидкие прилипают друг к другу, образуя большие капли, которые затем собираются в стакане фильтра (коалесцентные фильтры).

1.6 Технологии, применяемые в тонкой очистке воздуха

1.6.1 Микрофильтры

Останавливают частицы размером 0,01 мкм. Принцип работы фильтра сверхтонкой очистки точно такой же, как и у фильтра тонкой очистки, с той лишь разницей, что в нем фильтрующий элемент имеет дополнительные слои с более высокой фильтрующей способностью.

1.6.2 Угольные фильтры

Фильтры на основе активированного угля останавливают частицы размером более 0,003 мкм, такие как носители запаха. Активированный уголь имеет необычайно большую площадь внутренней поверхности (от 500 до 1500 кв. м/г) и обладает чрезвычайно высокой способностью адсорбировать даже самые маленькие частицы. Адсорбция происходит в особенно активных местах поверхности, таких как сочленения, углы, кромки, пересечения. Срок службы фильтра из активированного угля всегда продлевают с помощью предварительного фильтра и микрофильтра. Обычно фильтроэлемент угольного фильтра меняют через 1000 часов работы или когда появляется запах масла. Остаточное содержание паров масла после угольного фильтра (с предварительной фильтрацией) составляет всего 0,003 ppm, или, более привычно, 0,003 мг/мі. Такие сверхмикрофильтры рекомендуется применять в пищевой, фармацевтической промышленности и в медицине. Часто необходимо удалить из воздуха запах. Использование активированного угля в качестве адсорбирующего материала для удаления запахов является наиболее распространенным способом. Однако, если сжатый воздух содержит следы газообразных загрязняющих веществ, таких как оксиды углерода и азота, метан, этилен, аммиак, соединения серы и т.п., он должен быть подвергнут очистке химическим каталитическим адсорбентом.

Дизайн угольного фильтра также является важным фактором, определяющим эффективность потока воздуха. Угольный фильтр с мелкодисперсным активированным углем является причиной большого сопротивления потока воздуха. Если фильтр состоит из гранул большего размера, это облегчит движение воздуха сквозь фильтр. При гофрированном дизайне фильтра, увеличивается площадь поверхности угля, что в свою очередь увеличит эффективность устранения газа (чем больше поверхность, тем больше вероятность поглощения).

Однако эти фильтры не очень эффективны при использовании в среде с высокой влажностью. Также активированный уголь не эффективен для удаления газов с более низкой молекулярной массой, таких как формальдегид, сернистый ангидрид и диоксид азота. Для их устранения необходимо использовать добавки, изготовленные из хемосорбентов, которые способны химически устранять эти газы. Хемосорбенты вступая в реакцию с молекулой воды, находящейся в воздухе, и молекулой газа химически их разлагают на безвредные вещества, такие как диоксид углерода. Этот процесс называется химическим поглощением. К типичным хемосорбентам относятся оксид алюминия, силикат алюминия и перманганат калия.

Таким образом, воздухоочистители, в которых используются только угольные фильтры, являются не столь эффективными для очистки воздуха городских помещений. Поэтому в воздухоочистителях они используются в комбинации с другими фильтрами.

По мере накопления токсинов и пыли сам фильтр может стать источником загрязнения, при несвоевременной смене фильтра. В городских условиях рекомендуется менять его каждые 4-6 месяцев.

1.6.3 Масляные фильтры

В масляных фильтрах фильтрующий слой состоит из металлических или пластмассовых сеток, перфорированных пластин, колец и т.п., смоченных минеральным маслом; они могут быть ячейковыми или самоочищающимися. В последних фильтрующий слой представляет собой непрерывно движущуюся сетчатую ленту, очищаемую от пыли в масляной ванне.

1.6.4 Губчатые фильтры

В губчатых фильтрах фильтрующий слой состоит из губчатого пенополиуретана, резины и пр. Для повышения фильтрующей способности эти материалы подвергают обработке, способствующей раскрытию пор; фильтрующий слой регенерируется промывкой или пневматически.

1.6.5 Электростатические фильтры

Электростатические фильтры хорошо очищают воздух от пыли и копоти, но не освобождают от таких токсичных загрязнителей, как окислы азота, формальдегид, и других летучих органических соединений, присутствующих в воздухе бытовых и производственных помещений; поэтому его эксплуатация желательна в комбинации с другими фильтрами. Плюсом электростатического фильтра является небольшая стоимость и отсутствие дополнительных эксплуатационных расходов.

Электрические (электростатические) фильтры, обычно двухзональные: в первой (ионизационной) зоне пылинки получают заряд в результате столкновений с воздушными ионами, потоки которых образуются при помощи проволочных коронирующих электродов; во второй (осадительной) зоне заряженные пылинки осаждаются под действием кулоновых электрических сил на пластинчатых электродах. Пыль удаляется периодической промывкой.

1.6.6 Фотокаталитические фильтры

Фильтры данного типа - новинка в области очистки воздуха.

Сущность метода очистки воздуха состоит в разложении и окислении токсичных примесей на поверхности фотокатализатора под действием ультрафиолетового излучения. Реакции протекают при комнатной температуре, при этом органические примеси не накапливаются, а разрушаются до безвредных компонентов (вода и углекислый газ), причем фотокаталитическое окисление одинаково эффективно по отношению к токсинам, вирусам или бактериям - результат один и тот же. Большинство запахов вызываются органическими соединениями, которые также полностью разлагаются очистителем и поэтому исчезают.

1.7 Фильтр тонкой чистки - НЕРА-фильтр

Фильтры фирмы «НЕРА» задерживают механические и биологические частицы размером 0,3 мкм с эффективностью 95 - 99%, а абсолютные - частицы от 0,1 мкм с эффективностью 99,999%.

Принцип задержания частиц в НЕРА фильтрах основан не на ограничении способности частиц проникать в промежутки между волокнами (когда размеры пор/ячеек фильтра меньше размеров фильтруемых частиц - «эффект сита»), а в изменении линий воздушного потока, когда эффекты инерции, зацепления и диффузии являются основными с точки зрения фильтрационных процессов.



Эффективность НЕРА фильтров в задержании механических частиц, как правило, оценивается только самим производителем базируясь на методе DOP и на уровне не менее 99,97% для механических частиц размером до 0,3 мкм. Механизм фильтрации механических частиц изучен в достаточной степени, однако механизм фильтрации микроорганизмов остается одним из последних малоизученных применений НЕРА фильтров.

Аэрозольные биологические частицы отличаются от других частиц особыми характеристиками: индивидуальными размерами, формой, специфичной оболочкой и плотностью живой клетки, особыми условиями сцепления с материалами, способностью самостоятельно передвигаться и переносить неблагоприятные воздействия. Учет этих патогенных характеристик производителями НЕРА фильтров практически не ведется и микроорганизмы рассматриваются исключительно как механические частицы.

Теоретически, НЕРА фильтры должны быть эффективны против биологических частиц, но достоверных научных исследований, в которых НЕРА фильтры тестировались с живыми вирусами и бактериями в помещениях с людьми, до сих пор не представлено. Таким образом, количественные показатели реальной эффективности в мировой практике отсутствуют.

Первые эксперименты, проведенные в идеальных лабораторных условиях, указывали, что НЕРА фильтры могут удалять споры бактерий с эффективностью 99,9999% и вирусы с эффективностью 99,999% (Harstad 1969, Torne 1960). Но дальнейшие исследования показали, что результаты эксплуатации НЕРА фильтров в реальных условиях никогда не достигают параметров работоспособности, полученных в испытательных лабораториях.

НЕРА фильтры не предназначены для задержания частиц с размерами менее 0,3 мкм, а это размеры нанобактерий и всех вирусов. Осажденные на фильтре микроорганизмы и плесень размножаются и растут, проникая сквозь волокнистый слой фильтра далее в воздушную среду помещения.

Подробный анализ биологических частиц, проникающих через НЕРА фильтры, показал, что подавляющее большинство проскакивающих микроорганизмов являются агентами нозокомиальных инфекций. Уровень проницаемости может быть незначительным, но потенциальный риск велик, и это обстоятельство, в дальнейшем, должно иметь решающее значение для применения НЕРА фильтров.

1.7.1 Принцип действия воздухоочистительной системы

В основе НЕРА технологии лежит тонкая фильтрация однонаправленного воздушного потока. Основной принцип рабочей станции заключается в том, чтобы забрать воздух с помощью воздуходувки, уплотнить его в пространстве над фильтром и продуть сквозь НЕРА фильтр. После фильтра воздух проходит центральную область рабочей зоны, удаляя оттуда воздушные загрязнения и создавая, тем самым, условия для проведения специфических работ.

1.7.2 Эффект стерилизации

Принципиальное отличие технологии НЕРА фильтрации от активных методов обработки воздуха с использованием УФ-излучения и озона состоит в том, что фильтрование не уничтожает микроорганизмы, а лишь задерживает их с помощью сложной пространственной структуры фильтра.

Отсутствие эффекта инактивации биологических частиц позволяет живым клеткам сохранять способность к размножению и последующей миграции за пределы фильтра. Для стерилизации в некоторых системах устанавливают УФ облучатели или обрабатывают специальным составом волокна фильтра, но эффективность этих мер неизвестна.

Накопление, размножение и отмирание живых клеток в фильтрующих элементах может привести к появлению в воздухе продуктов жизнедеятельности живых и разложения мертвых микроорганизмов. Таким образом, фильтры могут стать источниками пирогенных веществ.

1.7.3 Эффект фильтрации

НЕРА фильтр является ключевым звеном системы, от которого зависит эффективность работы всей воздухоочистительной станции. Эффективное использование НЕРА фильтров возможно только при условии трехступенчатой фильтрации подаваемого воздуха, где каждая из ступеней решает специфическую задачу:

Первая ступень фильтрации защищает систему воздухоподготовки от загрязнений, содержащихся в подаваемом наружном воздухе.

Вторая ступень фильтрации обеспечивает чистоту приточных воздуховодов от загрязнения и располагается как последний элемент системы воздухоподготовки.

Третья ступень-собственно НЕРА-фильтр, обеспечивающий чистоту приточного воздуха непосредственно в помещение.

Без дополнительных фильтров очистки воздуха невозможно обеспечить срок службы НЕРА фильтра 6-12 месяцев. Многоступенчатая фильтрация воздуха ведет к увеличению аэродинамического сопротивления сети и требует повышенного давления.

Хотя НЕРА фильтры теоретически способны удалять частицы с размерами вплоть до 0,01 микрона, показатели их работы в этом диапазоне не линейны и эффективность фильтрации резко снижается. Для волокнистых фильтров существует размер частицы с максимальной проникающей способностью - Most Penetrating Particle Size (MPPS). Для НЕРА фильтров точка MPPS находиться в интервале между 0,1 и 0,3 мкм. Коэффициент фильтрации в этом промежутке крайне нестабилен и зависит от скорости воздушного потока, влажности воздуха и др. факторов.

Высокоэффективные НЕРА фильтры содержат волокна диаметром 0,65-6,5 мкм, расстояние между которыми составляет от 10 до 40 мкм. Принцип HEPA фильтрации основан не на ограничении способности частиц проникать в промежутки между волокнами (эффект сита), а в изменении линий воздушного потока.

1.7.4 Механизм удерживания частиц

К настоящему времени механизм удерживания частиц НЕРА фильтрами рассмотрен в предположении, что соприкоснувшись с волокном, частица присоединяется к нему статическим электрическим, притяжением или же просто физическим креплением. Благодаря этим поверхностным силам (силы Ван-дер-Ваальса) частицы будут удерживаются в фильтрующем элементе.

Это бесспорно для частиц не биологического происхождения. Механика взаимодействия биологических частиц с волокнистой структурой НЕРА фильтра имеет иную природу.

Прежде всего, необходимо принять во внимание тот факт, что биологические частицы являются динамическими живыми организмами, которые не хотят оставаться прикрепленными к сухим поверхностям без питательной среды. Способность бактерий и простейших микроорганизмов к целенаправленному движению генетически обусловлена наличием на их поверхности разного рода жгутиков и ворсинок. С помощью жгутиков и ворсинок бактерии передвигаются. Некоторые бактерии перемещаются, выбрасывая слизь.

Биомеханические свойства микроорганизмов наглядно доказаны с помощью электронной микроскопии и количественной обработки электронных микрофотографий.

Подвижные микроорганизмы двигаются к химическим аттрактантам (привлекающим веществам - питательной среде) и уклоняются от химических репеллентов (неприятельских веществ). Подвижные бактерии сами могут освобождать себя от прикрепления к фильтрационным волокнам и вновь возвращаться в воздушный поток и, таким образом, двигаться вдоль волокон в поисках влаги, сырости и питательных веществ.

Не существует никаких официальных результатов по фактическому применению HEPA фильтрации (для людей) в помещениях с патогенной микрофлорой и количественные данные о реальной эффективности этого метода в мировой практике отсутствуют. Существуют отчеты лечебных учреждений о том, что бациллы туберкулеза (1-5 микрона прутковые бактерии) проникают сквозь HEPA фильтры. Для бактерий данного размера это вполне возможно, если учесть тот факт, что они не хотят оставаться прикрепленными к сухим волокнам без питательной среды.

Накопленные в фильтрах живые микроорганизмы способны расти на среде без добавления питательного вещества. Концентрация биологических частиц приводит к ускорению их размножения, «прорастанию сквозь» фильтр (напр. Escherichia coli) и усиленному выделению микробных токсинов. При конденсации в фильтрах влаги или недостаточном уходе существует риск развития в них плесени. Размножение микрофлоры ведет к интенсивному забиванию пор фильтра и резкому снижению его фильтрующей способности. В этих случаях концентрация частиц биологического происхождения может быть на выходе фильтра больше, чем на входе. Ниже представлено фото НЕРА фильтра, на котором в процессе эксплуатации осела и размножилась плесень, которая впоследствии с проходящим через фильтр потоком воздуха привносилась помещение.

Практика использования воздухоочистителей с НЕРА фильтрами при создании «чистых помещений» показала, что накопленные на фильтрах микроорганизмы, в последствии, мигрируют в окружающую среду. Это обстоятельство заставляет проектировщиков «чистых помещений» в ситуациях с опасными микроорганизмами использовать даже двойную НЕРА фильтрацию воздуха. Частичным решением является установка некоторыми производителями бактерицидных ламп с тыльной стороны фильтров, однако эффективность невысокая, а также добавляются проблемы с озоном и токсинами из-за использования ультрафиолетового излучения.

В настоящее время не существует научных сведений об измерении влияния подвижности или эффекта «прорастания сквозь» на эффективность микробиологической фильтрации. Расчет вероятности проникновения микроорганизмов через НЕРА фильтры и эффективность устранения биологических частиц в терминах процента удерживания неизвестны.

Отработавшие установленный ресурс НЕРА фильтры не подлежат регенерации и после накопления предельного количества загрязнений должны заменятся новыми. Если фильтры использовались для очистки воздуха от опасных микроорганизмов, то их демонтаж и утилизация требуют специального комплекса мероприятий.

НЕРА фильтры не эффективны против вирусов и микроорганизмов размерами менее 0,3 мкм. Как отмечается некоторыми биологами, использование НЕРА фильтров может спровоцировать эволюционное давление этих малых микроорганизмов.

1.7.5 НЕРА-фильтр в составе воздухоочистительной системы

Огромное значение для коэффициента фильтрации воздухоочистительной системы имеет качество фильтров, их установка и сопровождение. Даже ничтожные допуски в подгонке фильтров к каркасам креплений могут серьёзно ухудшить общие показатели станции. Испытания указывают на наличие утечек в фильтрах или каркасах, их последующее перемешивание с потоком отфильтрованного воздуха, но не указывают общую фактическую эффективность процесса фильтрации. Предполагается, что если все эти негативные причины устранены, то эффективность станции может приблизиться к заявленному изготовителем уровню фильтрации. На практике, даже при соблюдении всех требований по допускам в установке НЕРА фильтров, уровень фильтрации уступает лабораторным показателям.

Если целостность фильтра, уплотнения или подгонки к крепежным каркасам нарушена, то потребитель ничего не знает об этих дефектах до тех пор, пока не возникает чрезвычайная ситуация в форме загрязнения или инфицирования рабочей поверхности (что неприемлемо в медицине). Из-за отсутствия экспресс-методов определения микробной обсемененности воздуха, установление текущей эффективности станции в деконтаминации воздушной среды довольно проблематично.

Применение НЕРА фильтров требует создания и поддержания строгих условий режима эксплуатации: температуры, влажности, скорости воздушного потока и давления. Для исполнения этих требований приходится монтировать специальные системы подготовки воздуха:

Системы подогрева и охлаждения воздуха;

Системы увлажнения и осушения воздуха;

Системы контроля давления и скорости воздушного потока.

Строгое соблюдение заданных параметров воздуха позволяет обеспечить высокоэффективную фильтрацию, но существенно увеличивает стоимость 1 кубометра очищенного воздуха.

Слой пыли, накапливающийся из осевших частиц, со временем затрудняет прохождение воздуха сквозь фильтр. Давление воздуха на фильтр возрастает и требует специальной системы контроля, иначе избыточное давление может «продавливать» частицы сквозь фильтр. Подпирающие давление воздуха помогает удерживать осевшие частицы, но вынуждает воздухоочистительную станцию работать в непрерывном режиме. В противном случае возникает эпидемиологический риск миграции микроорганизмов в окружающую среду.

Системы подготовки и поддержки постоянными параметров воздуха в помещениях с НЕРА фильтрами ведут к 10-20 кратному увеличению потребления энергии по сравнению с обычными рабочими помещениями.

Присутствие людей в помещении не ограничено. Однако, постоянное и длительное нахождение людей в деионизированной воздушной среде может неблагоприятно отразиться на их здоровье: лишенный аэроионов воздух - «мертвый воздух», ухудшает здоровье и ведет к заболеваниям (многочисленные опыты А.Л. Чижевского, доктора Кияница и других ученых).

О патологическом действии деионизированного воздуха Чижевский пишет: «При проходе через ватные, угольные, масляные, марлевые и др. фильтры воздух лишается всех аэроионов. То же наблюдается при прохождении воздуха через вентиляционные системы и установки для кондиционирования. Поэтому фильтрацию воздуха и некоторые другие виды обработки, без дополнительной ионизации, следует считать недопустимыми при снабжении воздухом жилых и общественных зданий».

Недостатки данного метода:

1. Отсутствие механизма инактивации задержанных биологических частиц.

2. Не эффективен в задержании вирусов и микроорганизмов размерами менее 0,3 мкм.

3. Деионизация обрабатываемого воздуха.

4. Фильтр имеет ограниченный ресурс и не подлежит регенерации.

5. Требуется непрерывная работа воздухоочистительной станции.

6. Высокая стоимость системы и 1 мі очищенного воздуха;

7. Системы воздухоочистки требуют специального монтажа с обязательной реконструкцией помещений.

8. Большие энергозатраты.

2. Оценка эффективности и выбор необходимого фильтра

Основной технологической характеристикой фильтров является улавливающая способность, представляющая собой минимальный размер частиц, удерживаемых фильтрующим элементом. В зависимости от области применения улавливающая способность может выражаться несколькими способами.

Номинальный уровень фильтрации характеризуется некоторым минимальным размером частиц, начиная с которого фильтрующая мембрана надежно задерживает загрязняющие компоненты (фильтры ведущих производителей удерживают до 98% частиц, размеры которых превышают номинальный уровень фильтрации).

Уровень фильтрации показывает, какой наибольший размер частицы может проходить через фильтрующую мембрану. B-соотношение показывает отношение количества частиц определенного размера, содержащихся в воздухе до фильтрации, к количеству таких же частиц в воздухе, прошедшем через фильтрующую мембрану. Размер частиц в микрометрах указывается как индекс B-соотношения. Так, например, (B) 5 = 50 означает, что число частиц диаметром 5 мкм после прохождения фильтра стало в 50 раз меньше, чем до фильтра.

Еще одной важной характеристикой фильтра является падение давления. Любое препятствие, проходимое сжатым воздухом, поглощает часть энергии, хранимой потоком. Фильтр вызывает падение начального давления (р при чистом фильтре), которое постепенно увеличивается вследствие попадания в фильтр твердых частиц. Чтобы фильтрующий элемент работал с требуемой эффективностью, необходимо следить за тем, чтобы падение давления загрязненного фильтра не превышало указанного производителем значения. Уровень фильтрации, B-соотношение и падение давления являются универсальными критериями, по которым следует выбирать тот или иной фильтр. При этом следует учитывать дополнительные требования, предъявляемые к фильтрующим элементам на различных этапах очистки.

Рассмотрим особенности фильтрации воздуха при его движении по пневматическому контуру. В первую очередь следует обратить внимание на правильное расположение приточного воздуховода.

Забор воздуха должен производиться:

вдали от источников пыли;

вдали от дымовых труб;

вдали от выхлопов.

Всасываемый компрессором воздух содержит загрязняющие вещества, типичные для данной окружающей среды. Чтобы избежать чрезмерного износа движущихся частей компрессора, на входе необходимо установить фильтр, задерживающий содержащиеся в окружающей среде загрязнения. Выбор фильтра зависит от типа компрессора и вида загрязнений, присутствующих в воздухе. Как степень фильтрации, так и установленная фильтрующая поверхность должны гарантировать низкий уровень падения давления (порядка нескольких миллибар) и автономность функционирования, совместимую с требованиями пользователя. При сжатии воздух сильно нагревается, из-за чего в нем повышается его способность удерживать влагу. Если компрессор относится к масляному типу, воздух также будет загрязнен туманом и парами масла. В винтовом компрессоре специальный фильтр, называемый «сепаратором», выполняет важную функцию удаления тумана масла при температуре 70-90°С (при такой температуре вода присутствует только в форме пара, то есть не загрязняет масляный туман).

После компрессии воздух посредством теплообменника воздух / воздух или воздух / вода охлаждается до температуры примерно 35°С и проходит в ресивер. На выходе из охладителя в сжатом воздухе происходит конденсация паров. Это связано, во-первых, с охлаждением воздуха при расширении, а, во-вторых, с изменением влажности воздуха из-за суточных перепадов температур. Применение воздуха с повышенным содержанием водяных паров в производственном процессе недопустимо, поэтому он должен быть осушен до конечного использования.

Область применения воздуха определяет, какой из способов осушки должен быть использован. Выбор фильтра, в свою очередь, зависит от типа осушающего устройства. В то же время необходимо принимать во внимание тип всасываемого воздуха, тип компрессора, температуру воздуха на выходе из ресивера, путь трубопроводов, состояние труб, по которым перемещается воздух и т.д. Как видно, условий множество, важность каждого из них зависит от характера конкретного производственного процесса, поэтому составить какой-либо универсальный «рецепт» выбора фильтра вряд ли реально, однако можно дать несколько полезных рекомендаций.

Для досушивающих фильтров охлаждающего типа следует предусмотреть фильтр частиц на входе, поскольку твердые загрязнители могут засорить теплообменник и снизить коэффициент теплообмена. Установка коалесцентного фильтра на выходе из осушки повысит чистоту воздуха, снизив количество аэрозолей и туманов. Чистота воздуха для абсорбирующих осушающих фильтров имеет первоочередное значение, поэтому их следует снабдить:

* высокоэффективным коалесцентным фильтром предварительной очистки;

* высокоэффективным пост-фильтром для твердых частиц.

Коалесцентный фильтр должен защищать подушку из адсорбирующего материала (окись алюминия, силикатный гель, молекулярные экраны). Удаление аэрозолей и остатков масляного тумана предотвращает образование водоотталкивающей пленки на адсорбирующих материалах.

Устанавливаемый на выходе фильтр твердых частиц размером не менее 1 мкм предназначен для удаления пыли, выбрасываемой адсорбирующим материалом и увеличивающей износ пневматического оборудования. Особое внимание должно быть уделено выбору фильтров, которыми оборудованы сушильные установки с горячим восстановлением. Если фильтр пропускает туманы и аэрозоли масла, они собираются на осушающих колоннах и могут загореться. Поэтому на входе сушильной установки следует установить коалесцентный фильтр, который защитит ее от попадания масла.

Для увеличения сроков службы коалесцентного фильтра перед ним можно установить предварительный фильтр частиц, который будет задерживать крупные капли масляного аэрозоля, существенно повышающие износ коалесцентного фильтра. Фильтрующее средство должно быть изготовлено из огнестойких материалов, чтобы переносить вероятные короткие потоки горячего воздуха, связанные с аномальной работой сушильной установки. Воздух на выходе из фильтра, установленного за осушкой, готов к использованию; однако иногда между местом обработки сжатого воздуха и местом использования существуют источники загрязнения (например, происходит отслоение твердых частиц от воздуховода). В таких случаях необходимо установить фильтр для защиты конечного оборудования. Создание эффективной системы очистки сжатого воздуха является чрезвычайно сложной задачей, и ее решение следует поручить специалисту.

И ни в коем случае нельзя забывать про правильное обслуживание системы очистки воздуха. Необходимо регулярно производить техническое обслуживание следующих частей:

* дифференциального манометра контроля падения давления;

* клапана автоматического слива конденсата.

Состояние фильтрующих элементов должно проверяться, по крайней мере, один раз в шесть месяцев, а срок их службы не должен превышать одного года (за исключением восстанавливаемых фильтров, которые должны демонтироваться и промываться с той же периодичностью).

Список литературы

очистка воздух фильтр микроорганизм

1. К.А. Калунянц и др. Оборудование микробиологических производств. М. - «Агропромиздат», 1987

2. Н.П. Елинов Основы промышленной биотехнологии. М. - «Колос-Химия», 2004.

3. microbiologu.ru/mikroorganizmyi/…/mikroflora-vozduha.html

4. www.tion.info/documents/issues/hepa-filter

5. www.air-protection.ru/

Размещено на Allbest.ru

...