Какие есть способы очистки воздуха

Разбираемся с воздухоочистителями для дома

На рынке существует большое количество моделей воздухоочистителей с ценниками от 500 до 60 000 рублей, поэтому мы решили разложить все по полочкам: начиная с их устройства и заканчивая типами фильтров, которыми они могут комплектоваться.

Споры плесени «пойманные» HEPA-фильтром (иллюстрация научного фотографа Стефана Диллера)

Жителям мегаполисов, где автотранспорт и промышленность определяют «экологию», про необходимость очистки воздуха можно и не говорить. Есть и ряд исследований, говорящих о роли мелкодисперсных частиц в развитии дегенеративных нарушений головного мозга, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона. По данным MIT, из-за загрязнений воздуха в США ежегодно погибает около 200 тысяч человек. Особняком стоят различные заболевания, связанные с сезонной аллергией, аллергией на пыль (точнее, на пылевого клеща) и на плесень. Для решения этих проблем и нужны очистители воздуха. Однако «не все йогурты одинаково полезны». Давайте начнем с типов фильтров.

Фильтры бывают нескольких видов:

• механические (фильтр грубой очистки) — для улавливания крупных частиц;
• абсорбционные (угольные) — для улавливания запахов и токсинов;
• электростатические (ионизирующие воздух и притягивающий к себе загрязнение);
• HEPA (для улавливания даже самых мельчайших частиц, в т.ч. аллергенов);
• фотокаталитические (ультрафиолетовые), призванные обеззараживать воздух, а также окислять вредные соединения до углекислого газа и воды.

Базовый вариант

Самым простым способом очистки является прогон воздуха через фильтр грубой очистки и угольный фильтр. Благодаря такой схеме удается избавиться от неприятных запахов и удалить из воздуха относительно большие частички загрязнений вроде пуха или шерсти животных. Стоят такие модели недорого, но и особого эффекта от них нет — ведь все бактерии, аллергены и мелкие частицы по прежнему остаются неотфильтрованными.

В ряде случаев к такому очистителю добавляют ультрафиолетовую лампу, которая работает по принципу кварцевания, т.е. обеззараживает проходящий через нее воздух. Но, увы, это решение также является компромиссным, поскольку большой поток воздуха не может быть эффективно «обработан» ультрафиолетом за то короткое время, пока он проходит через камеру с излучателем.

Электростатические очистители

В этих устройствах принцип очистки немного усложняется: воздух прогоняется через электростатическую камеру очистителя, где загрязненные частицы ионизируются и притягиваются к пластинам, обладающим противоположным зарядом.

Электростатический очиститель Maxwell MW-3603 PR. Производительность: 20 м3/час

Технология является относительно недорогой и не требует использования каких-то заменяемых фильтров. К сожалению, такие очистители не могут похвастаться высокой производительностью — в противном случае за счет объема озона, образующегося на пластинах, его концентрация в воздухе превысит допустимый уровень.

Согласитесь, было бы странно бороться с одним загрязнением, активно насыщая воздух другим. Поэтому данный вариант подойдет для очистки небольшой комнаты, не подверженной сильному загрязнению.

HEPA: фильтруем тщательнее

Из атомной промышленности к нам пришла технология под названием HEPA. Вопреки распространенному мнению HEPA не является торговой маркой или конкретным производителем, а всего лишь аббревиатурой от слов High Efficiency Particulate Arrestance (англ: высокоэффективное удержание частиц).

HEPA-фильтры изготавливаются из материала, сложенного гармошкой, волокна которого переплетены особенным образом. Загрязнение улавливается тремя способами:

• Инерция: частицы диаметром более одного микрона попадают в фильтр вместе с потоком воздуха и не могут обогнуть препятствие. В результате инерционного движения они застревают в фильтре.
• Диффузия: легкие и мелкие частицы (диаметром меньше 0,1 мкм) из-за своего хаотичного движения оседают на волокнах фильтра, тогда как остальной поток воздуха обтекает препятствие и не может их подхватить.
• Зацепление: частицы, слишком крупные для диффузии и слишком мелкие для инерции летят с основным потоком. Однако часть их них все равно цепляется за волокна ткани и остается. За зацепившиеся цепляются новые частицы и так далее. К слову, за счет «зацепления» фильтр может долгое время не терять эффективности, т.к. уже «пойманные» частицы помогают поймать новое загрязнение.

Иллюстрация из Википедии

Стандарт HEPA, в самом широком его понимании, насчитывает несколько классов фильтрации. Самый распространенный (и самый дешевый) из них — Е10, и он подразумевает эффективность улавливания частиц всего лишь 85% (по сути только инерция). Затем идет E11 (эффективность 95%) и Е12 (99,5%). На самом деле, фильтры группы с E10 по E12 правильнее называть не HEPA, а EPA, однако стандарты разных стран позволяют производителям проворачивать такой фокус с названиями. Тем не менее, фильтры начиная с E12 уже можно рекомендовать к покупке, т.к. их эффективность уже на достаточной высоте.

Следующий класс H13 уже является честным HEPA и предполагает улавливание 99,95% загрязнения. То есть «ловится» практически все. Поэтому в качественных очистителях воздуха стоят именно такие фильтры.

Воздухоочиститель Bork A501. Одни из самых доступных очистителей с фильтром Hepa H13

Дальнейшее увеличение класса не имеет смысла в бытовых условиях, потому как класс Н14 предполагает эффективность в 99,995%, а следующая группа ULPA, стартующая с класса U15 — эффективность в 99,9995%.

Без сменных фильтров

Как бы эффективно не работал HEPA-фильтр, его надо менять так часто, как это указывает производитель. Как правило — не реже раз в год. Кроме того, HEPA-фильтры в основной своей массе одноразовые и их нельзя просто помыть водой. Учитывая, что стоят они недешево, можно попробовать сэкономить и заодно решить проблему с увлажнением воздуха. Поможет в этом такой класс устройств как «мойки воздуха».

Очистка в этом случае происходит за счет прохождения воздушного потока через смоченные водой диски или облако мелких капель, в результате чего воздух насыщается влагой и отдает крупные частицы загрязнения. Увы, степень очистки таким водяным фильтром не очень высокая (на уровне HEPA E10, не больше), тем не менее, если вам необходим в первую очередь именно увлажнитель, такое решение будет оправдано.

Фотокаталитические

Несколько лет назад возникло перспективное направление так называемых фотокаталитических очистителей. В теории все было достаточно радужно — воздух через фильтр грубой очистки попадает в блок с фотокатализатором (оксидом титана), где под воздействием ультрафиолетового излучения вредные частицы окисляются и разлагаются.

Считается, что такой фильтр очень хорошо борется с пыльцой, спорами плесени, газообразными загрязнениями, бактериями, вирусами и тому подобным. Более того, эффективность такого очистителя никак не зависит от степени загрязнения фильтра, т.к. грязь там не накапливается.

Однако в данный момент эффективность такого вида очищения также стоит под вопросом, поскольку фотокатализ идет только на внешней поверхности фильтра, и для значимого эффекта очистки воздуха необходима площадь в несколько квадратных метров при интенсивности ультрафиолетового излучения не менее 20 Вт/м 2 . Эти условия не выполняются ни в одном из выпускаемых на сегодня фотокаталитических воздухоочистителей.

Признается ли данная технология эффективной и будет ли она модернизирована — покажет время.

Одним из важных показателей работы любого воздухоочистителя является скорость очистки воздуха в помещении (CADR), которая определяется произведением коэффициента фильтрации на объем пропущенного через фильтры воздуха. Обычно этот показатель указывается для нескольких типов загрязнений и сопровождается сертификатами от различных исследовательских центров и ассоциаций.

Поскольку мы живем не в герметично закрытых, а в вентилируемых помещениях, хороший аппарат должен успеть очистить воздух прежде, чем мы его вдохнем. Поэтому принято считать, что очиститель в течение часа должен прогнать через свои фильтры весь объем воздуха в помещении примерно 2-3 раза. Соответственно, рекомендуемый показатель CADR для комнаты 20 м2 и потолками 2,7 м должен быть не ниже 100 м3/час.

Интересные модели

Выбор очистителей на рынке весьма широк, и мы хотели бы порекомендовать вам парочку любопытных моделей. Одна из них — Dyson HP00 Pure Hot + Cool.

Примечателен он безвентиляторной конструкцией и наличием подогрева воздуха, а также магнитным пультом, который крепится к железной поверхности очистителя.

Среди минусов можно отметить, что производителем не раскрывается показатель скорости очистки — CADR. И судя по отзывам пользователей, производительность устройства не такая высокая, как у специализированных очистителей. С другой стороны, это единственный очиститель, работающий еще и как нагреватель. Также многих может смутить высокая цена — около 35 тыс. руб. Но тут уже каждый решает сам.

Еще одна интересная модель — очиститель-обеззараживатель воздуха Tion Clever. Ее нет в нашем ассортименте, но она широко распространена на рынке.

Отечественная компания Tion более известна как производитель приточной домашней вентиляции. Тем не менее, в ее ассортименте есть и классическая климатическая техника. Тот же Clever примечателен в первую очередь тем, что в нем объединено большинство технологий очистки. Правда, цена тоже соответствующая — 30 тыс. руб.

Выводы

Если бюджет ограничен, можно остановиться на простой модели с электростатическим фильтром. При этом важно понимать, что такой очиститель будет иметь низкую производительность, но для улавливания крупной пыли его будет вполне достаточно.

Самые эффективные очистители воздуха оснащены HEPA-фильтрами класса не ниже H13. При этом сами фильтры являются расходниками и стоят недешево.

Если вам нужна система увлажнения воздуха, то существуют комбинированные «мойки воздуха», работающие и как очиститель, и как увлажнитель. Увы, без HEPA-фильтра они очищают воздух не так эффективно, хотя обходятся в обслуживании дешевле за счет отсутствия сменных элементов.

Фотокаталитические фильтры кажутся в данный момент наиболее перспективной разработкой, так как улавливают мелкие загрязнения и не требуют покупки расходников. Однако реальная эффективность данной технологии все еще под вопросом. Что ж, подождем, пока появятся новые результаты исследований или модернезированные варианты с гарантированной эффективностью.

Источник

Города будущего: как улучшить качество воздуха?

История глобального загрязнения

Всю свою промышленную историю человечество в той или иной мере загрязняло окружающую среду. Причем, не стоит думать, что загрязнение — изобретение 19-20 века. Так уже в 13-14 веке китайские литейщики серебра хана Хубилая сжигали колоссальное количество дров, тем самым загрязняя землю продуктами горения.Причем, по оценкам археологов, скорость загрязнения была в 3-4 раза больше, чем в современном Китае, который, как известно, не ставит экологичность производства на первое место.

Однако, после промышленной революции с появлением промышленного районирования, развития тяжелой промышленности, роста потребления нефтепродуктов, загрязнение природы, и в частности атмосферы стало глобальным.

Динамика выброса углерода в атмосферу

К концу 20 века, по крайней мере в развитых странах, пришло осознание необходимости очистки воздуха, и понимание того, что от экологии зависит благополучие не только отдельных стран, но и человека как вида.

Началось глобальное движение за законодательное ограничение выбросов в атмосферу, что в итоге было закреплено в Киотском протоколе (был принят в 1997), который обязывал подписавшие страны квотировать вредные выбросы в атмосферу.

Помимо законодательства совершенствуются также и технологии — сейчас благодаря современным устройствам для очистки воздуха можно улавливать до 96-99% вредных веществ.

Средства защиты атмосферы

Выделим основные меры по очистке атмосферного воздуха и защите атмосферы от вредного антропогенного влияния:

• Внедрение современных экологически безопасных технологических процессов на производстве. Создание малоотходных или замкнутых технологических циклов, которые способствуют полному исключению или же значительному снижению вредных выбросов в атмосферу. Предварительное очищение используемого сырья, для снижения в его составе вредных примесей. Переход на альтернативные источники энергии, которые вообще не имеют вредных компонентов, загрязняющих атмосферу, либо, имеют минимальное содержание вредных веществ. Переход с двигателей внутреннего сгорания, на альтернативные моторы: электродвигатели, гибридные, водородные и другие.
• Внедрение очистных сооружений. К средствам защиты атмосферы от вредного влияния жизнедеятельности человека должны относиться способы очистки воздуха при помощи очистных сооружений, которые позволят довести до минимума вредные выбросы в атмосферу на производстве и в сельском хозяйстве.
• Внедрение санитарных зон. СЗЗ – санитарно-защитная зона – полоса территории, которая разделяет промышленную зону от жилой. Ранее при строительстве промышленных и жилых объектов практически не обращали внимание на использование санитарно-защитных зон, что приводило к размещению рядом производственной и жилой зоны. Установление ССЗ, ее длина, ширина, площадь определяются исходя из количества выделяемых в атмосферу вредных примесей.
• Внедрение правильного архитектурно-планировочного разделения подразумевает правильное расположение промышленных производств и жилых сооружений: с учетом рельефа местности, направления ветра, автомобильных и других видов дорог.

Законодательное обоснование применения систем очистки воздуха на промышленных предприятиях

Основной документ, регулирующий вопросы экологии в РФ — Федеральный Закон № 7 «Об охране окружающей среды». Именно он определяет понятие правила природопользования, содержит нормы пользования окружающей средой.

Виды и меры наказания для нарушителей экологического права содержится в Гражданском и Трудовом кодексе РФ.

В случае загрязнения воздуха, следующие наказания предусмотрены для нарушителей:

• За выброс вредных веществ в атмосферу устанавливаются штрафы: для предпринимателей от 30 до 50 тысяч рублей, для юридических лиц — от 180 до 250 тысяч рублей.
• За нарушение условий специального разрешения на выброс вредных веществ устанавливается штраф для юридических лиц от 80 до 100 тысяч рублей.
• и т.д.

Области применения систем очистки воздуха

Средства для очищения воздуха в том или ином виде есть на каждом промышленном производстве. Но особенно они актуальны для:

• Предприятий металлургической сферы, которые выбрасывают в атмосферу:

черная металлургия — твердые частицы (сажа), оксиды серы, оксид углерода, марганец, фосфор, пары ртути, свинец, фенол, аммиак, бензол и т.д.

цветная металлургия — твердые частицы, оксиды серы, оксид углерода, другие токсичные вещества.

• Горно обогатительных комбинатов, которые загрязняют атмосферу сажей, оксидами азота, серы и углерода, формальдегидами;

• Нефтеперерабатывающих комплексов — в процессе работы выбрасывают в атмосферу сероводород, оксиды серы, азота и углерода;

• Химических производств, которые выбрасывают высокотоксичные отходы — оксиды серы и азота, хлор, аммиак, фторовые соединения, нитрозные газы и т.д.;

• Предприятий энергетики (тепловых и атомных электростанций) — твердые частицы, оксиды углерода, серы и азота.

Задачи, которые выполняют системы воздухоочистки

Основные задачи любой системы очистки атмосферного воздуха на предприятии сводятся к:

• Улавливанию частиц — остатков продуктов горения, пыли, аэрозольных частиц и т.д. для их последующей утилизации.
• Отсеиванию посторонних примесей — пара, газов, радиоактивных компонентов.
• Улавливанию ценных частиц — отсеивание от основной массы частиц, сохранение которых имеет экономическое обоснование, к примеру оксидов ценных металлов.

Критерии выбора очистителей

Очистка воздуха в помещении сегодня очень актуальна для многих людей, живущих в городе. Его качество оставляет желать лучшего, поэтому активное развитие получила не только промышленная очистка продуктов производства, но и бытовая очистка воздуха от запахов, вредных веществ, табака, пыли.

Чтобы получить качественное и чистое воздушное пространство в помещении, необходимо оборудование с качественными и эффективными фильтрами.

Классификация основных методов очистки воздуха

Стоит сразу отметить, что универсального способа не существует, поэтому на предприятиях нередко используются многоступенчатые методы очистки воздуха, когда применяется несколько способов для достижения лучшего эффекта.

Виды очистки воздуха можно классифицировать как по способу работы:

• Химические методы очистки загрязненного воздуха (каталитическиее и сорбционные методы очистки)
• Механические методы очистки воздуха (центробежная очистка, очистка водой, мокрая очистка)
• Физико-химические методы очистки воздуха (конденсация, фильтрование, осаждение)

Так и по тому типу загрязнения:

• Аппараты для очистки воздуха от пылевогозагрязнения
• Аппараты для очистки от газового загрязнения

Теперь рассмотрим сами методы.

Методы очистки

На сегодняшний день существуют различные методы очищения, выделим самые эффективные.

Озонный метод

Озонный метод используют для очистки атмосферного воздуха от вредных выбросов и дезодорации выбросов с промышленных предприятий. Делают это путем введения озона, который способствует ускорению окислительных реакций. Время контакта газа с озоном, для обезвреживания вредных компонентов составляет от 0,5 до 0,9 секунды.

Усредненные затраты на использование озона в качестве дезодоратора и очистителя составляют до 4,5% от мощности энергоблока. Такая очистка воздуха от вредных веществ, обычно, используется не в промышленности, а при переработке животного сырья (мясо и жирокомбинаты), а также в быту.

Термокаталитический метод

Основан на использовании в качестве очистителя — катализатора. В емкости (реакторе) с содержанием катализатора происходит очищение токсичных газообразных примесей. Катализаторами обычно выступают: минералы, металлы, которые обладают сильными межатомными полями. Катализатор должен иметь устойчивую структуру в условиях возникновения реакции.

Этим способом выполняется эффективное очищение от запахов и вредных соединений. Он довольно дорогой. Поэтому главная тенденция последних лет направлена на создание и развитие недорогих катализаторов, которые эффективно работают при любых температурах, в любых условиях, устойчивы к ядовитым соединениям, и, кроме этого, являются энергоэффективными, с минимальными затратами на их эксплуатацию. Использование катализаторов, в качестве очистителей, довольно широко применяется при очищении газов от оксидов азота.

Абсорбционный метод

Заключается в растворении в жидком растворителе газообразного компонента. Загрязнитель выделяют при помощи жидкости, которую используют один раз. Так получают минеральные кислоты, соли и другие вещества. Плазмохимический метод заключается в использовании в качестве очистителя высоковольтных разрядов, через которые пропускают загрязненную воздушную смесь. В качестве оборудования применяют электрофильтры.

Адсорбционный метод

Его можно назвать одним из самых распространенных, особенно на территории США. Очищение воздушного пространства от вредных примесей на основе адсорбции доказало свою эффективность в промышленной эксплуатации.

Специальные системы, где основные адсорбенты это сорбенты, оксиды и активированные угли, позволяют не только очистить плохо пахнущие дымовые газы от запаха, но и в разы снижают содержание в них вредных веществ, а после этого выполняют каталитическое или термическое дожигание, чтобы добиться максимального результата. Особенно данный комплекс мер часто применяют в химической, фармацевтической или пищевой промышленности.

Термический метод или термическое дожигание

Из названия понятно, что очищение вредных выбросов заключается в их термическом окислении, при температуре от 750 до 1200 °C. Этим способом достигается 99% очистка газов. Из недостатков следует отметить ограниченность применения.

Этот способ эффективный для очистки газов, содержащих твердые включения в виде: углерода, сажи, древесной пыли. Если в выбросах содержатся такие примеси, как сера, фосфор, галогены, то продукты горения при использовании термокаталитического метода по своей токсичности будут превосходить исходные.

Плазмокаталитический

Новый метод, объединяющий в себе методы очистки воздуха от вредных веществ: каталитический и плазмохимический. Эти мероприятия по очистке воздуха от вредных веществ хорошо изучены и широко применяются на практике, а данный метод, является новым и высокоэффективным. Происходит двухступенчатая очистка через реакторы:

1. Плазмохимический реактор, в котором происходит озонирование.
2. Каталитический реактор. На первом этапе вредные примеси проходят через высоковольтный разряд, где, взаимодействуя с продуктами электросинтеза, переходят в экологически безопасные соединения. На втором этапе происходит финишная очистка при помощи синтеза на молекулярный и атомарный кислород. Остатки вредных веществ окисляются кислородом.

Недостатком этого метода является его дороговизна и обязательная предварительная очистка воздуха от пыли. В особенности, при ее большом содержании.

Фотокаталитический

Фотокаталитический метод очистки воздуха от вредных веществ также относится к современным, инновационным, которые применяются все чаще. Применяется аппарат для очистки воздуха на основе катализаторов из TiO2 (оксид титана), которые облучаются ультрафиолетом. Этот метод широко используется в бытовых очистительных приборах и является одним из самых эффективных путей очищения поступающего воздуха.

Основные способы очистки воздуха от взвешенных частиц

Осаждение — посторонние частицы отсеиваются от основной массы газа за счет воздействия определенной силы:

• Силы тяжести в пылеосадительных камерах.
• Инерционных сил в аппаратах-циклонах, в инерционных пылеуловителях в механических сухих пылеуловителях.
• Электростатические силы, которые используются в электрофильтрах.

Примеры пылеосадительных камер

Фильтрование — посторонние частицы отсеиваются при помощи специальных фильтров, которые пропускают основную массу воздуха, но задерживают взвешенные частицы. Основные типы фильтров:

• Рукавные фильтры — в корпусе таких фильтров расположены рукава из ткани (чаще всего используется орлон, байка или стекловолоконная ткань), через которые проходит поток загрязненного воздуха из нижнего патрубка. Грязь оседает на ткани, а чистый воздух выходит из патрубка в верхней части фильтра. В качестве профилактики, рукава периодически встряхиваются, грязь с рукавов падает в специальный отстойник.

• Керамические фильтры — в таких устройствах используют фильтрующие элементы из пористой керамики.

• Масляные фильтры — такие фильтры представляют собой набор отдельных ячеек-кассет. Внутри каждой ячейки располагаются насадки, которые смазываются специальной смазкой с высокой вязкостью. Проходя через такой фильтр, частицы грязи прилипают к насадкам.

Пример рукавного фильтра

• Электрические фильтры — в таких устройствах газовый поток проходит через электрическое поле, мелкодисперсные частицы получают электрический заряд, после чего оседают на заземленных осадительных электродах.

Пример электрического фильтра

Мокрая очистка — посторонние частицы в газовом потоке осаждаются при помощи водяной пыли или пены — вода обволакивает пыльи с помощью силы тяжести стекает в отстойник.

Чаще всего для мокрой очистки газа используются скрубберы — в этих устройствах поток загрязненного газа проходит через поток мелкодисперсных капель воды, они обволакивают пыльи под действием силы тяжести оседают и стекают в специальный отстойник в виде шлама.

Существует около десяти типов скрубберов, различающихся по конструкции и принципу работы, отдельно стоит выделить:

1. Скрубберы Вентури — имеют характерную форму в виде песочных часов. В основе работы таких скрубберов — уравнение Бернулли — увеличение скорости и турбулентности газа вследствие уменьшение площади потока. В точке максимальной скорости, в центральной части скруббера, газовый поток смешивается с водой.

2.Форсуночные полые скрубберы — конструкция такого скруббера представляет полую цилиндрическую емкость, внутри которой расположены форсунки для распыления воды. Капли воды захватывают частицы пыли и под действием силы тяжести стекают в отстойник.

Схема форсуночного полого скруббера

3.Пенно-барботажные скрубберы — внутри таких скрубберов расположены специальные барботажные насадки в форме решетки или тарелки с ответсвиями, на которой находиться жидкость. Поток газа, проходя через жидкость на большой скорости (более 2 м/с), образует пену, которая успешно очищает поток газа от посторонних частиц.

4.Насадочные скрубберы, они же башня с насадкой — внутри таких скрубберов расположены различные насадки (седла Берля, кольца Рашига, кольца с перегородками, седла Берля и т.д.), которые увеличивают площадь соприкосновения загрязненного воздуха и очищающей жидкости. Внутри корпуса также расположены форсунки для орошения потока загрязненного газа.

Источник