Lọc HEPA - chìa khóa của ngành công nghiệp dược phẩm

LỌC HEPA - Chìa khóa chính cho ngành công nghiệp dược phẩm

Lọc HEPA là gì?

HEPA là viết tắt của “High Efficiency Particulate Air” hoặc “High Efficiency Particulate Arrestance”. HEPA là một loại bộ lọc cơ học. Nó hoạt động nhờ một rào cản là lớp vật liệu lọc rất dày, được tạo thành từ các sợi rất mịn và thực tế bắt giữ được hầu như tất cả các hạt. Bộ lọc HEPA không phải là một phát minh gần đây, chúng được phát triển bởi chính phủ Liên bang Hoa Kỳ vào đầu những năm 1950. Mục đích ban đầu của họ là thu gom các chất gây ô nhiễm liên quan đến việc sản xuất bom nguyên tử trong dự án Manhattan.

Vào thời điểm đó, các bộ lọc HEPA được gọi là các bộ lọc "Absolute" vì mục tiêu là có hiệu suất lọc hạt tuyệt đối, bắt từng hạt từ luồng không khí. Kể từ đó, thuật ngữ "Absolute filter" hoặc "HEPA filter" đã được sử dụng thay thế cho nhau. Trong thời gian vào những năm 1960, bộ lọc HEPA không khả thi để thương mại, nhưng có nhiều ứng dụng dần xuất hiện như trong việc sản xuất các đầu phát âm thanh và sản xuất trong ngành công nghiệp bán dẫn. Thế giới hiện đại ngày nay công nghệ sẽ rất khác nhau nếu không có sự tồn tại của các bộ lọc HEPA,vì nó rất khó để phát triển các thành phần điện tử nhạy cảm mà chúng ta có ngày nay.

Ngày nay, công nghệ HEPA giúp bảo vệ các quy trình sản xuất tiên tiến và nhạy cảm và bảo vệ người dân khỏi ô nhiễm vi sinh trong các phòng nghiên cứu, thí nghiệm. Bộ lọc HEPA cũng được sử dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm truyền nhiễm khỏi không khí trong lĩnh vực y tế trong đó nguy cơ nhiễm trùng cao như phòng phẫu thuật. Chúng cũng bảo vệ môi trường bằng cách loại bỏ các hạt gây ô nhiễm khỏi các hệ thống chiết xuất công nghiệp.

Lọc HEPA hoạt động như thế nào? Nguyên lý và cơ chế lọc?

Các loại bộ lọc khác nhau sử dụng các cơ chế bắt bụi khác nhau. Có nhiều nghiên cứu và lý thuyết thử nghiệm về lọc không khí sử dụng sợi vật liệu lọc. Một bộ lọc được tạo thành từ các sợi sử dụng các cơ chế khác nhau để bẫy các hạt, được mô tả dưới đây:

1. Straning: Cơ chế căng lưới bắt

2. Inertia: Cơ chế lọc thứ hai được gọi là quán tính tách

3. Interception: Cơ chế lọc thứ ba được gọi là Chặn do va chạm

4. Diffusion: Hiệu ứng khếch tán

5. Electrostatic effect

Lọc HEPA được phân loại và quy định như thế nào?

Chúng tôi biết rằng tính năng quan trọng nhất của bộ lọc không khí là hiệu suất của nó, là phép đo khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm trong không khí, chẳng hạn như bụi, hạt và khí. Các tính chất thiết yếu khác của bộ lọc bao gồm chênh áp thấp và khả năng giữ bụi (dust holding capacity). Để đo các tính chất này, ngành lọc không khí cần các quy định để đảm bảo rằng thử nghiệm lọc được thực hiện nhất quán và đáng tin cậy. Các tiêu chuẩn dựa trên tài liệu kiến thức cho phép người dùng phân loại và so sánh các bộ lọc từ các nhà sản xuất khác nhau.

Các quy định này giúp chúng tôi phân loại các bộ lọc HEPA trong các cấp độ khác nhau theo quy định của tài liệu tham khảo: EN1822 (Europe) / IEST-PR-CC001 (USA) / ISO 29463 (INTERNATIONAL).

Ở châu Âu, tiêu chuẩn EN 1822 được sử dụng. Tiêu chuẩn này chia các thử nghiệm bộ lọc không khí hiệu suất cao EPA, HEPA và ULPA thành năm phần. Bộ lọc không khí hiệu suất cao được phân loại dựa trên MPPS (Most Penetrating Particle Size: kích thước hạt thâm nhập nhỏ nhất). Các thử nghiệm hiệu suất (leak: rò rỉ) là bắt buộc đối với các bộ lọc cấp H13 và cao hơn.

Trước đây, người ta tin rằng kích thước hạt khó lọc nhất là 0,3μm. Sự xuất hiện của kính hiển vi điện tử và bộ đếm hạt quang xác định rằng hạt dễ thêm nhập nhất MPPS là từ 0,12 đến 0,25μm.

"ISO 29463 - Bộ lọc thường và bộ lọc hiệu suất cao để loại bỏ các hạt trong không khí" - một tiêu chuẩn ISO dựa trên EN 1822. Nó được chia thành năm phần được đặt tên giống như trong EN 1822, mặc dù ISO 29463 bao gồm các phân loại bổ sung, ví dụ 99,90% là ISO 30E.

IEST, một hội kỹ thuật quốc tế có trụ sở tại Hoa Kỳ, đã thiết lập các phương pháp thử nghiệm khác nhau. IEST-RP-CC001, 007, 021 và 034 đề cập đến các bộ lọc không khí hiệu suất cao. Tiêu chuẩn này bao gồm các phần khác nhau, chẳng hạn như hiệu quả vật liệu lọc, phân loại, yêu cầu thiết kế và yêu cầu thử nghiệm vật liệu lọc.

Các bộ phận của lọc HEPA

Lọc HEPA Camfil

Khung lọc - Các khung của các bộ lọc HEPA có thể được làm bằng cách sử dụng một loạt các vật liệu khác nhau bao gồm nhôm, thép mạ kẽm, nhựa, thép không gỉ và gỗ. Cấu trúc khung có thể được xác định từ các yêu cầu ứng dụng.

Gasket lọc - Gasket lọc giúp niêm phong bộ lọc HEPA và để giảm và loại bỏ rò rỉ bằng cách tạo kết nối kín khí. Gasket được sử dụng rộng rãi là loại gasket rắn như PU, Neoprene và gasket loại silicon hoặc gel.

Kiểu chia gió -Kiểu chia gió được dùng là các nếp gấp mở để cho phép khả năng giữ bụi cao hơn và áp suất thấp hơn. Kiểu chia gió lá nhôm, hot melt và chuỗi sợi thủy tinh là phổ biến.

Chất làm kín - được sử dụng để liên kết vật liệu lọc vào khung và niêm phong bất kỳ khu vực rò rỉ. Polyurethane, keo silicon và gốm đều được sử dụng phổ biến cho các bộ lọc HEPA.

Vật liệu lọc

Vật liệu lọc HEPA là phần cơ bản của bộ lọc HEPA, đây cũng là thứ thể hiện các thuộc tính lọc quan trọng nhất. Đối với các bộ lọc HEPA, có ba vật liệu khác nhau được sử dụng có thể được tóm tắt dưới đây:

Glass fibre: Sợi thủy tinh là vật liệu lọc của HEPA truyền thống đã được sử dụng từ những năm 1950. Vật liệu lọc này là vật liệu ưa thích vì nó duy trì hiệu suất lọc trong suốt vòng đời và có khả năng giữ bụi cao để đảm bảo hiệu suất tối ưu và tăng tuổi thọ sản phẩm. Vật liệu lọc rất mong manh đòi hỏi phải có kinh nghiệm xử lý và rất cẩn thận, một tác động mạnh có thể làm hỏng vật liệu và làm rò rỉ lọc.

Membrane media: Màng lọc được phát triển vào cuối những năm 1990. Cơ sở ra đời của vật liệu này là đem lại một mức chênh áp ban đầu thấp hơn để tiêu thụ năng lượng thấp. Độ ổn định hiệu suất và tuổi thọ thường dẫn đến những lo ngại với vật liệu này. Do khả năng lọc dầu và hạt không nhất quán của nó, hiệu suất và xếp hạng chênh áp có thể xảy ra chênh lệch trong quá trình thử nghiệm tại chỗ.

Multi Fiber Polymeric Media hoặc EnerGuard Media là vật liệu lọc được phát triển gần đây nhất trên thị trường. Mục tiêu của vật liệu này là kết hợp những lợi ích của sợi thủy tinh và màng lọc mà không có lỗi. Vật liệu polymer đa sợi (Multi Fiber Polymeric Media) được tiêu thụ bởi mức tiêu thụ năng lượng thấp, thời gian lọc lâu và độ bền cao.

Tính chất của bộ lọc HEPA

Chức năng chính của bộ lọc HEPA là bắt các hạt nằm trong không khí và đảm bảo rằng không khí trong môi trường được cung cấp là tối ưu. Không phải tất cả các bộ lọc HEPA đều như nhau do đó các bộ lọc HEPA nên được đánh giá trên một số thuộc tính chính.

Lắp đặt bộ lọc HEPA ở đâu?

Bộ lọc HEPA có thể được lắp trong hệ thống HVAC, lắp cho phòng có hộp khí cấp hoặc khí hồi, khí thải phòng cách ly, máy lọc không khí và trong các thiết bị sản xuất.

Một điểm quan trọng khác cần lưu ý là khu vực mà bộ lọc sẽ được lắp đặt. Thiết bị này cũng phải được thiết kế và sản xuất theo tiêu chí không rò rỉ thích hợp. Các chi tiết sau đây nên được theo dõi:

• Bề mặt gắn mịn và bằng phẳng là nơi giúp gasket có thể đặt ở vị trí đúng cách.
• Một hệ thống gắn đảm bảo mô-men xoắn chặt đồng nhất xung quanh toàn bộ gasket lọc để tránh rò rỉ giữa gasket và mặt lắp.
• Thiết bị nơi bộ lọc được lắp đặt không rò rỉ để tránh rò rỉ không khí chưa được lọc.
• Vật liệu kháng chất làm sạch và khử nhiễm để ngăn ngừa sản phẩm xuống cấp theo thời gian.

Những bài test lọc HEPA tại chỗ nào phải được thực hiện sau khi lắp đặt?

Để đảm bảo rằng bộ lọc còn nguyên vẹn và nó không bị hỏng trong quá trình vận chuyển hoặc lắp đặt, nên thực hiện kiểm tra rò rỉ trên bộ lọc tại nơi sử dụng. Thử nghiệm này cũng được gọi là tính toàn vẹn “integrity”, “smoke” hoặc "DOP". Thử nghiệm bao gồm việc tạo ra khí dung aerosol (xem bảng bên dưới) và truyền nó qua bộ lọc. Một trong những aerosol được sử dụng phổ biến nhất là PAO (nóng).

Các quy định khác nhau đặt phạm vi nồng độ khác nhau cho các Aerosol:

• IEST-RP-CC034: 10-20mg/m3.
• ISO-14644-3: 1-100mg/m3.
Sau khi Aerosol được tạo tại mặt gió vào của lọc, rò rỉ được được xác minh bằng một quang kế hoặc bộ đếm hạt (DPC: photometer or a particle counter). Để xác nhận rằng bộ lọc là không rò rỉ “Leak Free”, tỷ lệ thâm nhập phải dưới 0,01%. Nồng độ aerosol được thực hiện ngay đầu vào của các bộ lọc không nên thay đổi nhiều hơn ±15% về giá trị đo trung bình và hỗn hợp phải đồng nhất.

Cũng như khi thử nghiệm lắp đặt , bộ lọc HEPA được kiểm tra định kỳ để đảm bảo rằng nó vẫn đang hoạt động với hiệu suất đảm bảo. Để thực hiện, các khí dung aerosol dầu này được sử dụng để giúp thực hiện các quy trình. Nhưng làm thế nào để thử nghiệm thông thường này ảnh hưởng đến hiệu suất của một HEPA? Các bộ lọc HEPA có thể bị ảnh hưởng khác nhau tùy thuộc vào loại vật liệu được sử dụng trong bộ lọc (sợi thủy tinh, màng lọc hoặc polymeric đa sợi) và mức nồng độ của aerosol được sử dụng trong quy trình thực hiện. Nồng độ cao hơn có thể làm tăng chênh áp hoặc có thể có nguy cơ hỏa hoạn và tuổi thọ được rút ngắn.

Ví dụ: HEPA H14 / -610X610, với 13m², luồng khí danh nghĩa là 603m³/h có thể xử lý 6500mg trong một thử nghiệm. Điều này sẽ xảy ra với nồng độ khí dung 25μg/l trong 26 phút hoặc với 10μg/l trong hơn 1 giờ 1 chút.

Điều này nên được chấp nhận nhưng nó phụ thuộc vào số lượng thiết bị lọc được kết nối và thử nghiệm cùng một lúc. Cần cẩn thận để tìm ra lượng khí dung khả dụng trên mỗi bộ lọc để đảm bảo vật liệu lọc không quá tải.

Lĩnh vực ứng dụng

Hộp chứa các bộ lọc HEPA được lắp đặt và nhiều thiết bị khác chẳng hạn như tủ an toàn sinh học, cầu dao cách ly, đường hầm khử trùng, chất độn vô trùng, v.v., có nhiều lĩnh vực ứng dụng chuyên nghiệp, ví dụ, phòng thí nghiệm dược phẩm.

Các khu vực ứng dụng khác là bệnh viện, nhà máy điện hạt nhân, ngành công nghiệp thực phẩm, phòng thí nghiệm thú y, công nghiệp mỹ phẩm, trung tâm an toàn sinh học, v.v. Gần đây, các bộ lọc HEPA đã trở nên phổ biến hơn do việc sử dụng chúng trong máy hút bụi gia đình, bộ lọc cabin, máy lọc không khí.