Сравнительная оценка эффективности HEPA- и нановолокнистых фильтров в обеспечении классов чистоты фармацевтических производственных помещений Казахстана
Article Sidebar
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Main Article Content
Abstract
Качество воздушной фильтрации в фармацевтических производственных помещениях определяется одновременным выполнением трех условий: ограничением аэрозольного проскока, сохранением расчетного расхода воздуха и устойчивостью фильтрующей среды при накоплении загрязнителя. Цель работы состояла в сравнительной оценке традиционных высокоэффективных волокнистых материалов и нановолокнистых композитов по эффективности улавливания частиц, аэродинамическому сопротивлению, коэффициенту качества и расчетной аэродинамической энергоемкости. Сопоставлены полимидные, полиакрилонитрильные и поливинилпирролидоновые нановолокнистые образцы, коммерческие высокоэффективные фильтры и несколько типов традиционных HEPA-материалов. При скорости потока 0,2 м/с полимидный образец PI-40 обеспечил эффективность удаления PM2.5 99,97% при перепаде давления 73 Па. Коммерческие фильтры с эффективностью 99,91 и 99,87% создавали сопротивление 433 и 499 Па. Проскок PI-40 был в 3,0 и 4,33 раза ниже, а коэффициент качества -в 6,62 и 8,06 раза выше. При расходе воздуха 1 м³/с идеализированная аэродинамическая энергия за 8000 часов составила 584 кВт·ч для PI-40, 3464 кВт·ч для первого и 3992 кВт·ч для второго коммерческого элемента. Установлено, что нановолокнистая морфология не является самостоятельной гарантией эффективности: эксплуатационное преимущество возникает при оптимальном сочетании диаметра волокон, пористости, толщины, механической прочности, однородности слоя и герметичности готового элемента. Предложена последовательность выбора конечной ступени очистки для фармацевтических предприятий Алматы, объединяющая лабораторное испытание материала, контроль готового фильтра и квалификацию вентиляционной системы.
Article Details
References
Ma W., Qi H., Zhang Y., Lin M., Qiu Y., Zhang C. Fabrication of Laminated Micro/Nano Filter and Its Application for Inhalable PM Removal // Polymers. 2023. Vol. 15. No. 6. Article 1459.
ISO 14644-1:2015. Cleanrooms and associated controlled environments. Part 1: Classification of air cleanliness by particle concentration. Geneva: International Organization for Standardization, 2015. https://www.iso.org/standard/53394.html
European Commission. EudraLex. Volume 4. EU Guidelines for Good Manufacturing Practice. Annex 1: Manufacture of Sterile Medicinal Products. Brussels, 2022. https://health.ec.europa.eu/system/files/2022-08/20220825_gmp-an1_en_0.pdf
Евразийская экономическая комиссия. Решение Совета Евразийской экономической комиссии от 3 ноября 2016 года № 77 «Об утверждении Правил надлежащей производственной практики Евразийского экономического союза». https://eec.eaeunion.org/en/news/sovet-eek-aktualiziroval-pravila-nadlezhashchey-proizvodstvennoy-praktiki-eaes/
Whyte W. Cleanroom Technology: Fundamentals of Design, Testing and Operation. 2nd ed. Chichester: Wiley, 2010. 384 p. https://doi.org/10.1002/9780470748060
Hinds W.C., Zhu Y. Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles. 3rd ed. Hoboken: Wiley, 2022. 448 p.
Kirsh A.A., Khmelevskiy V.O., Budyka A.K., Kirsh V.A. Penetration of Aerosol Particles through Fine Fibrous Filters // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2011. Vol. 45. P. 891-897.
Chernyakov A.L., Kirsch A.A., Kirsch V.A. Elastic Vibrations of a Fiber due to Impact of an Aerosol Particle and Their Influence on the Efficiency of Fibrous Filters // Physical Review E. 2011. Vol. 83. Article 056303. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.83.056303
Stechkina I.B., Kirsh V.A. Optimization of the Aerosol Filter Parameters // Colloid Journal. 2001. Vol. 63. No. 4. P. 471-475. https://doi.org/10.1023/A:1016762107083
Barhate R.S., Ramakrishna S. Nanofibrous Filtering Media: Filtration Problems and Solutions from Tiny Materials // Journal of Membrane Science. 2007. Vol. 296. No. 1-2. P. 1-8. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2007.03.038
Podgórski A., Bałazy A., Gradoń L. Application of Nanofibers to Improve the Filtration Efficiency of the Most Penetrating Aerosol Particles in Fibrous Filters // Chemical Engineering Science. 2006. Vol. 61. No. 20. P. 6804-6815. https://doi.org/10.1016/j.ces.2006.07.022
Wang J., Kim S.C., Pui D.Y.H. Investigation of the Figure of Merit for Filters with a Single Nanofiber Layer on a Substrate // Journal of Aerosol Science. 2008. Vol. 39. No. 4. P. 323-334.
Kim S.C., Kang S., Lee H., Kwak D.B., Pui D.Y.H. Nanofiber Filter Performance Improvement: Nanofiber Layer Uniformity and Branched Nanofiber // Aerosol and Air Quality Research. 2020. Vol. 20. P. 80-88.
Zhang R., Liu C., Hsu P.C., Zhang C., Liu N., Zhang J., Lee H.R., Lu Y., Qiu Y., Chu S., Cui Y. Nanofiber Air Filters with High-Temperature Stability for Efficient PM2.5 Removal from the Pollution Sources // Nano Letters. 2016. Vol. 16. No. 6. P. 3642-3649.
Zhou Y., Liu Y., Zhang M., Feng Z., Yu D.G., Wang K. Electrospun Nanofiber Membranes for Air Filtration // Nanomaterials. 2022. Vol. 12. No. 7. Article 1077.
Smigielski K., Akbar-Khanzadeh F., Golbabaei F. Characteristics, Pressure Drop, and Capture Efficiency of New and Repeatedly Washed Heavily Loaded HEPA Filters // International Journal of Occupational Hygiene. 2018. Vol. 10. P. 94-100. https://ijoh.tums.ac.ir/index.php/ijoh/article/view/328
Kerimray A., Assanov D., Kenessov B., Karaca F. Trends and Health Impacts of Major Urban Air Pollutants in Kazakhstan // Journal of the Air and Waste Management Association. 2020. Vol. 70. No. 11. P. 1148-1164. https://doi.org/10.1080/10962247.2020.1813837
Assanov D., Zapasnyi V., Kerimray A. Air Quality and Industrial Emissions in the Cities of Kazakhstan // Atmosphere. 2021. Vol. 12. No. 3. Article 314. https://doi.org/10.3390/atmos12030314
Tursumbayeva M., Muratuly A., Baimatova N., Karaca F., Kerimray A. Cities of Central Asia: New Hotspots of Air Pollution in the World // Atmospheric Environment. 2023. Vol. 309.