Mục lục
Chúng ta thường nghĩ rằng ô nhiễm không khỉ xảy ra bên ngoài môi trường nhưng không hoàn toàn đúng vậy. Ngay cả ở trong nhà của bạn vẫn có những hạt bụi bay lơ lững. Ô nhiễm không khí trong nhà có thể gây kích ứng phổi, góp phần gây dị ứng, hen suyễn.
Vấn đề là nếu bạn dùng máy hút bụi thì chỉ làm sạch bề mặt, nền nhà chứ không xử lý được những hạt bụi bay lơ lững. Lựa chọn tốt nhất hiện nay là mọi người trang bị thêm máy lọc không khí có màng lọc HEPA. HEPA thường được hiểu là “High Efficiency Particulate Air” – Bụi không khí hiệu quả cao.
Tiêu chuẩn cho màng lọc HEPA tùy các nước, một tiêu chuẩn nhằm đánh giá về tỷ lệ hiệu quả trong việc lọc khí. Các màng lọc HEPA lọc được 99,95% theo chuẩn Châu Âu, hoặc 99,97% theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ – NIOSH ( Viện Sức khỏe và An toàn Lao động Quốc gia Hoa Kỳ ) các hạt có kích thước lớn hơn hoặc bằng 0,3 µm.
Bộ HEPA hoạt động như thế nào để bắt bụi
Loại màng lọc đơn giản nhất là một cái sàng: một cái gì đó có lỗ đủ lớn để bẫy một số hạt và đủ nhỏ để cho những hạt khác lọt qua. Một số máy hút bụi sử dụng các màng lọc như thế này để chặn các hạt bụi bẩn lớn hơn.
Nhưng làm cách nào để bạn hút cả các hạt bụi bẩn nhỏ hơn? Bạn có thể tạo một màng lọc rất tốt hoặc bạn có thể đặt nhiều màng lọc chồng lên nhau, nhưng trong máy hút bụi, chúng sẽ bị tắc rất nhanh và khiến máy ngừng hoạt động. Không chỉ vậy, bạn sẽ cần một động cơ điện mạnh hơn để kéo không khí qua máy, và nó sẽ sử dụng nhiều năng lượng hơn và tốn nhiều chi phí hơn để chạy.
Màng lọc HEPA trong máy hút bụi có xu hướng sử dụng hai cơ chế hoàn toàn khác nhau để làm sạch luồng không khí. Đầu tiên, có một hoặc nhiều màng lọc bên ngoài hoạt động giống như những cái sàng để ngăn các hạt bụi bẩn và tóc lớn hơn.
Bên trong những màng lọc đó, có các lớp xếp ly liền kề nhau giống như giấy gấp lại được thiết kế để bẫy các hạt nhỏ hơn. Tờ giấy thực sự là một màng sợi không dệt rất dày đặc và, không giống như gạc, nó không chỉ đơn giản là lọc các hạt bụi nhỏ như một cái lược. Thay vào đó, nó sử dụng ba cơ chế khác nhau để bắt các hạt bụi khi chúng đi qua luồng không khí đang chuyển động.
- Ở tốc độ không khí cao, một số hạt bị bắt và giữ lại khi chúng đập trực tiếp vào sợi. Hay gọi là cơ chế khuếch tán.
- Trong khi những hạt khác vướng vào sợi khi chúng cố gắng lướt qua.
- Ở tốc độ không khí thấp hơn, các hạt bụi có xu hướng lang thang ngẫu nhiên hơn qua màng lọc (một quá trình được gọi là chuyển động Brown sau khi người phát hiện ra nó, nhà thực vật học người Scotland Robert Brown) và có thể dính vào các sợi của nó khi chúng làm như vậy.
Cùng với nhau, ba cơ chế này cho phép các màng lọc HEPA bắt được các hạt lớn hơn và nhỏ hơn một kích thước mục tiêu nhất định.
Như chúng ta sẽ thấy trong giây lát, HEPA ban đầu được phát triển bởi các nhà khoa học hạt nhân để giúp làm sạch các hạt phóng xạ nguy hiểm. May mắn thay, hầu hết chúng ta không phải đối phó với những thứ như vậy, nhưng lọc HEPA vẫn rất hữu ích và quan trọng trong các nhà máy và nơi làm việc, đặc biệt là trong những môi trường nơi bụi được tạo ra như một phần của quy trình sản xuất.
Các loại màng lọc HEPA
HEPA thực sự là màng lọc có thể giữ lại 99,97% các hạt bụi có đường kính 0,3 µm.
Điều đó nghe có vẻ hơi khó hiểu, vì vậy hãy giải nén ý nghĩa của nó. Đầu tiên và quan trọng nhất, điều đó không có nghĩa là màng lọc HEPA không thể bẫy những thứ nhỏ hơn 0,3 micron.
Hãy nhớ rằng màng lọc HEPA không phải là sàng cơ học: chúng đang loại bỏ các hạt bằng sự kết hợp của ba cơ chế bẫy khác nhau. Sự khuếch tán, một trong những cơ chế này, đặc biệt hiệu quả với các hạt rất nhỏ, trong khi các hạt lớn hơn có nhiều khả năng bị giữ lại do va chạm và bị chặn.
Vì vậy, các hạt tương đối nhỏ và tương đối lớn đều bị giữ lại một cách hiệu quả theo những cách khác nhau, trong khi các hạt ở giữa (giả sử 0,3 µm) bị bất kỳ cơ chế nào giữ lại kém hiệu quả hơn và có nhiều khả năng bị nén thẳng qua.
Đó là lý do tại sao phép đo 0,3 µm xuất hiện. Nó thực sự nói rằng “ngay cả khi chúng tôi xem xét các hạt được lọc kém nhất”, khoảng 99,97 phần trăm vẫn được ghi lại.
Để hiểu rõ hơn về kích thước 0,3 µm, bạn nên nhớ rằng một sợi tóc thông thường của con người có đường kính khoảng 50–150 µm, vì vậy màng lọc HEPA sẽ giữ lại bụi mỏng hơn hàng trăm lần.
Các hạt bụi thô, bồ hóng phun ra từ khí thải động cơ diesel thường được mô tả là PM10 (hạt nhỏ hơn 10 µm) hoặc PM2.5 (dưới 2,5 µm), vì vậy bạn có thể thấy rằng các màng lọc HEPA đang hoạt động ở quy mô ít nhất 10 lần nhỏ hơn.
Màng lọc HEPA tiêu chuẩn lọc sạch hơn nhiều so với màng lọc thông thường vì nó sẽ ngăn chặn các bào tử nấm mốc và thậm chí một số vi khuẩn và vi rút. Nó đang làm sạch ở cấp độ vi mô—và thực tế là cấp độ nano . Để so sánh, các sợi trong màng lọc HEPA có đường kính khoảng 0,002–0,5 µm (2–500 nanomet, nm)
Ảnh minh họa: màng lọc HEPA sàng lọc các hạt thực sự rất nhỏ, thậm chí nhỏ hơn 0,3 µm (đường màu xanh lam, dưới cùng), nhỏ hơn 10–30 lần so với ô nhiễm bồ hóng PM10 và PM2.5 (màu đen/xám, ở giữa) và mỏng hơn hàng trăm lần so với tóc người điển hình (màu nâu, trên cùng).
Khi nói đến các màng lọc được sử dụng trong thiết bị hô hấp , NIOSH công nhận 9 loại khác nhau: Dựa trên 3 mức hiệu quả khác nhau (95, 99 và 99,97 %) và 3 mức độ chống lại sự xuống cấp của màng lọc (N, R và P). N có nghĩa là không chống dầu, R là chống dầu (môi trường làm việc có dầu, hạt dầu, có các chất bôi trơn dầu) , và P là chống dầu xâm nhập.
Vì vậy, bạn có thể thấy màng lọc có nhãn N95 (hiệu suất 95% và không kháng dầu) hoặc P100 (hiệu suất 99,97% và kháng dầu).
Bạn cũng có thể thấy các màng lọc HEPA được phân loại bằng năm chữ cái từ A đến E, dựa trên mức độ chúng bắt giữ các hạt và chống lại luồng không khí.
Loại A là loại kém hiệu quả nhất nhưng vẫn đáp ứng các tiêu chí cơ bản cho HEPA, trong khi loại E (ở đầu đối diện của thang đo) là các màng lọc cấp quân sự có khả năng xử lý các hạt hóa học, phóng xạ hoặc sinh học.
Ngoài ra còn có một phân loại dựa trên việc các màng lọc có khả năng chống cháy (loại 1) hay bán cháy (loại 2).
Những điều cần cân nhắc trước khi mua máy lọc không khí
Ngay cả khi bạn là người bị dị ứng, những cách phân loại này có thể sẽ không phù hợp nếu tất cả những gì bạn đang làm là mua một máy lọc không khí hoặc máy hút bụi đơn giản.
Đối với hầu hết mọi người, điều quan trọng là đảm bảo những gì bạn mua có màng lọc HEPA chính hãng (hãy nhớ rằng đó là 99,97% hạt ở kích thước 0,3 µm, thường được mô tả là “HEPA thật” hoặc “HEPA tuyệt đối”) bằng cách kiểm tra kích thước hạt trích dẫn của nhà sản xuất.
Hãy tránh những nhà sản xuất đưa ra những mô tả mơ hồ, vô nghĩa như “giống HEPA” và “loại tương tự HEPA” mà không được định lượng theo bất kỳ cách nào.
Màng lọc HEPA thực sự sẽ luôn trích dẫn các con số, loại tiêu chuẩn tuân thủ. Một số máy hút bụi cấp chuyên nghiệp sẽ có thêm cơ chế để xử lý các hạt nhỏ.
Cuối cùng, nếu bạn cần làm sạch không khí ở mức độ công nghiệp, thì có một tiêu chuẩn khắt khe hơn gọi là ULPA (Ultra-Low Penetration Air – Không khí có hạt thâm nhập cực thấp) có thể bắt được 99,99% các hạt có kích thước từ 0,12 µm trở lên.
Tuy nhiên, mối quan hệ giữa ULPA và HEPA có thể gây nhầm lẫn: cần lưu ý rằng “màng lọc được xếp hạng HEPA đơn giản sẽ hoạt động như màng lọc được xếp hạng ULPA hoặc tốt hơn” nếu tốc độ dòng khí đủ thấp.
Bạn cũng cần biết chút ít về cách thức hoạt động của máy lọc không khí, máy phải chuyển được tối thiểu 90% không khí bẩn qua màng lọc, nếu không làm được thì chỉ làm không khí đỡ bẩn hơn một ít mà thôi, hiệu suất thấp.
Màng lọc HEPA cản trở luồng không khí trong máy hút bụi, phải mất khá nhiều lực hút để kéo không khí qua tất cả các sợi phức tạp đó. Đó là lý do tại sao máy hút bụi có màng lọc HEPA thực sự cần động cơ mạnh hơn và những máy hút bụi có công suất thấp có thể không làm sạch hiệu quả.
Máy lọc không khí sử dụng màng lọc HEPA có thể có mức tiêu thụ điện năng cao hơn vì lý do tương tự (có nghĩa là chúng đắt hơn khi chạy trong thời gian dài và ồn hơn so với các công nghệ khác, chẳng hạn như lọc không khí bằng tĩnh điện).
Màng lọc HEPA cũng cần được vệ sinh hoặc thay thế định kỳ (điều này sẽ làm tăng thêm chi phí vận hành); bạn có thể muốn kiểm tra xem màng lọc thay thế có giá bao nhiêu trước khi tự cam kết.
Màng lọc HEPA cần được vệ sinh và thay thế định kỳ, thế nên bạn luôn phải quan tầm viện mua lọc thay thế có dễ dàng, giá cá có phù hợp hay không.
Ai đã phát minh ra màng lọc HEPA?
Ảnh: màng lọc không khí trong mặt nạ phòng độc. màng lọc HEPA ban đầu được phát triển vào những năm 1940 cho mục đích quân sự và chúng vẫn là tuyến phòng thủ quan trọng chống lại chiến tranh hóa học, sinh học và phóng xạ cho đến ngày nay. Ảnh của Lamel J. Hinton do Hải quân Hoa Kỳ và Wikimedia Commons cung cấp.
Giống như nhiều phát mình khác, nó trải qua quá trình cải tiến và không có người nào cụ thể cho toàn bộ kết quả nên không có người cụ thể phát minh ra màng lọc HEPA.
Tổ tiên của màng lọc HEPA hiện đại là màng lọc giấy gấp được phát triển bởi các công ty như Kimberley Clark (nhà sản xuất khăn giấy Kleenex) để bảo vệ binh lính khỏi các cuộc tấn công bằng hơi độc trong Thế chiến thứ nhất.
Trong Thế chiến II, các màng lọc không khí dựa trên sợi tinh vi hơn nhiều đã được phát triển bởi các nhà khoa học quân sự của cả hai bên. Các nhà khoa học Đức dường như đã phát minh ra công nghệ cơ bản, được các đối thủ Đồng minh nắm bắt và phát triển thêm, đặc biệt là trong Dự án Manhattan (nỗ lực khoa học sản xuất quả bom nguyên tử đầu tiên trên thế giới) như một cách bẫy các hạt phóng xạ cực kỳ nguy hiểm.
Các màng lọc này sử dụng các kết hợp khác nhau của vật liệu dạng sợi, bao gồm xenlulô, amiăng, viscose, thủy tinh và các loại giấy khác nhau, được xếp nếp, gấp lại và phân tách theo nhiều cách khác nhau.
Mối liên hệ với Manhattan giải thích tại sao, trong một thời gian dài, theo Melvin First của Trường Y tế Công cộng Harvard: “Mọi thứ về các màng lọc này đều được phân loại “bí mật” trong Thế chiến thứ hai và trong một số năm sau khi chiến tranh kết thúc.”
Công nghệ này cuối cùng đã được giải mật vào đầu những năm 1950. Một số nghiên cứu thời chiến (và lý thuyết về cách hoạt động của màng lọc HEPA) được thực hiện bởi nhà hóa học từng đoạt giải Nobel là Irving Langmuir.
Đức, quốc gia đi tiên phong trong công nghệ HEPA quân sự trong chiến tranh, tiếp tục góp phần vào quá trình phát triển trong thời bình. Trong những năm sau chiến tranh, hai anh em người Đức Klaus và Manfred Hammes bắt đầu phát triển các hệ thống lọc không khí gia đình tương đối rẻ tiền vào đầu những năm 1960 để giảm các hạt bồ hóng do bếp đốt than tạo ra.
Ở Hoa Kỳ, màng lọc không khí có nếp gấp, rẻ tiền đầu tiên đã được cấp bằng sáng chế vào ngày 19 tháng 4 năm 1966 bởi Kenneth W. De Baun và bạn có thể đọc tất cả về nó trong Bằng sáng chế Hoa Kỳ 3.246.457 : Hộp lọc không khí có nếp gấp.
Ảnh minh họa: Màng lọc HEPA xếp li của Kenneth De Baun từ những năm 1960. Ảnh minh họa từ [Bằng sáng chế Hoa Kỳ 3.246.457](https://patents.google.com/patent/US3246457) với sự cho phép của Văn phòng Nhãn hiệu và Bằng sáng chế Hoa Kỳ.
Tài liệu tham khảo:
1. Chris Woodford – 16/11/2021 – HEPA filters – https://www.explainthatstuff.com/hepafilters.html
2. Wikipedia Tiếng Việt – truy cập ngày 29/04/2023 – https://vi.wikipedia.org/wiki/Bộ_lọc_HEPA
