Do czego służy i jak działa antybakteryjny filtr HEPA?

Filtry HEPA polecane są do walki ze smogiem, pyłem, roztoczami, wirusami, grzybami oraz wieloma innymi krążącymi w powietrzu cząsteczkami i drobnoustrojami. Ich wyjątkowo duży zakres działania sprawia, że cieszą się wciąż rosnąca popularnością, stając się niemal nieodłącznym elementem nowoczesnych odkurzaczy, klimatyzacji samochodowych oraz, oczywiście, oczyszczaczy powietrza. Jednak jak filtry HEPA działają i co stoi za ich ogromnym sukcesem?

Pre-HEPA-historia

Oczyszczające powietrze filtry HEPA, mimo, że jeszcze niedawno wykorzystywane były niemal wyłącznie w miejscach o bardzo wysokich wymaganiach względem czystości powietrza, stanowiąc niezbędne wyposażenie w przemyśle spożywczym, elektronicznym, farmaceutycznym, a także w sterylnych laboratoriach oraz salach zabiegowych i operacyjnych, dziś są czymś powszechnym, z czym zwykły człowiek styka się niemal codziennie. Pozwalające między innymi na skuteczniejsze odkurzanie domu i zapewniające każdego dnia wysoki poziom komfortu osobom cierpiącym na astmę lub dokuczliwe alergie, początkowo były wynalazkiem wojskowym, stworzonym nie z myślą o zwykłych gospodarstwach domowych, a mających wytrzymać intensywne bombardowanie schronach.

Historia współczesnych filtrów HEPA rozpoczęła się bowiem w 1940 roku w USA, wraz z początkiem prac nad Projektem Manhattan, czyli amerykańskim programem naukowo-badawczym mającym na celu skonstruowanie bomby atomowej. Z racji na pojawianie się w laboratoriach niewielkich, napromieniowanych cząsteczek, uwalnianych do powietrza w czasie eksperymentów z materiałami radioaktywnymi, pojawiła się potrzeba opracowania wysoko wyspecjalizowanych filtrów, skutecznie przechwytujących wszelkie szkodliwe drobiny i drobnoustroje. Zbudowane w tym celu urządzenia, zapewniające najwyższy poziom bezpieczeństwa i przechwytujące ponad 99% zanieczyszczeń, ochrzczono akronimem HEPA, rozwijanym jako High Efficiency Particulate Air.

Czym jest filtr HEPA?

Wiemy już skąd się wzięły filtry HEPA, ale co tak naprawdę kryje się pod określeniem High Efficiency Particulate Air Filter? Najprostsze tłumaczenie brzmiałoby po prostu „wysokiej wydajności drobnocząsteczkowy filtr powietrza”, co oznacza, że jest to urządzenie zdolne przechwytywać z wynoszącą ponad 99,95% skutecznością cząsteczki stałe o wielkości 0,3 mikrometra, czyli drobiny nie dorównujące swoimi rozmiarami nawet grubości ludzkiego włosa, którego przeciętna średnica wynosi 50 mikrometrów. Powoduje to, że filtry HEPA są w stanie zatrzymywać nie tylko wszelkiego rodzaju pyły, ale też naprawdę mikroskopijne zanieczyszczenia, wśród wyróżnić można szkodliwe dla zdrowia zarodniki pleśni i innych grzybów, powodujące choroby układu oddechowego aerozole atmosferyczne takie jak smog, a także roślinne pyłki, zwierzęce alergeny oraz przenoszone drogą kropelkową bakterie i wirusy.

Co ciekawe, choć efektywność filtrów HEPA ocenia się na podstawie skuteczności usuwania z powietrza cząstek o wielkości 0,3 mikrometra, zbudowane są one w sposób pozwalający na niezawodne wyłapywanie znacznie mniejszych od nich, choć równie szkodliwych, pyłków i drobnoustrojów. Jest to spowodowane faktem, że, ze względu na specyficzne właściwości fizyczne, to właśnie mające około 0,3 mikrona średnicy drobiny są najtrudniejsze do wychwycenia i sprawiają najwięcej kłopotów w trakcie filtracji powietrza, podczas gdy mające nawet drobniejsze rozmiary bakterie i wirusy są z łatwością łapane w sieć włókien filtra. Wszystko to dzięki odpowiedniej budowie cienkich arkuszy wykorzystywanych do łapania zanieczyszczeń, pozwalającej na przechwytywanie groźnych dla zdrowia substancji na trzy różne sposoby.

Jak HEPA filtruje powietrze?

Właściwa część filtra HEPA to złożony w harmonijkę wielkoformatowy arkusz przypadkowo ułożonych włókien wykonanych ze szkła lub tworzywa sztucznego, który, dzięki swojej losowej i nierównomiernej strukturze, tworzy skomplikowany labirynt powietrznych kanałów, w których gubią i zatrzymują się cząsteczki usiłujące przedostać się na drugą stronę. Nie chodzi bowiem tylko o bezpośrednie „przesianie” dużych cząsteczek, takich jak mająca „aż” 10 mikrometrów i wchodząca w skład smogu mieszanina PM10, ale też o doprowadzenie do sytuacji, w której zanieczyszczenia na tyle drobne, że mieszczą się między poszczególnymi nićmi, również zostały uwięzione we wnętrzu filtra. Aby osiągnąć tak dobry efekt filtry HEPA przystosowane są do łapania szkodliwych dla człowieka drobin na kilka sposobów:

1. Filtracja poprzez uderzenie

Jest to najmniej skomplikowany proces wyłapywania, wykorzystywany do zatrzymywania największych cząstek przenoszonych drogą powietrzną, czyli między innymi toksycznych substancji powstałych w wyniku spalania paliw stałych i ciekłych. Sposób ten wykorzystuje gęste ułożenie włókien filtra aby zatrzymywać szkodliwe drobiny w sposób analogiczny do działania sieci, nie pozwalając im na przedostanie się przez zbyt wąskie dla nich oka i blokując pomiędzy poszczególnymi nićmi. HEPA doskonale radzi sobie tym samym ze wszelkiego rodzaju pyłkami, stanowiąc świetne rozwiązanie dla osób cierpiących na alergię sezonową.

2. Filtracja przez przechwycenie

W przypadku cząsteczek o wielkości poniżej 1 mikrona standardowe metody odsiewu przestają działać, ponieważ drobiny te są w stanie bez najmniejszego problemu zmieścić się w otworach pozwalających na swobodny przepływ powietrza przez filtr. Szczęśliwie, mimo swoich niewielkich rozmiarów, nadal posiadają pewną wagę i, bezwładnie niesione wraz z powiewem, nie są w stanie nadążyć za częstymi zmianami kierunków w utworzonym przez nieregularnie ułożone włókna labiryncie, zderzając się prędzej czy później z którąś z nici filtra i przyczepiając do jej powierzchni. Na tym etapie HEPA przechwytuje przede wszystkim bakterie i zarodniki roztoczy obecne w kurzu, znacząco wpływając na zdrowie przebywających w danym pomieszczeniu osób.

3. Filtracja drogą dyfuzji

Ostatni sposób filtracji ma zastosowanie wobec cząsteczek, które nie przekraczają swoją średnicą 0,3 mikrometra, czyli różnorakich wirusów (w tym koronawirusa). Znany jako dyfuzja, wykorzystuje zjawisko ruchów Browna, czyli chaotycznego sposobu poruszania się cząsteczek na tyle małych, że unosząc się w powietrzu odbijają się od jego molekuł i nieustannie zmieniają trasę swojego lotu. Z tego powodu, choć poruszając się wraz z podmuchem byłyby w stanie przeniknąć na drugą stronę filtra, lecą zawiłym i nieregularnym zygzakiem, wpadając na równie chaotycznie ułożone włókna i zostają uwięzione wewnątrz filtra.

Po czym poznać skuteczny filtr HEPA?

Tak naprawdę wiele filtrów HEPA ma 100% skuteczności wobec różnego rodzaju cząsteczek, borykając się jedynie z tymi najbardziej kłopotliwymi, o wielkości 0,3 µm, których filtracja odbywa się na pograniczu przechwycenia oraz dyfuzji, przez co zdarza im się wymknąć. Jednak nawet w ich przypadku każdy filtr HEPA musi mieć przynajmniej 99,95% skuteczności – i jest to wystarczające, aby mógł zostać użyty w szpitalach, laboratoriach, przemyśle farmaceutycznym oraz zakładach produkujących żywność. Oczywiście, wysoko wyspecjalizowane placówki, stanowiące część przemysłu nuklearnego, pirotechnicznego lub energetycznego i muszące spełnić wyjątkowo restrykcyjne wymogi, powinny zostać zaopatrzone w pokrewne filtrom HEPA filtry ULPA, które są w stanie wychwycić nawet 99,999995% cząsteczek, jednak w normalnych warunkach nawet mające od 85% do 99,5% skuteczności filtry EPA, montowane chociażby w odkurzaczach, znacząco zwiększają poziom higieny powietrza.

Niezależnie od stopnia skuteczności warto jednak pamiętać o tym, że, wraz z upływem czasu, filtry tracą swoją skuteczność. I choć dostępne są modele przystosowane do regularnego czyszczenia, większość oczyszczaczy, odkurzaczy i klimatyzatorów, ze względu na ryzyko uszkodzenia mikrowłókien podczas mycia wkładu, nadal korzysta z wymiennych filtrów HEPA, które wystarczają na od 12 do 24 miesięcy nim się zużyją i będą musiały być zastąpione świeżym. Przy obecnych cenach wkładek do oczyszczaczy powietrza jest to jednak koszt jedynie około 50 złotych, co jest naprawdę niewielkim wydatkiem, biorąc pod uwagę ogromną liczbę korzyści, jaką filtry HEPA przynoszą na co dzień alergikom, osobom ze schorzeniami układu oddechowego, a także ludziom mieszkającym i pracującym w narażonych na powstanie smogu aglomeracjach.

Ryszard Kurek