فیلتراسیون هوا در محیطهای حساس مانند بیمارستانها، آزمایشگاهها، صنایع داروسازی، تولید نیمههادیها و اتاقهای تمیز، نقش حیاتی در حفظ کیفیت محصول، تضمین سلامت کارکنان و جلوگیری از آلودگی متقابل دارد. فناوریهای پیشرفته فیلتراسیون با هدف حذف ذرات بسیار ریز معلق (Particulate Matter - PM) و عوامل بیولوژیکی طراحی شدهاند.
۱. فیلترهای استاندارد با کارایی بالا (HEPA و ULPA)
فیلترهای HEPA (High Efficiency Particulate Air) و ULPA (Ultra-Low Penetration Air) از نوع فیلترهای مکانیکی هستند که بر اساس استاندارد جذب ذرات طراحی شدهاند.
الف) فیلتر HEPA (کارایی بالا)
فیلتر HEPA از الیاف فایبرگلاس در هم تنیده با قطر بسیار کم (بین 0.5 تا 2 میکرومتر) ساخته شده است.
- استاندارد عملکرد: فیلتر HEPA قادر است حداقل 99.97% از ذرات معلق با اندازه 0.3 میکرومتر را به دام بیندازد.
- اندازه 0.3 میکرومتر (MPPS): اندازه 0.3 میکرومتر به عنوان مخربترین اندازه ذره (Most Penetrating Particle Size - MPPS) شناخته میشود. ذرات بزرگتر یا کوچکتر از این اندازه، راحتتر فیلتر میشوند.
- مکانیزم فیلتراسیون:
- Impaction (برخورد): ذرات بزرگ به طور مستقیم با الیاف برخورد میکنند.
- Interception (رهگیری): ذرات متوسط در اثر جریان هوا، به الیاف نزدیک شده و به آنها میچسبند.
- Diffusion (انتشار/نفوذ): ذرات بسیار کوچک (زیر 0.1 میکرومتر) حرکت کاتورهای داشته و با برخورد به الیاف، جذب میشوند.
- کاربرد: اتاقهای عمل، واحدهای مراقبت ویژه (ICU)، فیلترهای نهایی سیستمهای HVAC در ساختمانهای اداری بزرگ و دستگاههای تصفیه هوای خانگی با کیفیت بالا.
ب) فیلتر ULPA (کارایی فوقالعاده پایین)
فیلتر ULPA گامی فراتر از HEPA است و برای محیطهایی با الزامات سختگیرانهتر طراحی شده است.
- استاندارد عملکرد: فیلتر ULPA حداقل 99.999% از ذرات معلق با اندازه 0.1 تا 0.2 میکرومتر را فیلتر میکند.
- کاربرد: اتاقهای تمیز (Clean Rooms) در صنایع نیمههادی، ساخت تراشههای الکترونیکی و صنایع دارویی، که در آنها حتی یک ذره میتواند کیفیت محصول را به خطر اندازد.
معیار | فیلتر HEPA | فیلتر ULPA |
بازدهی فیلتراسیون | 99.97% | 99.999% |
اندازه ذرات MPPS | 0.3 میکرومتر | 0.1 تا 0.2 میکرومتر |
مقاومت در برابر جریان هوا | متوسط | بالا |
هزینه | متوسط | بالا |
۲. فیلترهای الکترواستاتیک (Electrostatic Precipitators - ESP)
فیلترهای الکترواستاتیک از یک روش کاملاً متفاوت برای حذف ذرات استفاده میکنند و اغلب به عنوان یک فیلتر پیشرفته یا فیلتر اصلی در کاربردهای صنعتی سنگین به کار میروند.
الف) نحوه عملکرد فنی
- یونیزاسیون: ذرات آلوده هوا پس از ورود به سیستم، از یک قسمت شارژکننده (یونیزاسیون) عبور میکنند. در این بخش، یک میدان الکتریکی قوی (Corona Discharge) به آنها بار الکتریکی (مثبت یا منفی) میدهد.
- جمعآوری (Collection): ذرات باردار سپس از میان صفحات فلزی با بار مخالف (صفحات جمعکننده) عبور میکنند. نیروی جاذبه الکتریکی، ذرات را به سمت صفحات جمعکننده کشیده و به آنها میچسباند.
ب) مزایا و معایب
- مزایا:
- قابلیت شستشو: صفحات جمعکننده قابل شستشو هستند و نیاز به تعویض کمتری دارند (هزینه عملیاتی پایین).
- افت فشار کم: این فیلترها مقاومت کمتری در برابر جریان هوا ایجاد میکنند (به دلیل عدم وجود مواد فیلترکننده متراکم) و بنابراین انرژی کمتری مصرف میکنند.
- معایب:
- تولید ازن: در فرآیند یونیزاسیون ممکن است مقادیر بسیار کمی گاز ازن (O_3) تولید شود که در غلظتهای بالا میتواند مضر باشد.
- کاهش کارایی در رطوبت بالا: کارایی ESP در محیطهای بسیار مرطوب یا زمانی که صفحات جمعآوری کثیف هستند، کاهش مییابد.
۳. فیلتراسیون بیولوژیکی و ترکیبی (فناوریهای نوین)
فناوریهای جدید اغلب از ترکیب فیلتراسیون مکانیکی با سایر روشها برای مقابله با عوامل بیولوژیکی، گازها و ترکیبات آلی فرار (VOCs) استفاده میکنند.
الف) کربن فعال (Activated Carbon)
- مکانیزم: کربن فعال، آلایندهها را از طریق فرآیند جذب سطحی (Adsorption) به دام میاندازد. این فرآیند عمدتاً برای حذف آلایندههای گازی، بوها و VOCs (مانند فرمالدئید، بنزن) که فیلترهای HEPA قادر به حذف آنها نیستند، استفاده میشود.
- کاربرد: صنایع پتروشیمی، آزمایشگاههای شیمیایی، یا پس از فیلتر HEPA در محیطهای بیمارستانی.
ب) فیلتراسیون فتوکاتالیستی (PCO)
- مکانیزم: در این فناوری، نور UV به یک کاتالیست (معمولاً دیاکسید تیتانیوم - TiO_2) تابانده میشود. این واکنش، رادیکالهای آزاد هیدروکسیل بسیار فعالی تولید میکند که آلایندههای آلی و عوامل بیماریزای بیولوژیکی را اکسید و به مواد بیضرر (مانند CO_2 و آب) تبدیل میکنند.
- مزیت: توانایی انهدام آلایندههای میکروسکوپی و گازی به جای صرفاً به دام انداختن آنها.
۴. ملاحظات انتخاب و نگهداری
انتخاب صحیح فناوری فیلتراسیون به نوع آلودگی، اندازه ذرات مورد نظر و الزامات کیفی محیط بستگی دارد.
- افت فشار (Pressure Drop): فیلترهایی مانند ULPA که بازدهی بالایی دارند، مقاومت بسیار بیشتری در برابر جریان هوا ایجاد میکنند. این امر نیاز به فنهای قویتر و مصرف برق بیشتر دارد.
- تعویض فیلتر:
- فیلترهای HEPA و ULPA قابل شستشو نیستند و باید پس از رسیدن به حداکثر افت فشار قابل قبول تعویض شوند.
- عمر فیلترها به میزان ذرات ورودی بستگی دارد. استفاده از یک پیشفیلتر (Pre-Filter) ارزانتر (مانند MERV بالا) قبل از HEPA، عمر HEPA را چند برابر میکند.
- انتخاب فیلتر: در محیطهای حساس، معمولاً از یک سیستم چند مرحلهای استفاده میشود: پیشفیلتر (MERV) rightarrow فیلتر کربن فعال (برای گازها) rightarrow فیلتر نهایی (HEPA یا ULPA).
