Очистители воздуха

Методы очистки и стерилизации воздуха

Культивирование микроорганизмов – продуцентов биологически активных веществ в глубинных условиях помимо собственно биосинтеза включает ряд вспомогательных технологических операций. Прежде всего это получение сжатого стерильного воздуха, подаваемого на аэрацию, приготовление и стерилизация питательной среды, подготовка оборудования. Эти операции во многом определяют качественные и количественные показатели процесса биосинтеза, поэтому к их аппаратурному оформлению и режиму работы предъявляют повышенные требования.

При выращивании микроорганизмов в глубинных условиях требуется непрерывная подача стерильного воздуха в ферментаторы, на аэрацию культуральной жидкости. Воздух, подаваемый в ферментатор, не только снабжает растущую культуру кислородом, но и отводит газообразные продукты обмена и физиологическое тепло, выделяемое микроорганизмами в процессе развития, позволяет достигать однородности микробной суспензии, увеличивает скорость массопередачи и перемешивания жидкой питательной среды.

Очистка и стерилизация воздуха достигаются различными способами, предусматривающими прежде всего уничтожение микроорганизмов или их отделение. Используются методы газовой очистки или применение антисептиков (фенол- и ртуть-содержащих соединений), повышенные или пониженные температуры, ультрафиолетовые облучения, ионизирующие излучения. Примеры промышленного использования антисептиков, повышенных или пониженных температур и других факторов свидетельствуют о их ненадежности. Более того, эти сложные приемы мало экономичны из-за высокой устойчивости спор и конидий к высоким температурам и ионизирующим излучениям. В процессах микробиологического синтеза воздух, подаваемый на аэрацию, должен быть очищен на 99,9999999 % от примесей и микроорганизмов размером до 1 мкм. Это требование заставляет отказаться от многих методов газовой очистки (седиментация, механическая фильтрация, инерционные и центробежные методы, аппараты мокрой очистки) как неэффективных, обеспечивающих удаление только грубых частиц.

Применение электрофильтров дает возможность очистить воздух только на 85-99%.

Наибольшее распространение получил метод фильтрации воздуха через волокнистые (маты, бумага, картон), пористые (полимеры, металлокерамика) или зернистые материалы. Такие материалы недорогостоящи в изготовлении и обладают высокой эффективностью стерилизации. Несмотря на то что волокнистые фильтры имеют диаметр не менее 5 мкм и слабое уплотнение (промежутки не менее 50 мкм), они легко задерживают большинство микроорганизмов со средним размером около 1 мкм. Обработку технологического и вентиляционного воздуха необходимо рассматривать как элемент технологии, играющий существенную роль в обеспечении выпуска продукции высокого качества.

Системы стерилизации воздуха классифицируются по технологическим признакам:

1) подготовка и подача воздуха или смеси газов на аэрацию культуральной жидкости в ферментаторах при аэробном культивировании;

2) подготовка и подача инертных газов (диоксид углерода, азот или их смеси) для «отдувки» из культуральной жидкости газообразных продуктов, ингибирующих рост микроорганизмов при анаэробном культивировании;

3) подготовка и подача (транспортного) сжатого воздуха и обеспечение вакуума для передачи микробных суспензий и стерильных жидкостей из одной емкости в другую (ферментаторы, дозаторы, мерники и т. д.) или в аппараты для дальнейшей обработки (центрифуги, сепараторы, отстойники, испарители, флотаторы);

4) очистка воздуха или смеси газов, отводимых от всех видов технологического оборудования.

Каждая из этих систем имеет свои особенности, но процессы стерилизации связаны общей теоретической основой.

Электрическая очистка воздуха: принцип работы

Зарядка частиц

ударной зарядкидиффузионной зарядкиПроцессы зарядки

• способность частицы к зарядке (скорость зарядки и предельный заряд, больше которого частица зарядиться не может);
• время, отпущенное на процесс зарядки;
• электрические параметры области, в которой находится частица (напряженность электрического поля, концентрация и подвижность ионов)

Дрейф и осаждение частиц

• электростатических сил притяжения, обусловленных наличием заряда на частице;
• молекулярных сил;
• сил, обусловленных капиллярными эффектами (в случае присутствия достаточного количества жидкости и способности частицы и электрода к смачиванию).

• производство положительных ионов для зарядки частиц;
• обеспечение электрического поля для направленного дрейфа ионов (необходимого для зарядки частиц) и для направленного дрейфа заряженных частиц к осадительному электроду (необходимого для осаждения частиц).

• высокая количественная концентрация частиц загрязнений; приводит к дефициту ионов (большая их часть осаждается на частицах), в результате чего снижается интенсивность коронирования, вплоть до прекращения (явление носит название запирание короны), ухудшению параметров электрического поля в промежутке ; это приводит к падению эффективности процесса зарядки;
• накопление слоя пыли на осадительном электроде:
  • если слой обладает высоким электрическим сопротивлением, то в нем накапливается электрический заряд того же знака, что и заряд дрейфующих частиц (и полярность коронирующего электрода), в результате чего:
    • снижается интенсивность коронного разряда (из-за деформации электрического поля в промежутке), что негативно отражается на процессе зарядки частиц и процессе дрейфа частиц к осадительному электроду;
    • заряженный слой оказывает отталкивающее действие на осаждающуюся частицу , имеющую заряд того же знака, что негативно отражается на процессе осаждения;
• электрический ветер (возникновение воздушного потока в направлении от коронирующего электрода в сторону осадительного электрода) в некоторых случаях может оказывать заметное влияние на траекторию движения частиц, особенно мелких.

Как выбрать фотокаталитический очиститель?

Покупая прибор с фильтром, необходимо определиться с его мощностью. От мощности зависит площадь, которую может охватить прибор. Для круглосуточной работы очистителя стоит подобрать модель с минимальным энергопотреблением. Иначе счета за свет будут внушительными. Фотокаталитический очиститель высокой мощности может очистить помещение до приемлемого уровня за несколько часов, и включать его на сутки не требуется.

Если в доме живет человек, страдающий аллергией, то дополнительный НЕРА-фильтр в фотокаталитическом устройстве просто необходим. Он удерживает пыльцу, шерсть домашних животных и разную пыль. НЕРА-фильтр не всегда включен в комплект такого очистителя, его наличием лучше поинтересоваться заранее.

Не нужно пренебрегать и другими опциями прибора. Перед приобретением стоит выяснить тип загрязнения воздуха. Если органические частицы в воздушном пространстве соединены с неорганическими, фотокаталитический фильтр смешанного типа подойдет лучше всего. Когда помимо окислителя в приборе установлены и иные фильтры, его результативность повышается в десятки раз.

В продаже имеются модели с гигрометрами, датчиками загрязнения воздуха. Также реализуется техника с функцией самоочищения. При редком использовании нет нужды покупать очиститель с опцией увлажнения, чтобы налитая вода не зацвела в резервуаре.

Фотокаталитический фильтр – устройство нового поколения, в котором благодаря химическим процессам происходит улавливание и уничтожение воздушных загрязнений. Этот прибор может справиться с самыми сложными задачами по очистке помещения от органических частиц. Может работать также и с некоторыми неорганическими соединениями. На сегодняшний день в своем классе фотокаталитический фильтр занимает лидирующую позицию. Его используют не только дома, но и в офисных помещениях, а также в учреждениях разного типа.

https://youtube.com/watch?v=7unhAJsb8vk

На что способен инновационный очиститель?

Фотокаталитический фильтр перерабатывает следующие воздушные загрязнения:

• Токсичные соединения (кетон и альдегид).
• Пылевых клещей и продукты их жизнедеятельности.
• Пыль.
• Чешуйки кожи, которыми наполнены все помещения, где живут люди.
• Плесень, пыльцу, разные аллергены.
• Дым табака, частички копоти, угарный газ, формальдегид.
• Неприятные запахи и испарения, в том числе и летучие вещества, входящие в состав бытовой химии.

Устройство также способно вести борьбу с бактериями. Вирусы и микробы безжалостно обеззараживаются фильтром в процессе работы. Устройство способно уничтожать даже вирусы гриппа и туберкулеза, а также может справиться и с другими микробами.

Как выбрать

Если после ознакомления с принципом работы, достоинствами и недостатками вы решили приобрести фотокаталитический очиститель воздуха, то учтите некоторые нюансы:

• Выбор прибора должен основываться на площади того помещения, в котором он будет эксплуатироваться. Это позволит избежать лишних энергозатрат и снижения эффективности очистки.
• Оцените качество загрязнения воздуха. Если неорганические вещества и частицы преобладают, то выберите другой способ их удаления.
• Большую роль играет и степень загрязнения помещения. Так, в обычной квартире, где периодически курит кто-то из домочадцев, фотокаталитический очиститель вполне справится со своими задачами, а вот в «курилке» бара – вряд ли. Для этого его фильтр должен быть размером с обеденный стол.

Как работает фотокаталитический очиститель?

Очиститель относится к приборам длительного пользования. Благодаря переработке вредных веществ, он служит довольно долго без замены. Система очистителя воздуха состоит из ультрафиолетового излучателя и катализатора. Корпус выполнен из прочных материалов, не подверженных коррозии и повреждениям.

Сам фильтр изготовлен из пористого стекла. Этот материал способен собирать и удерживать мелкие частицы из окружающей среды. Роль катализатора в фильтре выполняет диоксид титана. Производители наносят его на пористое стекло сверхтонким слоем.

Под воздействием лучей ультрафиолета диоксид титана трансформируется в окислитель. Такой продукт может окислять органику в воздухе, делая ее безвредной водой и углекислым газом. Выделенной жидкостью прибор увлажняет комнаты в доме.

Достоинства и недостатки

Фотокаталитические очистители воздуха характеризуются рядом особенностей, которые делают их достойными конкурентами привычным фильтрам:

• Благодаря способности разлагать даже растворенные в воздухе вещества органической природы, такие очистители способны избавить воздух от многих неприятных запахов и вредных для наших организмов смол.
• Фотокатализ позволяется бороться не только с мертвыми органическими частицами, но и с живыми, то есть, с бактериями, вирусами, спорами грибов. Традиционные фильтры не способны обеспечить такую степень очистки.
• Фотокаталитические воздухоочистители не накапливают загрязнения внутри себя, поэтому не нуждаются в чистке!
• Они потребляют меньше электроэнергии в отличие от обычных фильтров, так как нагнетающему насосу не нужна большая мощность для прогона воздуха через плотные фильтрационные материалы.

При всех своих достоинствах, очистители на основе фотокатализа имеют и недостатки:

• Они абсолютно бессильны против неорганических загрязнений воздуха. Так, очистить воздух от цементной пыли во время ремонта вам не удастся.
• Такие очистители не различают полезные и вредные микроорганизмы. И если эффективная борьба с вирусами идет на пользу человеческому организму, то гибель полезных может сказаться на иммунитете. Особенно на детском, который находится в стадии своего становления. Именно поэтому специалисты не рекомендуют часто использовать фотокаталитические очистители в детских комнатах.

Схема и принцип работы

В основе работы данного типа воздухоочистителя лежит явление фотокатализа, представляющего собой ускорение тех или иных химических реакций под воздействием специального вещества-катализатора и одновременного с ним воздействия света. Катализатором служит диоксид титана – вещество с минимальной химической активностью, что делает возможным его применение даже в пищевой промышленности. Так, с его помощью порошковое молоко «окрашивают» в белый цвет.

Химическая инертность диоксида титана сводится на нет под воздействием Уф-лучей, превращающих его в сильный окислитель. В таком состоянии он способен разлагать на воду и углекислый газ многочисленные органические вещества, что имеет принципиальное значение для очистки воздуха.

Объясняется это довольно просто — почти все загрязняющие воздух вещества являются именно органическими. К ним относятся витающие в виде пыли омертвевшие частички кожи, волос и ворса. Даже некоторые запахи, которые мы чувствуем, являются растворенной в воздухе органикой. Примером может служить обычный никотин.

В роли фильтра в фотокаталитическом очистителе выступает так называемое «пористое стекло» с превосходными адсорбирующими свойствами, позволяющими легко впитывать имеющиеся в воздухе загрязнения. На этот материал тонким и хорошо светопроницаемым слоем, что обеспечивается нанонапылением, нанесен диоксид титана. Под воздействием мощного УФ-излучения он разлагает на воду и углекислый газ все впитанные «пористым стеклом» вещества. Вода без проблем испаряется, дополнительно увлажняя очищенный воздух.

Неоднородное электрическое поле

неоднородное

Коронный разряд

• в небольшой области, приближенной к проволочному электроду, напряженность электрического поля может достигать высоких значений (значительно превышающих 30кВ/см), достаточных для возникновения интенсивных ионизационных процессов в воздухе;
• одновременно с этим, в большей части межэлектродного пространства напряженность электрического поля будет принимать невысокие значения – менее 10 кВ/см.

коронным разрядомкоронирующим электродомзона ионизации(или чехол разряда)зона дрейфаток коронного разрядалавиннуюстримерную

Эксперимент #3

Эксперимент #4

Эксперимент #5

• геометрические параметры межэлектродного пространства:
  • геометрические параметры коронирующего электрода;
  • межэлектродное расстояние;
• полярность электропитания, подводимого к коронирующему электроду;
• параметры воздушной смеси, заполняющей межэлектродное пространство:
  • химический состав;
  • влажность;
  • температура;
  • давление;
  • примеси (частицы аэрозолей, например: пыль, дым, туман)
• в некоторых случаях материал (значение работы выхода электрона) отрицательного электрода, так как с поверхности металлического электрода при бомбардировке ионами и при облучении фотонами может происходить отрыв электронов.

Электродные системы электрических фильтров

• каждая частица загрязнения должна достигнуть поверхности осадительного электрода;
• каждая частица, достигнувшая осадительного электрода, должна надежно удерживаться на его поверхности до момента ее удаления при чистке.

• увеличение скорости дрейфа W;
• снижение скорости воздушного потока Vв.п.;
• увеличение длины S осадительных электродов по ходу движения воздуха;
• уменьшение межэлектродного расстояния L, что приведет к уменьшению расстояния A (которое необходимо преодолеть частице, чтобы достигнуть осадительного электрода).

• электрический разряд в электродной системе не протекает (ионизационные процессы отсутствуют), поэтому токсичные газы не вырабатываются;
• в межэлектродном пространстве образуется однородное электрическое поле, поэтому пробойная прочность межэлектродного промежутка выше, чем эквивалентного промежутка с коронирующим электродом.

Пример: рассмотрим два промежутка с одинаковым межэлектродным расстоянием L=30мм: с коронирующим электродом и с пластинчатым электродом; пробойное значение средней напряженности для промежутка с неоднородным полем не превышает 10кВ/см ; пробойная прочность промежутка с однородным полем составляет около 28кВ/см, (более, чем в 2 раза выше).

• уменьшится расстояние, которое необходимо преодолеть заряженной частице, чтобы достигнуть осадительного электрода;
• увеличится пробойная прочность межэлектродного промежутка (видно из уравнения критической напряженности воздушного промежутка), благодаря чему будет возможно обеспечить еще более высокие значения напряженности электрического поля в зоне осаждения.

Например, пробойная напряженность при межэлектродном расстоянии L=30мм составляет около 28кВ/см, а при L=6мм – около 32кВ/см, что на 14% выше.

Плюсы и минусы действенного очистителя

К плюсам данного устройства относят высокую степень очистки, безотходный способ утилизации мусора и бактерий, способность к самоочищению, низкое энергопотребление, безопасность, экологичность, простоту обслуживания.

Фильтр очистителя не нужно менять, замены может потребовать только ультрафиолетовая лампа. Срок ее службы варьируется от 1 года до 3 лет. Очистка этим прибором в 500 раз эффективнее, чем очистка угольным фильтром.

К минусам устройства можно отнести его бессилие перед неорганическими загрязнениями. Он не справится со строительной пылью, а также с иными неорганическими частицами. Поэтому для очистки воздуха в помещении во время ремонта этот фильтр не подойдет. Помимо этого, агрегат очищает воздух от любых бактерий на 99%, и не рекомендован к использованию в детской комнате, так как снижает сопротивляемость иммунитета излишней стерильностью воздушной среды. Для взрослых он безвреден, потому что иммунитет взрослого человека уже сформирован и не требует специальной тренировки.

Список источников

• udobnovdome.ru
• sovetchiki.org
• habr.com
• www.spec-kniga.ru