Фільтри респіраторів

Співробітники лікарні, що застосовують пристрій для очищення повітря - респіратор PAPR, оснащений фільтром HEPA, який використовується для захисту від повітряних або аерозольних збудників, таких як туберкульозні бактерії.

Для очищення повітря від аерозолів, використовують фільтри, які складаються з великої кількості тонких волокон. Під час проходження повітря крізь фільтр, воно огинає волокна, та змінює напрямок руху. Відносно великі частинки (більше 5 мкм) за інерцією не встигають змінити напрямок руху, стикаються з волокном і прилипають до нього (інерційне уловлювання). Якщо частинка змінює напрямок руху так, що може пройти повз волокна, але відстань від центру до поверхні волокна менше її радіусу, то вона торкається волокна і прилипає до нього (уловлювання дотиком). Якщо частинка дуже маленька (менше 0.05 мкм), то під дією ударів молекул вона робить довільні рухи з боку в бік щодо власної «усередненої» траєкторії, і завдяки цьому, може зіткнутися з волокном (вловлювання за допомогою дифузії). За наявності електричного заряду на волокні та/або частинці, з'являються кулонівські і/або поляризаційні сили, що сприяють уловлюванню частинок — особливо дрібних, до

1 мкм. Показ різних способів уловлювання аерозолів

Під час сертифікації[1] фільтрів та фільтрувальних півмасок, їх перевіряють в лабораторних умовах. Вимірюється їх опір диханню та проникненню аерозолю контрольної речовини (з заданими властивостями) за певної витрати повітря. Як контрольна речовина, часто використовують аерозоль, що складається з частинок хлориду натрію (тверді частинки); парафінової оливи і диоктилфталата (рідкі частинки). Оскільки проникнення частинок крізь фільтр залежить від їх розміру, то під час перевірки, використовують такі частинки, розмір яких близький до «найбільш проникних». Якщо після цього у виробничих умовах крізь фільтр буде проходити повітря, забруднене промисловим пилом іншого розміру, то ступінь очищення буде вище. За забруднення фільтра уловленим пилом, його властивості змінюються. Тому під час сертифікації фільтри можуть перевірятися на запилення — їх властивості перевіряють після того, як вони прийняли таку кількість пилу, яка може потрапити на них протягом 1 зміни (наприклад 200 мг на 1 комплект фільтрів). У разі потрапляння деяких аерозолів на фільтри (наприклад — оливового туману), зроблені з волокон та які містять електричний заряд, останній може зменшуватися і зникати, що погіршує ступінь очищення фільтрів. Фільтри, призначені для використання в таких умовах, мають інше позначення і перевіряються при впливі інших аерозолів.

В даний час (на початку 2000-х років) в Україні, ЄС і РФ, прийнята схожа класифікація протиаерозольних фільтрів. Натомість в США, класифікація таких фільтрів, відрізняється від європейської.

Таблиця 1. Класифікація протиаерозольних фільтрів в ЄС і РФ (наводиться їх позначення і ступінь очищення) і фільтрувальних півмасок (FFP)

Змінні протиаерозольні фільтри, мають біле забарвлення.

Респіратори — фільтрувальні півмаски, спочатку розроблялися як одноразовий засіб захисту. Але насправді, їх часто використовували неодноразово. Через це, новий стандарт ЄС (EN 149:2001+A1:2009 «Respiratory protective devices - Filtering half masks to protect against particles - Requiremments, testing, marking») і ГОСТ Р 12.4.191-2011 вимагають вказувати можливість неодноразового використання (R) або його неможливість (NR), наприклад: FFP3 R (допустимо неодноразове використання), FFP2 NR (для одноразового використання).

На відміну від стандарту ЄС (позначення S, SL) і стандарту США (позначення N, R, Р), стандарт РФ не дозволяє визначити припустиме використання фільтра (фільтрувальної півмаски) у разі дії рідких аерозолів, які здатні нейтралізувати електричні заряди волокон, що погіршує ефективність очищення.

Таблиця 2. Класифікація фільтрів та фільтрувальних півмасок в США (приводиться їх позначення та ступінь очищення)

Колір фільтра класу Р100 — фіолетовий, у P95, P99, R95, R99 і R100 — помаранчевий, у N95, N99 та N100 — (колір "Teal" - птах чирок). Серед фільтрувальних півмасок, найбільш поширеними є N95, які приблизно відповідають FFP2 (ЄС/РФ).

У разі використання респіраторів без примусового подавання повітря, заміну фільтрів зазвичай, проводять за такого забруднення фільтра, коли стає важко дихати; або у разі пошкодження фільтра. У США не оливостійкі фільтри (тип R), потрібно заміняти кожної робочої зміни.

Під час використання респіраторів з примусовим подаванням повітря, фільтри зазвичай замінюють у міру їх забруднення — коли вентилятор вже не може забезпечити подавання потрібної кількості повітря. Для перевірки витрати повітря, виробники ЗІЗОД, роблять різні пристосування. У Airstream Helmet, є пластинка з отворами, яка "присмоктується" до отвору для входу повітря, за досить великій витраті, і падає під дією сили тяжіння за недостатньо великої витрати. 3М зробила "поплавець", який вставляється в шланг (іде від пристрою фільтрації на поясі, до маски). Це пристосування "спливає" в потоці повітря, що подається, і величина підйому залежить від витрати повітря.

Частина респіраторів з примусовим подаванням повітря, оснащена давачами витрати повітря або давачами надлишкового тиску під маскою, і їх свідчення можуть використовуватися для своєчасної заміни фільтрів.

Для очищення повітря від шкідливих газів, зазвичай використовується поглинач (сорбент) і/або каталізатор. Як поглинач часто використовується активоване вугілля, що має велику площу поверхні. Для поліпшення уловлювання, його можуть просочувати різними хімічними сполуками. За рахунок дифузії, молекули шкідливих газів досягають його поверхні і уловлюються. Каталізатор може використовуватися для знешкодження шкідливих газів при протіканні хімічної реакції (наприклад СО→СО ₂). Якщо для ефективної роботи сорбенту або каталізатора потрібно, щоби повітря було досить сухим, перед ними розміщують поглинач вологи.

Таблиця 3. Протигазові коробки радянського виробництва

Тоді, коли в ній був протиаерозольний фільтр, коробка додатково захищала від пилу, диму та туману, й на ній було нанесено білу вертикальну смужку.

Таблиця 4. Сучасна класифікація і маркування протигазових фільтрів в ЄС і РФ для засобів індивідуального захисту без примусової подачі повітря

Крім того існують:

• протигазові фільтри для захисту від спеціальних сполук SX (фіолетові, використовувані в респіраторах без примусового подавання повітря), які не поділяють на класи.
• протигазові фільтри для захисту від органічних сполук з низькою температурою кипіння, ухвалені виробником АХ (коричневий, лише для одноразового застосування, використовувані в респіраторах без примусового подавання повітря), які не поділяють на класи.

Якщо протигазовий фільтр призначено для захисту від декількох різних шкідливих газів, то в його позначенні наводиться перелік познак для окремих видів уловлюваних шкідливих газів, наприклад: А2В1, колір — коричнево-сірий.

Роботодавець повинен забезпечити, що використовувані на робочому місці фільтри, будуть мати позначення і колірне забарвлення, і що це маркування не буде віддаленим і буде добре читатися. До того-ж, у США вимагають, щоби фільтри обиралися не за їх кольором, а за написом, де точно вказано шкідливі речовини, від яких захищає фільтр, і обмеження його застосування.

Таблиця 5. Позначення протигазових фільтрів у США (2010р)

Помаранчевий колір, може використовуватися для забарвлення всього корпусу фільтра, або як смужка. Але цього кольору немає в таблиці, і для визначення того, від чого захищає фільтр з таким маркуванням, слід прочитати напис.

Під час сертифікації протигазових фільтрів у лабораторії, перевіряється тривалість їх захисної дії, за впливу деяких шкідливих газів, перелічених нижче.

Комбінований фільтр в розрізі. Внизу, першим по ходу повітря — протиаерозольний фільтр (білий, гофрований), вище — відділення для гранул сорбенту (вони висипались).

Таблиця 6. Випробування протигазових фільтрів при сертифікації (РФ)

Важливо відзначити, що всі стандарти сертифікації протигазових фільтрів, призначені лише для того, щоби перевірити — чи відповідають ці фільтри певному найменшому набору вимог, і тому ці стандарти та написані в них значення, не можна використовувати для визначення захисних властивостей у виробничих умовах — там, де вони будуть використовуватися.

Окремі приклади:

• Існують сотні шкідливих для здоров'я газів. Але в стандартах, перерахованих наприкінці статті, немає жодного, який би передбачав випробування респіраторів під час впливу сотень шкідливих речовин, і ці стандарти не дозволяють визначити термін служби протигазових фільтрів у разі дії таких речовин.
• У тих випадках, коли в повітрі робочої зони, є саме ті речовини, які зазначено в стандарті, потрібно враховувати, що через відмінності у: витраті повітря, температурі і вологості повітря, концентрації шкідливих речовин (між лабораторними та виробничими умовами) термін служби фільтра може значно відрізняться від величини, зазначеної в стандарті.

Тому стандарти сертифікації протигазових фільтрів, не можна використовувати для визначення їх терміну служби. Для цього в розвинених країнах, виробники респіраторів дають конкретні вказівки для певних шкідливих речовин або їх поєднання, окремих умов застосування. Такі дані можуть надаватися у вигляді безкоштовного програмного забезпечення:MSA — Cartridge Life Calculator, Приклад 3М, Приклад). Детальніше див. Способи заміни протигазових фільтрів респіраторів.

Індикатор закінчення терміну служби протигазного фільтра — пасивний (End of Service Life Indicator ESLI). У разі зміни кольору гуртка (в центрі) з помаранчевого на коричневий, фільтр треба замінювати.

Своєчасна заміна протигазових фільтрів, є дуже складною технічною проблемою, і способи її рішення, є в окремій статті Способи заміни протигазових фільтрів респіраторів.