ویروس های آنفولانزا که شباهت زیادی با کووید 19 دارند به صورت کروی یا میله ای هستند، در حالت کروی قطر آن ها حوالی 100 نانومتر است ولی برای انواع میله ای طول ویروس می تواند تا بیش از 300 نانومتر نیز افزایش پیدا کند. برای داشتن درکی از اندازه ویروس آنفولانزا و سایر ویروس ها جالب است که بدانید قطر موی انسان که حدود 70 میکرومتر (یا 70،000 نانومتر) است.
روش های انتقال
پیش از پرداختن به ادامه بحث به نظر توصیف روش های انتقال بیماری کووید 19 و بیماری های مشابه وگذاری بر مطالعات انجام شده لازم می نماید. روش های مختلفی برای انتقال بیماری های ویروسی عفونی مانند کووید 19 و بیماری های مشابه مانند آنفولانزا، مرس و سارس وجود دارد. روش های انتقال را می توان به طور مستقیم به نوع تماسی و غیرتماسی تقسیم کرد. در نوع تماس عامل انتقال می توان تماس مستقیم و یا غیر مستقیم با فرد بیمار باشد که البته در این جا خیلی مورد نظر نیست و از طریق سیست های تصفیه هوا و روش های مشابه نمی توان اقدامی در جهت کنترل آن انجام داد. روش دوم که غیرتماسی است می تواند روش تماسی خطرناک تر باشد چرا که هم قابلیت آلوده کردن افراد بیش تری را داشته و هم ناشناخته تر بوده و کم تر به آن توجه شده است. در این مقاله تنها به روش انتقال هوایی پرداخته می شود. آلوده شدن توسط انتقال هوایی از دو طریق صورت می گیرد: 1) قطراتی که از سمت فرد بیمار (با عطسه، سرفه و یا تنفس عادی) خارج شده و تا فاصله زیادی می تواند پرتاب شود ولی زمان زیادی در هوا نمی مانند 2) ذرات ریز که می توانند برای ساعت ها در هوا مانده و در فواصل طولانی منتقل شود.
در بسیاری از بیماری ها نرخ های انتقال با قرار گرفتن افراد در مجاورت هم به شدت افزایش می یابد به همین دلیل رعایت فاصله از اهمیت زیادی برخوردار است (در بعضی منابع رعایت فاصله 2 متری و در بعضی دیگر 4 متری توصیه شده است). در فواصل کوتاه فرد بیش تر در معرض قطرات بزرگ منتشر شده از فرد بیمار قرار می گیرد، این قطرات در مدت کوتاهی به دلیل سنگینی و نیروی جاذب بر روی سطوح می نشینند و یا تبخیر شده و به ذرات ریز تبدیل می شوند. اما قطرات ریز موسوم به ذرات هوایی مدت طولانی می مانند (در بعضی تحقیقات ادعا شده که تا 8 ساعت در هوا می مانند) و ممکن است از طریق جریان طبیعی هوا و یا به کمک سیستم های تهویه با سرعت زیادی منتشر شده و افراد زیادی را آلوده کند. بنابراین اگر بتوان این قطرات و ذرات را در اسرع وقت کنترل کرد، می توان کمک شایانی به کنترل انتشار هوایی بیماری کرد. از طرفی در صورتی که ذرات و قطرات بزرگ بر روی سطوح بنشینند ممکن است تا بیش از چند روز ماندگاری داشته و در صورت لمس سطح مربوطه باعث انتقال بیماری شوند. بنابراین اگر بتوان این قطرات بزرگ را هم را در اسرع وقت جذب کرد، انتشار ویروس به صورت قابل توجهی می تواند کاهش یابد.
کاربرد تصفیه هوا در کنترل انتقال هوایی ویروس کووید 19 و ویروس های مشابه
سوال اصلی و اولیه این است که دستگاه های تصفیه هوا چقدر و به چه صورتی می توانند جهت کنترل انتقال ویروس ها از مسیر هوایی موثر باشند؟ برای پاسخ به این سوال باید ابتدا فیلترهایی که در دستگاه های تصفیه هوا به کار گرفته می شوند و عملکرد آن در جذب و از بین بردن ذرات و ویروس ها را توضیح داد. دستگاه های تصفیه هوا انواع بسیار متفاوتی دارند که در آن ها از فیلترهای متفاوتی بهره برده شده و قطعا توانایی آن ها هم با یکدیگر تفاوت دارد. با این وجود عمده دستگاه های تصفیه هوای استاندارد و معتبر جهانی از یک سری فیلترها نسبتا مشترک بهره می برند که وجودشان برای عملکرد مناسب تصفیه هوا ضروری است. به همین دلیل در این بخش تمرکز بر روی عملکرد فیلترها قرار داده شده است. استفاده از 4 مرحله فیلتراسیون شامل 1. فیلتر اولیه، 2. فیلتر کربن فعال، 3. فیلتر هپا (این سه فیلتر در دسته فیلتراسیون منفعل قرار می گیرند) و 4. یک نوع فیلتراسیون فعال، در بیش تر دستگاه های استاندارد و معتبر رواج دارد. با همین چهار مرحله و بسته به کیفیت آن ها عملکرد تصفیه هوا می تواند کامل باشد، افزودن تعداد فیلترها در بیش تر مواقع جنبه های تجاری و تبلیغاتی دارد مگر این که هدف افزودن قابلیت های غیر معمول و یا ایجاد اطمینان از تصفیه به دلیل به کار بردن فیلترهای متفاوت برای یک عملکرد مشابه باشد. فیلتر اولیه یک توری نسبت ریز است که برای گرفتن ذرات درشت کاربرد دارد و با توجه به نوع و ابعاد ویروس ها می توان گفت که عملا تاثیر بسیار ناچیزی در برابر گسترش ویروس ها دارد چرا که هم قطرات درشت و هم قطرات ریز و هم ذرات هوایی به راحتی از آن عبور می کنند. فیلتر کربن فعال هم برای از بین بردن برده است و هیچ عملکرد مثبتی در برابر ویروس ها ندارد. برای دو فیلتر دیگر در ادامه توضیحات کامل تری ارائه می شود.
فیلتر هپا
فیلتر هپا (HEPA) که مخففHigh Efficiency Particulate Air است اولین بار در سال 1955 برای ماموریت های اتمی توسعه داده شد. این فیلترها به صورت تجاری 2 سال بعد در دسترس قرار گرفتند. فیلترهای هپا در تجهیزات مختلفی از جمله دستگاه جاروبرقی، هواساز و … استفاده شده و کاربردهای صنعتی، پزشکی و آزمایشگاهی بسیاری دارند. فیلتر هپا از الیاف فایبرگلاس، پوشال و به هم فشرده شدن آنها تولید میشود. قطر الیاف با توجه به کاربردشان از 5/0 تا ۲ میکرون متفاوت است. الیاف به هم فشرده دارای منافذ ریزی درون خود هستند تا جریان هوا را عبور دهد اما ذرات بزرگتر از 3/0 میکرون در فیلتر باقی بمانند. برای افزایش سطح فیلتراسیون و اثربخشی فیلتر، آن را به صورت آکاردئونی یا تا خورده درست میکنند. دسته بندی های متفاوتی برای فیلترها وجود دارد، اگر به استاندارد EN 1822:2009 رجوع شود می¬توان فیلترها را به سه دسته زیر تقسیم کرد:
- EPA: Efficient Particulate Air filter; E classes (E10, E11, and E12)
- HEPA: High Efficiency Particulate Air filter (H), H classes (H13, H14)
- ULPA: Ultra Low Penetration Air filter (U), U classes (U15, U16, U17)
البته لازم به ذکر است که بعضی از دسته بندی ها فیلترهای کلاس E را هم با فیلترهای کلاس H در نظر می گیرند. دسته بندی کلی و توضیحات آن در جدول 1 ارائه شده است
جدول 1. کلاس بندی فیلترهای هپا و فیلترهای مشابه با توجه به ساختار فیلتر هپا و اطلاعات جدول 1 میتوان گفت که فیلترهای هپا به خوبی می توانند ذرات با قطر بزرگ تر از 3/0 میکرومتر را جذب کنند اما همان طور که قبلا گفته شد ویروس های کووید 19 بین 60 تا 140 نانومتر (06/0 تا 14/0 میکرومتر) هستند. هر چند انتشار ویروس ها در خیلی از موارد در قالب دسته ویروس ها یا قطرات ریز و درشت هستند که عمدتا می توانند ابعادی بزرگ تر از 3/0 میکرومتر داشته باشند اما به هر حال ممکن است انتشار آن به صورت ذرات ریز تا حدود 60 نانومتر هم انجام شود، لذا باید به بررسی مکانیزم فیلترهای هپا پرداخت تا بتوان عملکرد فیلترها در قبال این ذرات را نیز به دست آورد.
مکانیزم عملکرد فیلترهای هپا
فرآیند جذب ذرات در رشته های فیلتر هپا به ویژگی ها و شرایط جریان ورودی، جریان درون میکروساختارهای فیلتر و نیز ویژگی های ذرات عبوری بستگی دارد. مشخصه های فرآیند فیلتراسیون منجر به سه مکانیزم وابسته به جریان برای جذب ذرات شامل برخورد اینرسی یا برخورد مستقیم (inertial impaction)، برخورد حائل (interception) و مکانیزم پخشی (diffusion) می شود. البته دو مکانیزم دیگر با عنوان جذب الک وار (straining attraction) و جذب الکترواستاتیک (electrostatic attraction) وجود دارد که در فیلتر هپا برای ذرات مورد نظر ما تاثیر کمی دارند و در این جا از آن ها صرف نظر شده است. در شکل 2 شماتیکی از روش های جذب ذرات در فیلتر هپا ارائه شده است.
