1. Nguyên lý lọc bụi dạng cơ học (mechanical filtration)
Lọc không khí cơ bản sử dụng để làm sạch không khí cấp cũng như là giữ lại bụi từ nguồn phát sinh ra trước khi thải ra môi trường. Lọc bụi cho mục tiêu làm sạch không khí thường có nồng độ bụi thấp khoảng 2mg/ m3.
Không kể đến lọc cacbon, lọc tĩnh điện thì lọc được chia ra làm: Lọc thô “Pre- filter”,
lọc tinh “fine filter” và lọc tuyệt đối “absolute filter”/ hoặc lọc hiệu suất cao “HEPA filter”. Chia cấp dạng lọc dựa trên vật liệu lọc, hiệu suất gom bụi.
Nguyên tắc bắt bụi dạng cơ (mechanical filtration) được hiểu cơ bản theo 4 nguyên tắc sau
- Straining effect: hạt bụi có đường kính lớn hơn nhiều lần khe hở giữa các sợi nên bị kẹt lại.
- Inertia effect: hạt bụi lớn nên có quán tính lớn, khi bay tới vật liệu lọc va đập trực tiếp lên bề mặt sợi lọc - bụi nằm trên bề mặt lọc.
- Interception effect: hạt bụi nhỏ và nhẹ nên khi bay tới bề mặt sợi lọc sẽ cuốn theo dòng khí lăn theo sợi lọc- bụi sẽ bị bám ở mặt bên của sợi lọc.
- Diffusion effect: hạt bụi <1 micron nhẹ (bay lơ lửng trong dòng khí), chúng sẽ được bắt lại nếu tiếp xúc với sợi lọc.
Hiệu suất của từng nguyên tắc lọc sẽ tăng hoặc giảm tuy theo các yếu tố:
- vận tốc dòng khí;
- kích cỡ hạt bụi;
- đường kính sợi lọc;
- mật độ sợi lọc
Đối với một lọc bất kì hiệu suất sẽ là tổng hiệu suất của các phương pháp trên. Các phương pháp trên sẽ phụ thuộc vào các yêu tố: vận tốc gió, đường kính hạt bụi, đường kính sợi lọc và khoảng cách các sợi lọc.
Nguyên lý Inertial separation và interception ưu thế hơn cho hạt bụi lớn hơn0.2micron, còn nguyên tắc diffusion hiệu suất hơn so với hạt bụi dưới 0.2micron.
Ngoài 4 nguyên lý trên còn nguyên lý lực hút tĩnh điện- Electrostatic attraction: nguyên tắc bắt bụi này là thứ yếu trong sự bắt bụi cơ học. Khi bụi tiếp xúc với sợi lọc, những hạt bụi mịn được giữ lại bởi một lực điện tĩnh rất nhỏ. Lực này được sinh ra bởi sự ma sát giữ các sợi lọc, giữa bụi và sợi lọc hoặc dòng không khí đi qua sợi lọc. Nhưng lực điện tĩnh này thường bị loại trừ khi sợi lọc bám dính bụi bẩn vì nó là lớp cách ly điện tĩnh này.
2. Khác nhau về Cấp độ lọc (mechanical filtration)
- Pre-filters –lọc thô: vật liệu lọc thô bao gồm sợi tổng hợp, sợi thủy tinh cũng như acryl… đường kính sợi nhỏ hơn 20micromet , khoảng cách giữa các sợi vào khoẳng 200-400 micromet. Vận tốc gió qua màng lọc vào khoảng 0.5- 2m/s.
Nguyên tắc bắt bụi chủ yếu của lọc thô là “inertia”, như vậy lực quán tính là nhân tố quan trong cho sự bắt bụi này. Những phân tử bụi do quán tính nên không chuyển hướng được khi dòng khí đi xung quanh sợi lọc và bụi sẽ trạm trực diện vào bề mặt của sợi lọc.
Những bề mặt sợi lọc sẽ được xử lý theo hướng tăng bám dính như là dầu để giúp giữ bụi lại tốt hơn trên sợi lọc. nguyên tắc này sẽ không bắt giữ được hạt bụi nhỏ hơn 1micron.
- Fine filters_
loc tinh: vật liệu lọc thường làm từ sợi thủy tinh với đường kính sợi lọc nhỏ hơn 1micron, khoảng cách các sợi khoẳng 10micron. Vận tốc không khí qua màng lọc thường 2 – 10 cm/s.Nguyên tắc bắt bụi chính của lọc tinh là interception và diffusion.
Trong nguyên tắc interception các phân tử bụi đủ nhỏ để bay theo dòng không khí khi uốn cong tại các sợi lọc (khoảng cách giữa sợi lọc và hạt bụi sẽ nhỏ hơn bán kính sợi lọc), khi đó sẽ xảy ra va đập giữa sợi và hạt bụi, đó chính là nguyên tắc bắt được hạt bụi.
Trong nguyên tắc Diffusion, đối với hạt bụi nhỏ hơn 1micron sẽ có chuyển động Brownian như phân tử, chúng di chuyển theo kiểu dao động. khi dòng không khí đi cong qua sợi lọc phân tử bụi sẽ lệch khỏi quỹ đạo dao động của chúng và tiếp xúc với sợi lọc.
Cả 2 trường hợp này các phân tử bụi được giữ trên sợi lọc bởi lực van der Waals, vì thế vật liệu lọc không cần xử lý chất bám dính hoặc dầu cho mục đích giữ bụi.
- Absolute filters_lọc hiệu suất cao: vật liệu lọc từ sợi thủy tinh với đường kính khoảng 1micron. Dạng sợi lọc giấy thủy tinh thường có diện tính lọc hiệu quả gấp 25 đến 70 lần diện tích bề mặt lọc, vì chúng có dạng nếp gấp. vận tốc qua màng lọc vào khoảng 0.025m/s. chính vì dòng không khí qua lọc với vận tốc nhỏ nên trở nên dạng dòng laminar.