מסנן אבסולוטי

סקירה

סינון אבסולוטי משמעותו "קליטת חלקיקים ביעילות גבוהה", או, כפי שמוגדר באופן רשמי על ידי משרד האנרגיה האמריקנית" (DOE) יעילות גבוהה של קליטת חלקיקי אוויר". זהו סוג של מסנן אוויר היכול באופן תיאורטי להסיר לפחות 99.97% של אבק, אבקנים, עובש, חיידקים, וכל חלקיק הנישא באוויר בעל גודל של 0.3 מיקרומטר (UM) במהירות של 85 ליטר לדקה (LPM) . במקרים מסוימים אף עשוי מסנן זה לצמצם או לבטל זיהום נגיפי. מפרט הקוטר של 0.3 מגיב לגודל חלקיקים החודרני ביותר (MPPS) . חלקיקים שהינם קטנים או גדולים יותר נלכדים ביעילות גבוהה עוד יותר. שימוש בנתוני גודל חלקיקים הגרועים ביותר מניב את דירוג היעילות הגרוע ביותר (כלומר, 99.97% או טוב יותר לכל גדלי החלקיקים).
היסטוריה

במסננים אבסולוטים נעשה שימוש גם לצורך סינון רססים מסוכנים ביותר, כגון רסס רדיואקטי, רסס ביולוגי, ורסס רעיל ביותר (כגון חומרים מסרטנים). במקרה של התפרצות גרעינית, ביולוגית, או כימית, מסננים אבסולוטים הם קו הגנה האחרון בין הזיהום לאלה העלולים להיות חשופים אליו.

המסננים האבסולוטים הראשונים פותחו בשנות ה -1940 על ידי הוועדה לאנרגיה האטומית של ארצות הברית, כדי למלא צורך סודי ביותר לדרך יעילה ואפקטיבית לסינון זיהומים של חלקיקים רדיואקטיביים. הם היו נחוצים כחלק מפרויקט מנהטן, שהיווה את פרוייקט הפיתוח של פצצת האטום. מסנני אוויר אבסולוטי הראשונים היו מגושמים ביותר בהשוואה למסנני אוויר אבסולוטים המיוצרים כיום. טכנולוגיית הסינון האבסולוטי הותרה לפרסום לאחר מלחמת העולם השניה ולאחר מכן אושרה לשימוש מסחרי ואזרחי.

להלן רשימה כרונולוגית של אירועים בהיסטוריה של מסננים אבסולוטים:

·        פותחו במהלך מחקר על בלימת רסס רדיואקטיבי של פצצות אטום במלחמת העולם השנייה שנקראו 'superimpingement' או מסנני 'superinterception' ומאוחר יותר כונו מסננים "אבסולוטיים"

·        מסנני אב הטיפוס הראשונים עשו שימוש בדשא מסוג Esparto כאמצעי סינון

·        בשנת 1950 הוכנסו סיבי זכוכית (פיברגלאס) לתוך הנייר

·        בשנת 1960 הומצאה הזרימה הלמינרית הנקיה הראשונה במעבדה הלאומית Sandia

·        ב -1960 מפרטים עברו סטנדרטיזציה ונקראו מסנני HEPA

בשנת 1970 הוסר האזבסט
מאפיינים

·        במבט חטוף, במסננים אבסולוטים קיימים המאפיינים הבאים: רוב קווי הייצור של מוליכים למחצה סאב-מיקרוניים עושים במסננים אבסולוטיים ביעילות גבוהה מאוד – D-Type ULPA – כשיפור לעומת המסננים האבסולוטים המסורתיים לסביבות Class-1 ו- Class-10.

·        גודל רגיל הוא 3 ft. x 6 ft. x 5.875 in במסגרת

·        כאשר הם חדשים, ירידת הלחץ המקסימאלית הינה 1 אינץ' של מים = 0.036 psi

·        כל 2 רגל של פתיחה מתאימים לכ -50 רגל של אזור נייר

·        מיועדים עבור 90 LFM של מהירות אוויר, או 45.7 סנטימטר / לדקה

·        מיועדים לכניסה של 500 – 1000 גרם של אבק לכל 1000 CFM

·        נאטמים לתוך התקרה באמצעות בארים בצורת T הנאטמים באמצעות ג'ל

·        תוחלת חיים אופייניית היא של מספר שנים, אם אוויר עובר סינון מוקדם כראוי
תעשיות

במסנני אוויר סינון אבסולוטי נעשה באופן מסורתי שימוש בהפעלת בית חולים וחדרי בידוד, ייצור תרופות ושבבי מחשב, וכן במגוון של יישומים אחרים הדורשים סינון 'מוחלט'. כיום, במטהרי אוויר מסנן אבסולוטי, שואבי אבק ומסנני אוויר נעשה שימוש במגוון רחב של יישומי סינון קריטיים בתחום הגרעין, האלקטרוניקה, התעופה והחלל, התרופות, ובתחומים רפואיים. במטהרי אוויר מסנן אבסולוטי, שואבי אבק, ומסנני אוויר נדרש לעשות שימוש על פי חוק בכל סוגי הציוד כנגד אזבסט, עופרת, חומרים כימיים רעילים, והפחתת עובש. מוצרי סינון אבסולוטי אלה חייבים לעמוד במבחן יעילות סינון סינון אבסולוטי קפדניים של תקן צבאי 282. כיום, מסננים אבסולוטים משמשים במגוון רחב של תעשיות, כולל:

·        מיקרואלקטרוניקה (לדוגמה, חדרים נקיים של מוליכים למחצה)

·        תרופות

·        טכנולוגיית ביו וגנטיקה

·        התעשייה הכימית

·        טיהור אוויר גרעיני

·        משרפות פסולות

·        חדרי ניתוח בבתי חולים

·        מרכזי חירום לכוויות

·        קוסמטיקה

·        התעשייה הרפואית

·        תעשיית המזון

·        התעשייה האופטית

·        תעשיית הרכב

·        הנדסת שטח

·        הנדסה מדוייקת

·        ננו-חומרים

·        תעשיית החלל

·        ציוד צבאי

·        תחנות כוח ואנרגיה

·        סביבות מבוקרות ואולטרה-נקיות לטכנולוגיות קריטיות

·        תעשיית הקולנוע והתיאטרון

·        מטהרי אוויר למגורים ניידים
בנייה

השימוש הטוב ביותר במסננים אבסולוטים נעשה במצבים בהם נדרשת יעילות איסוף גבוהה של חלקיקי חומר (PM) סאב-מיקרוניים, במקרים בהם לא ניתן לנקות מהמסנן חלקיקי חומר רעילים ו / או מסוכנים, או בהם קשה לנקות מהמסנן חלקיקי חומר. במסננים אבסולוטים נעשה שימוש בדרך כלל עבור יישומים הכוללים חלקיקי חומרים כימיים, ביולוגיים, ורדיואקטיביים. מסננים אבסולוטים מותקנים כמרכיב הסופי במערכת איסוף חלקיקי חומרים, אחרי מכשירים אחרים לאיסוף חלקיקי חומר, כגון שקים אלקטרוסטטיים (Heumann 1997).

מסננים אבסולוטים מיועדים במיוחד לאיסוף חלקיקי חומר סאב-מיקרוניים ביעילות איסוף גבוהה. הם מנוצלים בצורה הטובה ביותר ביישומים בעלי קצב זרימה נמוך וריכוז מזהמים נמוך. יציאת מסנן האוויר נקיה מאוד ובמקרים רבים ניתן לבצע סירקולציה מחודשת בתוך המפעל (AWMAI 1992).

הם אינם רגישים לתנודות קלות בתנאי זרם גז (Heumann 1997).

קורוזיה והחלדה של רכיבים בדרך כלל לא מהוות בעיה. התפעול הינו פשוט יחסית. בניגוד למשקעים (precipitators) אלקטרוסטטיים, מערכות סינון אבסולוטיות אינן דורשות שימוש במתח גבוה, ולכן ניתן לאסוף אבק דליק באמצעות טיפול הולם (AWMAI 1992).

המסננים זמינים במגוון רחב של מידות ועבור תנאי הפעלה מגוונים. מערכות סינון ומארזים מסחריים זמינים במספר סוגי של תצורות (קונפיגורציות) בכדי להתאים למגוון רחב של דרישות התקנה ותפעול. למערכות אלה קיימות תכונות מובנות רבות, כגון ציוד בדיקה וניטור. מסננים אבסולוטים שימושיים לשם איסוף חלקיקים בעלי התנגדות נמוכה מדי או גבוהה מדי לאיסוף באמצעות משקעים precipitated אלקטרוסטטיים (AWMA 1992).

שלא כמו מארזי שקים, אשר דורשים כניסת עובדים לבקר לצורך החלפת בייגל bagel)), מערכות מסננים אבסולוטים מיועדות להחלפת מסננים מחוץ למארז האיסוף. דבר זה הופך אותם לאידיאליים עבור יישומים הכוללים מזהמי אוויר מסוכנים (HAP) או חלקיקי חומר רעילים. חלקיקי החומר הנאספים נדבקים בחוזקה בחוזקה למסנן לשם סילוק מאוחר יותר. פרוצדורות של הכנסה והוצאה (Bag in / Bag out) שעשויות להידרש על ידי OHSA מבוצעות בקלות עם המסננים (Heumann 1997).
סינון

יש להביא בחשבון מספר פריטים בעת תכנון מסננים אבסולוטים: יישום, סביבה, היעילות הנדרשת, אילוצי גיאומטריה פיזיים, דרישות מבניות, דרישות זרימת הנפח של המערכת, הלחץ התפעולי של המערכת, ציוד קיים לטיפול באוויר ויכולותיו, וכן תחזוקה, ארגונומיה, עלות, ויכולת ייצור.

רוב המסננים האבסלוטים בנויים ממחצלת של גיליון סיבי זכוכית מיוחד המסודרים באופן אקראי וקלועים בצורת "V", כמו מניפת נייר מקופלת עם מפרידי אלומיניום גליים בין הקפלים. כל אלה מחוברים לבסיס יציב, ויוצר את ליבת המסנן.

חומר המסנן מיוצר מסיבי זכוכית סבוכים כגון microtines borosilicate (EPA, 1991),

מסננים אבסולוטים מכילים בדרך כלל חומר סינון מנייר. עיצובי מסנן חדשים יותר עשויים להכיל חומרים בלתי ארוגים, אשר מנצלים טכנולוגיית סיבים עדינים שפותחה לאחרונה (INDA, 2000). באופן כללי, חומר המסנן מיוצר מסיבי זכוכית סבוכים כגון micronite borosilicste (EPA,1991). . קוטר הסיב הקטן וצפיפות אריזה גבוהה של נייר ושל חומרים לא ארוגים מאפשרים איסוף יעיל של חלקיקי חומר סאב-מיקרוניים (Gaddish, 1989). זרם הפסולת של הגז עובר דרך חומרי המסנן הסיביים הגורמים לחלקיקי החומר בזרם הגז להיאסף על גבי החומר על ידי סינון ובאמצעות מנגנונים אחרים, כאמור להלן. גוש האבק הנוצר על חומר הסינון של המסנן מחלקיקי החומר שנאספו, עשוי להגביר את יעילות האיסוף (EPA, 1998a).

חומר הסינון של המסנן עשוי קפלים בכדי לספק שטח פנים גדול יותר לנפח קצב הזרימה. מסיבה זו, מסננים אבסולוטים מכונים לעתים קרובות מסנני חומר מורחבים. קפול צפוף, לעומת זאת, יכול לגרום לחלקיקי החומר לגשר על תחתית הקפל ולצמצם את שטח הפנים (EPA, 1998a). במפרידי אלומיניום גליליים נעשה לעתים קרובות שימוש בכדי למנוע מהחומר לקרוס (Heumann 1997). עומק קפל יכול לנוע בין 2.5 סנטימטר (סמ"ק) (1 אינץ') עד 40 סנטימטר (16 אינץ'). המרווח בין הקפלים הינו בדרך כלל בין 12 עד 16 קפלים לאינץ', כאשר תנאים מסוימים דורשים פחות קפלים, 4 עד 8 קפלים לאינץ' (EPA, 1998a).

העיצובים הנפוצים ביותר הם תא מסנן בצורת תיבה ותא מסנן גלילי. בתיבה חומר הסינון העשוי קפלים ממוקם בתוך מסגרת מרובעת נוקשה, הבנויה מעץ או מתכת. האוויר זורם מהחזית לחלק האחורי של המסנן. גודל מארזי תיבה הוא כ- 60 סנטימטר (24 אינץ') גובה ורוחב, ו -6 עד 30 סנטימטרים (3 עד 12 אינץ') אורך (EPA, 1991). החומר בתא מסנן גלילי נתמך על ידי מסגרות תיל פנימיות וחיצוניות. מכסה מתכת חותם את החומר בקצה האחד. האוויר זורם מן החוץ אל פנים המסנן. דבר זה מאפשר קצב זרימת אוויר גבוה מאשר בתיבה מכיון ששטח פנים גדול יותר חשוף (Vokes, 1999). מארזים גליליים אופייניים הינם בגודל של 50 סנטימטר (20 אינץ') קוטר, ו- 35 עד 60 סנטימטרים (14 עד 24 אינץ') אורך (Vokes, 1999).

גם תאי התיבה וגם הגליליים אוטמים את חומר הסינון בתוך מסגרת או מכסה באמצעות פוליאוריטן, אפוקסי, או כל דבק מסחרי אחר. שבכת מתכת מגן על פני חומר הסינון מנזק. תא המסנן מורכב על מסגרת אחזקה באמצעות אטם או חותם נוזלי. המסנן בדרך כלל מורכב על חלל (plenum) האוויר הנקי (EPA, 1991). המסנן יכול להיות מותקן ישירות בתוך הצינור או בתיבה נפרדת. מערכות סינון אבסולוטיות- דורשות סינון מוקדם לחלקיקי חומר בקוטר גדול. מערכות סינון אבסולוטיות מהוות בדרך כלל את המרכיב האחרון במערכת ההסרה של חלקיקי חומר (Heumann 1997).

תאי סינון אבסולוטים – בדרך כלל מנוצלים כמסנן חד-פעמי. כפי שנאמר קודם לכן, כאשר הצטברות תוצרי הסינון בשיעורי זרימת האוויר מניבה תוצאות בלתי מתקבלות על הדעת, המסננים מוחלפים. ברוב העיצובים, החלפת מסנן התא מתרחשת ברובד האוויר הנקי ומחוץ ליחידת המארז. פעולה זו מפחיתה את הסיכון לחשיפה של עובדי התחזוקה לחלקיקי חומר. תכונה זו חשובה במיוחד. מסננים אבסולוטים שונים במונחים של יעילות סינון, תצורה (קונפיגורציה – גודל וצורה), חומרי הבנייה, עמידות באש.