Bộ lọc HEPA

HEPA (High efficiency particulate air) ban đầu được gọi là sự hấp thụ hạt hiệu suất cao hay sự bắt giữ hạt hiệu quả cao, là 1 loại bộ lọc không khí. Các bộ lọc đáp ứng được tiêu chuẩn HEPA có nhiều ứng dụng, bao gồm cả các phòng sạch sử dụng để chế tạo các IC, Cơ sở y tế, điện tử….Các bộ lọc phải đáp ứng các tiêu chuẩn nhất định như bộ lọc do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) quy định. Để đạt tiêu chuẩn HEPA ứng dụng trong công nghiệp, bộ lọc phải có khả năng lọc (từ lượng không khí đi qua) 99.97% các hạt có kích thước lớn hơn hoặc bằng 0.3 µm. Mặc dù tiêu chuẩn công nghiệp ASME không được công bố chính thức bởi bất kỳ chính phủ nào nhưng nó lại được thừa nhận bởi nhiều chính phủ. HEPA đã được thương mại hóa vào những năm 1950, và những quy định ban đầu đã được đăng ký như 1 nhãn hiệu và sau đó là những quy định cho các bộ lọc hiệu quả cao.

1. Cơ chế:

Bộ lọc HEPA được cấu tạo từ một lớp màng lọc với các sợi lọc sắp xếp 1 cách ngẫu nhiên. Các sợi lọc thường là sợi thủy tinh có kích thước từ 0.5 đến 2 micromet. Yếu tố chính tác động đến chức năng của nó là đường kính sợi, độ dày bộ lọc và vận tốc gió. Khoảng cách giữa các sợi lọc thường lớn hơn 0.3 μm. Lý thuyết cho rằng bộ lọc HEPA hoạt động như 1 cái sàng, nơi các hạt có kích thước nhỏ hơn khoảng cách giữa các sợi lọc có thể đi qua là không chính xác và không thực tế. Không như các màng lọc có cùng kích thước cỡ siêu nhỏ này nơi các hạt lớn hơn kích thước giữa các sợi lọc không thể đi xuyên qua, bộ lọc HEPA được thiết kế để nhắm vào các hạt ô nhiễm và cả hạt nhỏ hơn kích thước này. Các hạt này bị mắc kẹt (dính vào sợi lọc) thông qua sự kết hợp của 3 cơ chế sau:

Ngăn chặn Nơi các hạt đi theo dòng không khí vào trong bán kính của sợi lọc và dính chặt vào nó

Va chạm Nơi các hạt không thể tránh được các sợi lọc bằng các đi theo dòng không khí và buộc phải va vào các sợi này, hiệu ứng này càng mạnh hơn khi khoảng cách giữa các sợi càng nhỏ và vận tốc khí càng lớn.

Khuếch tán Với sự va chạm của các phân tử khí và các hạt nhỏ nhất đã tạo ra 1 cơ chế tăng cường, đặc biệt là các hạt có đường kính dưới 0.1 μm, do đó chúng bị cản trở khi trên đường đi đến các sợi lọc. Cơ chế này tương tự với chuyển động Brown và làm tăng xác suất sẽ ngăn chặn hạt bằng 1 trong 2 cơ chế trên. Trong khi cơ chế này lại phổ biến hơn ở vận tốc khí thấp hơn. Cơ chế khuếch tán phổ biến với các hạt có đường kính dưới 0.1 μm. Còn cơ chế “Ngăn chặn” và “Va chạm” lại thường gặp ở các hạt trên 0.4 μm. Với loại hạt xâm nhập nhiều nhất ở kích thước 0.21 μm (MPPS — Most Penetrating Particle Size), cả cơ chế “Ngăn chặn” và “Khuếch tán” đều không thể hoạt động hiệu quả. Bởi đây là mắt xích yếu nhất trong cơ chế lọc của bộ lọc, bộ lọc HEPA sử dụng các hạt kích thước 0.3 μm để phân loại bộ lọc. Tuy nhiên, có thể các hạt có kích thước nhỏ hơn MPPS sẽ không có hiệu quả lọc cao hơn so với các hạt từ MPPS trở lên). Xảy ra điều này là do trong thực tế các hạt này sẽ hoạt động như 1 vị trí khởi động để ngưng tụ và tạo thành các hạt có kích thước tương tự MPPS.

Lọc khí Bộ lọc HEPA được thiết kế để bắt giữ các hạt một cách hiệu quả, nhưng chúng không lọc được khí và các phân tử mùi. Một số trường hợp đòi hỏi phải lọc các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, hóa chất, thuốc lá…thì nên sử dụng các bộ lọc than hoạt tính hoặc các bộ lọc khác thay vì bộ lọc HEPA. Bộ lọc Carbon được cho là hiệu quả hơn nhiều lần so với than hoạt tính dạng hạt khi hấp thụ các khí ô nhiễm được gọi là bộ lọc HEGA (High Efficiency Gas Adsorption — Hấp thụ khí hiệu suất cao), bộ lọc này được phát triển bởi quân đội Anh để chống lại các cuộc tấn công hóa học.

2. Thông số kỹ thuật:

Bộ lọc HEPA, được quy định theo Tiêu chuẩn của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) được áp dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp của Hoa Kỳ, loại bỏ ít nhất 99,97% các hạt trong không khí có đường kính lớn hơn 0.3 μm. Bộ lọc có khả năng hoạt động trong luồng không khí hoặc áp suất tối thiểu khoảng 300 pascal (0.044psi) ở tốc độ dòng chuẩn. Thông số kỹ thuật thường được sử dụng trong Liên minh châu Âu là Tiêu chuẩn châu Âu EN 1822:2009. Nó phân loại các bộ lọc HEPA thông qua kích thước của loại hạt có khả năng thâm nhập cao nhất (MPPS):

Cấp độ lọc của bộ lọc HEPABắt giữ hạt (tổng cộng)Bắt giữ hạt (theo khu vực)E10> 85% — -E11> 95% — -E12> 99.5% — -H13> 99.95%> 99.75%H14> 99.995%> 99.975%U15> 99.9995%> 99.9975%U16> 99.99995%> 99.99975%U17> 99.999995%> 99.9999%

  • Xem thêm các cấp độ lọc của Air Filters để so sánh.

Ngày nay, bộ lọc HEPA là tên gọi chung cho bất kỳ bộ lọc hiệu quả cao nào có thể đạt được các tiêu chuẩn lọc tương tự ở mức tối thiểu và tương đương với cấp độ N100 cho bộ lọc hô hấp của Viện quốc gia về An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp Hoa Kỳ (NIOSH). Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) có các yêu cầu cụ thể cho các bộ lọc HEPA trong các quy định của DOE. Ngoài ra, các công ty bắt đầu sử dụng một thuật ngữ tiếp thị gọi là “Chuẩn HEPA” để khiến khách hàng hiểu rằng các bộ lọc không khí do họ cung cấp thực sự được cung cấp chứng nhận đáp ứng tiêu chuẩn HEPA. Các sản phẩm được cho là “Loại HEPA”, “Tương tự HEPA”, “Kiểu HEPA” hoặc “99% HEPA” không đáp ứng được các yêu cầu trên và cũng có thể chưa được thử nghiệm trong các phòng thí nghiệm độc lập. Một số bộ lọc tương tự có thể khá giống với bộ lọc HEPA, trong khi một số bộ lọc thì lại kém hơn đáng kể.

3. Mức độ an toàn:

Bộ lọc HEPA sử dụng các cơ chế cơ học, không giống như lọc Ion và ozon sử dụng các Ion âm và Khí ozon. Vì vậy, nguy cơ dẫn đến tác dụng phụ ảnh hưởng đến phổi như bệnh hen suyễn và các bệnh dị ứng là thấp hơn nhiều khi sử dụng bộ lọc HEPA. Để chắc chắn rằng một bộ lọc HEPA có thể hoạt động hiệu quả, chúng cần được kiểm tra và thay thể ít nhất 6 tháng một lần trong môi trường công cộng. Còn trong các khu dân cư, chúng cần được thay thế sau từ 2 đến 3 năm. Nếu không thay thế bộ lọc HEPA kịp thời sẽ gây áp lực lên các máy móc và hệ thống và mất đi hiệu quả loại bỏ các chất bụi, bẩn, chất gây ô nhiểm.

4. Ứng dụng trong lĩnh vực Y tế và Sinh học:

Bộ lọc HEPA rất quan trọng trong việc phòng ngừa sự lây lan của các vi khuẩn và virus trong không khí, dẫn đến nguy cơ lây nhiễm cao. Thông thường, các hệ thống lọc HEPA sử dụng trong Y tế cũng kết hợp với hệ thống tia cực tím cường độ lớn để tiêu diệt vi khuẩn và virus bị dính trên các lưới lọc. Một số hệ thống lọc HEPA hoạt động hiệu quả cao với hiệu suất lên tới 99.995%, bảo đảm cho khả năng chống lây nhiễm trong không khí.

5. Máy hút bụi:

Nhiều máy hút bụi cũng sử dụng bộ lọc HEPA như 1 phần của hệ thống lọc. Điều này rất tốt cho những người bị dị ứng và bệnh hen suyễn, bởi các tấm lọc HEPA có thể bẫy được các hạt mịn như phấn hoa có thể gây bệnh dị ứng và hen suyễn. Để bộ lọc HEPA trong máy hút bụi hoạt động hiệu quả, máy phải được thiết kế sao cho toàn bộ không khí bị hút vào phải bị tống ra qua bộ lọc, không được có không khí rò rỉ ra qua đường khác. Điều này được gọi là “HEPA kín”, cũng có khi được gọi mơ hồ là “chuẩn HEPA”. Các máy hút bụi được dán nhãn HEPA có thể sử dụng bộ lọc HEPA, nhưng không có nghĩa là toàn bộ không khí sẽ đi qua nó. Ngoài ra, các bộ lọc của máy hút bụi được bán trên thị trường là “Tương tự HEPA” thường sẽ sử dụng 1 bộ lọc có cấu trúc tương tự HEPA nhưng hiệu quả sẽ không bằng. Do mật độ dày đặc của 1 bộ lọc chuẩn HEPA, máy hút bụi HEPA cần sử dụng 1 động cơ mạnh mẽ để cung cấp đủ năng lượng cho hệ thống. Một số model đời mới tuyên bố là tốt hơn đời cũ bởi yếu tố bộ lọc “có thể giặt”. Nhìn chung, một bộ lọc HEPA có thể giặt là rất đắt. Một số nhà sản xuất yêu cầu tiêu chuẩn lọc HEPA 4 mà không hề giải thích con số đằng sau nó. Điều này liên tưởng đến Báo cáo giá trị hiệu suất tối thiểu (MERV) của bộ lọc HEPA. Báo cáo này được sử dụng để đánh giá khả năng của một bộ lọc không khí để loại bỏ bụi từ không khí đi qua bộ lọc. MERV là một tiêu chuẩn được sử dụng để đo hiệu suất tổng thể của một bộ lọc. Thang đo MERV giao động từ 1 đến 20, và đo khả năng loại bỏ các hạt có kích thước từ 10 đến 0.3 μm. Bộ lọc có cấp độ cao hơn không chỉ loại bỏ được nhiều hạt hơn, chúng còn loại bỏ được các hạt nhỏ hơn.

6. Phương tiện:

Hàng không Các máy bay hiện đại sử dụng các bộ lọc HEPA để giảm sự lây lan của mầm bệnh trong không khí. Các nhà khoa học đã bày tỏ sự lo ngại về hiệu quả và tình trạng bảo trì các hệ thống lọc không khí vì họ cho rằng phần lớn không khí trong cabin máy bay được tái tuần hoàn. Hầu như tất cả không khí trong một chiếc máy bay, trong thực tế, được lấy từ bên ngoài, lưu thông trong cabin và thoát ra ngoài qua các van xả ở đuôi máy bay.

Phương tiện đường bộ Trong một số xe ô tô có sử dụng bộ lọc tương tự bộ lọc HEPA nhưng hiệu quả không thể bằng. Sự hiểu lầm vẫn được tiếp diễn do các hướng dẫn thay thế bộ lọc được làm giả các bộ lọc HEPA. Hiệu quả của các bộ lọc này bị các nhà sản xuất giấu kín và rất khó để đánh giá chúng, vì chúng không được kiểm tra với hệ thống MERV, dù có thể chúng sẽ có hiệu suất tương đương với MERV 8. Gần đây, Tesla Model X được cho là chiếc xe đầu tiên sử dụng bộ lọc HEPA trên thế giới. Sau khi giới thiệu Model X, Tesla đã cập nhật cho dòng Model S để cũng có được bộ lọc HEPA theo tùy chọn.

Đọc thêm tại đây