Jakie są metody oczyszczania powietrza?

2020-09-30 07:56:51

Szybki rozwój cywilizacji sprawił, że w wielu miejscach nawet czyste powietrze stało się towarem, a jego pozyskanie wymaga poniesienia nakładów na oczyszczenie. Nadmierne stężenie szkodliwych dla zdrowia pyłów i gazów, lokalnie może doprowadzić do pojawienia się smogu, co nawet przy krótkotrwałym przebywaniu w takiej atmosferze prowadzi do problemów m.in. z układem oddechowym człowieka. W wielu regionach długotrwale podwyższony poziom pyłów zawartych w powietrzu stwarza zagrożenie zdrowotne i skłania do podjęcia stosownych działań ochronnych.

Z artykułu dowiesz się:

Czym jest smog?

Smogiem nazywane jest zjawisko atmosferyczne powstałe w wyniku zawieszenia się cząstek zanieczyszczeń w najczęściej wilgotnym powietrzu, tworząc charakterystyczne ciemne zamglenie o różnym nasileniu i ograniczeniu widoczności. Takimi cechami charakteryzuje się tzw. smog londyński powstający głównie w wyniku emisji cząstek stałych (dymu, sadzy) pochodzących z palenisk węglowych.

Specyficzny mikroklimat z ograniczoną cyrkulacją powietrza i inwersją temperaturową sprzyja miejscowemu utrzymywaniu się zanieczyszczeń, których stężenie może wielokrotnie przekraczać dopuszczalne normy. Inną forma smogu jest tzw. smog z Los Angeles, który pojawia się w wyniku reakcji fotochemicznej z lotnymi składnikami zanieczyszczonego powietrza - tlenkami węgla, azotu czy organicznych węglowodorów. W efekcie nasłonecznienia powstają toksyczne związki chemiczne utrzymujące się długo w zanieczyszczonym powietrzu.

W Polsce zjawisko smogowe typu londyńskiego występuje w sezonie grzewczym, np. w Krakowie, gdzie wiele budynków do ogrzewania wykorzystuje kotły i piece węglowe, a konfiguracja terenu sprzyja zastoinom powietrznym i kumulacji zanieczyszczeń. Smog typu Los Angeles pojawia się m.in. w Warszawie w miesiącach letnich, wywołany głównie przez spaliny samochodowe.

Kontrola stopnia zanieczyszczenia powietrza opiera się przede wszystkim na pomiarze stężenia pyłów w dwóch przedziałach wielkości cząstek wyznaczanych wskaźnikami PM2,5 i PM10 - odpowiednio o wielkości 2,5 μm i 10 μm. Norma dopuszczalnego zanieczyszczenia powietrza to utrzymanie wskaźników na odpowiednio niskim poziomie - dla PM2,5 zawartość pyłów nie powinna przekraczać 25 μg/m³, a dla PM10 - 40 μg/m³ (średniorocznie) i 50 μg/m³ (w cyklu dobowym).

W rzeczywistości okresowo wskaźniki te przekraczane są wielokrotnie, co stwarza zagrożenie dla zdrowia ludzi i wywołuje tzw. alarm smogowy w przypadku uzyskania dobowego stężenia PM10 powyżej 300 μg/m³.

Oczywiście głównym kierunkiem działań zmierzających do eliminacji zjawisk smogowych są strategiczne działanie ograniczające emisje zanieczyszczeń, ale do czasu uzyskania znaczącej poprawy stanu powietrza zewnętrznego w wielu miejscach wskazane jest stosowanie indywidualnych bądź obiektowych urządzeń oczyszczających powietrze.

Metody oczyszczania powietrza

Oczyszczanie powietrza dostarczanego do zamkniętych pomieszczeń stanowi często element systemu klimatyzacji obiektu, z reguły w połączeniu z obiegiem mechanicznej wentylacji wyposażonej zazwyczaj w układ rekuperacji. Powietrze wentylacyjne pobierane z zewnątrz przechodzi przez szereg elementów oczyszczających głównie z zanieczyszczeń stałych (pyłów), ale niekiedy również ze szkodliwych związków lotnych, bakterii i zapachów.

Standardowy sposób oczyszczania składa się z filtrów o stopniowanej wielkości zatrzymywanych cząstek stałych, przy czym przepływ powietrza wymuszany jest przez wentylator, ale również może odbywać się samoczynnie, np. w wyniku różnicy ciśnienia wywołanego grawitacyjnie.

Trudniejszym zadaniem jest oczyszczenie powietrza z zanieczyszczeń chemicznych i jako w miarę uniwersalnym rozwiązaniem stosowane są różne warianty przepuszczania powietrza przez warstwę węgla aktywnego. Instalacje oczyszczające mogą być wyposażone w promienniki UV lub urządzenia jonizujące, które redukują szkodliwe związki chemiczne do substancji obojętnych.

Filtry - klasyfikacja i skuteczność

Podstawowym urządzeniem zatrzymującym szkodliwe pyły zawarte w powietrzu są filtry o różnej skuteczności zatrzymywania cząstek stałych zależnie od ich wymiarów. Dotychczas elementy filtracyjne klasyfikowane były wg normy EN 779:2012 z podziałem na grupy dokładności filtrowania - zgrubnego o oznaczeniach G1-G4, wstępnego o symbolach M5-M6 oraz dokładnego F7-F9.

Pomijając filtry wstępne (zatrzymują tylko grubsze zanieczyszczenia), dokładność filtrowania określana była procentowym udziałem zatrzymania cząstek stałych o średnicy 0,4 μm, który zależnie od klasy filtru wynosił 35-70% (jako wartość minimalnej skuteczności). Nowa obowiązująca norma EN ISO 16890 wprowadza klasyfikację zależnie od wielkości zatrzymywanych cząstek (w μm) w trzech kategoriach ISO - ePM₁₀, ePM_2,5 i ePM₁.

Elektro-jonizacyjny filtr antysmogowy Clean R. Fot. Pro-Vent.

Zakwalifikowany filtr do określonej kategorii musi zatrzymywać przynajmniej 50% określonej wielkości zanieczyszczeń, a dalsze oznaczenia określają jego rzeczywista skuteczność, np. ISO ePM_2,5 95% zapewnia 95% skuteczność dla cząstek o wymiarze 2,5 μm.

Do filtrowania wykorzystywane są różne porowate materiały papier, bibuła, włóknina, materiał, gąbka, przy czym większość z nich wymaga okresowej wymiany. Specyficzną grupą urządzeń filtracyjnych są filtry typu HEPA charakteryzujące się wysoką zdolności do zatrzymywania bardzo drobnych zanieczyszczeń - 0,3 μm, niewielkimi wymiarami w stosunku do powierzchni filtracyjnej oraz możliwością mycia, co zapewnia długi okres użytkowania bez konieczności wymiany.

Technologia ich produkcji polega na utworzeniu porowatej struktury spieczonego szkła o niezwykle rozwiniętej powierzchni filtracyjnej. Filtry te tworzone są również z użyciem włókien z polipropylenu. Podobne własności mają nieco mniej dokładne filtry typu EPA oraz super efektywne filtry ULPA.

Wszystkie te wyroby charakteryzują się dokładnością filtracji na poziomie 85-99,9% i są uszeregowane według rosnącej dokładności filtracji z oznaczeniami E10-E12, H13-H14 i U15-U17. W domowych urządzeniach filtracyjnych stosowane są głównie filtry E11, E12 i H13, a filtry typu ULPA znajdują zastosowanie, np. w sterylnych pomieszczeniach medycznych czy produkcyjnych.

Filtr antysmogowy MOCarz Alnor z filtrem węglowym do mechanicznej instalacji wentylacyjnej. Fot. Alnor.

Domowe urządzenia oczyszczające powietrze

Budynki mieszkalne zlokalizowane w centrach miast lub w pobliżu emitentów zanieczyszczeń powietrza w powinny być wyposażone w urządzenia zmniejszające napływ zanieczyszczeń z powietrza zewnętrznego. Sposób oczyszczania należy dostosować do systemu wentylacyjnego pomieszczeń, a niekiedy wykorzystywać urządzenia wywołujące wewnętrzną recyrkulację powietrza.

Powszechnie wykorzystywana wentylacja grawitacyjna lub mechaniczna, wywiewna wymusza zakładanie nawiewników - okiennych lub ściennych pozwalających na napływ zewnętrznego powietrza wentylacyjnego.

Nawiewnik ścienny z kratką regulacyjną wewnętrzną i kratką kwadratową. Fot. Vents.

Nawiewniki te wyposażone w elementy filtracyjne w znacznym stopniu ograniczą przenikanie szkodliwych zanieczyszczeń i jednocześnie ograniczają hałas przenikający ze strumieniem powietrza wentylacyjnego.

Jednak wkłady filtrujące zwiększają opór stawiany przepływającemu powietrzu, zatem nawiewniki będą większe niż standardowe. W przypadku nowych obiektów już na etapie budowy można przewidzieć montaż odpowiednio dużych nawiewników okiennych, np. nadramowych lub montowanych w ścianach. Dostępne są też nawiewniki adaptacyjne instalowane na zewnątrz, które zastępują modele standardowe, wykorzystując istniejący kanał wentylacyjny i część wewnętrzną.

Nawiewnik powietrza Insolio zintegrowany z oknem. Fot. Brevis.

W budynkach wyposażonych w mechaniczną wentylację nawiewno-wywiewną bez większych problemów można zapewnić dopływ czystego powietrza, wyposażając instalację w stosowne filtry. W podstawowy wyposażeniu będą to filtry zatrzymujące pyły, ale dodatkowa kolumna filtracyjna z wkładem z węgla aktywnego usunie również zanieczyszczenia chemiczne czy nieprzyjemne zapachy.

Do oczyszczania powietrza w zamkniętym pomieszczeniu niezależnie od funkcjonującej wentylacji wykorzystywane są przenośne oczyszczacze powietrza działające w trybie „recyklingu”. Dzięki nim można nie tylko usunąć zanieczyszczenia napływające z powietrzem zewnętrznym, ale również powstające w pomieszczeniu.

Przenośny oczyszczacz powietrza Daikin MC70LVM. Fot. Daikin.

Urządzenia te wyposażone są w zespoły filtrów pozwalające na usunięcie z powietrza m.in. alergenów, roztoczy, a układ jonizacyjny i wkład węglowy usuwają szkodliwe gazowe zanieczyszczenia. Wyznacznikiem efektywności działania tych oczyszczaczy jest wskaźnik CADR określający wielkość strumienia dokładnie oczyszczonego powietrza, który powinien mieć wartość zbliżoną do intensywności wentylacji tego pomieszczenia.