Co mají aerosoly, prachové částice a mikroby společného?

(Obrázek 2: Fotografie Flow-Box (Spetec Clean Boy® Mini))

(Obrázek 1: Velikosti částic v porovnání)

Tabulka 1: Třídy čistých prostor podle ISO 14644-1

Odpověď na tuto složitou otázku je fyzikální povahy a je poměrně jednoduchá: jedná se o velikost, která je společná všem třem odlišně působícím částicím, lépe řečeno jejich rozměr.

Jaké velikosti tyto částice mají?

Poměry velikostí některých vybraných objektů jsou znázorněny na obrázku 1.

Velikostní škála sahá od atomu o 10^-10 m až po pomeranč s průměrem 10 cm (0,1 m). V tomto článku se zajímáme o objekty menší než 0,1 mm, tedy 100 µm, a které proto již nejsou viditelné pouhým okem, a proto patří mezi mikro-objekty, které ačkoliv jsou neviditelné, mohou výrazně ovlivňovat náš život.

Kulovité částice (částice, aerosoly, mikroby) s průměry menšími než 30 µm mohou být ve vzduchu přenášeny na velké vzdálenosti, a nedávno japonští vědci dokázali dokonce ukázat, že aerosoly vytvořené člověkem mohou zůstat ve vzduchu až 20 minut, pokud není větráno, než se vlivem gravitační síly sníží na zem.

Aerosol označuje heterogenní směs (disperzi) pevných nebo kapalných částic v plynu. Tyto částice se nazývají aerosolové částice nebo aerosolové částice. Nejmenší částice jsou jen několik nanometrů velké a již je nelze vidět ani světelným mikroskopem, ale pouze elektronovým mikroskopem, například viry, avšak průměr aerosolů, které nás zde zajímají, se pohybuje v mikrometrové oblasti. Aerosoly jsou v současnosti intenzivně diskutovány, protože je člověk při dýchání a mluvení, zvláště však při zpěvu, nevyhnutelně produkuje a vypouští, a jiní lidé je mohou vdechnout zpět, pokud se nechrání například dodržováním odstupových pravidel nebo nošením ústního a nosního krytu, nebo se usazují na površích, čímž mohou negativně ovlivnit vlastnosti produktů.

Bioaerosol označuje všechny ve vzduchu přítomné shluky částic biologického původu, které obsahují houby, bakterie, viry nebo pyl, stejně jako jejich buněčné stěny a metabolické produkty (například mykotoxiny), nebo částice, na které se tyto bioprodukty přichytávají. V širším smyslu jsou všechny částice biologického původu, například odumřelé kožní šupiny nebo vláknité části, považovány za bioaerosolové částice. Člověk sám je proto v interiérových prostorách největším producentem bioaerosolů. Při výdechu se do okolního vzduchu dostávají drobné kapénky, při každém pohybu se uvolňují šupiny, kožní částice a vlákna jeho oděvu, které často dlouho zůstávají ve vzduchu.

Mezi větší biologické částice ve vzduchu patří s aerodynamickým průměrem od 10 µm do 100 µm pyl, zatímco viry mají obvykle průměr v rozmezí od 0,02 µm do 0,4 µm. Pokud vezmeme v úvahu, že poměrně velké pylové částice mohou urazit velké vzdálenosti a vyvolat alergii i na dálku, menší částice, jako jsou viry, se mohou šířit vzduchem i uvnitř budov a již je moderní klimatizace nezachytí. Bez větrání a výměny vzduchu mohou zůstat ve vzduchu po mnoho hodin, aniž by přišly do kontaktu s povrchem, kde by mohly být absorbovány.

Aerosoly člověk nejen vydechuje, ale také je snadno vdechuje. Přibližně 10 % všech vdechnutelných aerosolových částic zůstává v dýchacím ústrojí, zbytek je znovu vydechnut nebo vyloučen činností řasinek v plicích. Částice, které mohou proniknout alespoň do bronchiální oblasti, se označují jako plicně pronikající. Patří sem všechny aerosolové částice s průměrem menším než přibližně 10 mikrometrů (PM10). Větší částice se již zachytí v nose nebo v krku nebo se vůbec nevdechnou. Nejmenší částice, s průměrem mezi 0,5 a 1 mikrometrem, se naopak nejméně zachytí. To znamená, že mohou proniknout velmi hluboko do plic. Kdekoli dochází ve výrobě ke uvolňování prachu, aerosolů nebo částic, je třeba chránit člověka před těmito částicemi. Vzpomeneme si na náročné sanace azbestu, protože i jednotlivé azbestové vlákna mohou způsobit rakovinu plic.

Microorganismus je zkratka pro mikroorganismus, tedy organismus, jehož rozměr je v mikrometrech pod 0,1 mm, a který je proto již neviditelný pouhým okem. Všichni mikrobi mají společné to, že se skládají z jedné buňky. Pokud má buňka jádro, většinou obklopené dvojitou membránou, ve kterém je DNA, mluvíme o eukaryotech, zatímco pro prokaryoty jádro neplatí. Kritérium malého rozměru splňují i kvasinky, řasy, prvoci (například améby) a slizovci, ale novější definice mikroorganismů zahrnují pouze bakterie a archeony (také jednobuněčné organismy bez jádra, velmi podobné bakteriím) a kvasinky. Bakterie a také kvasinky se často používají v potravinářském průmyslu k dosažení určitých vlastností produktu, například při výrobě piva, ale mohou také kazit produkty, jak známe od plísní nebo bakterií coli.

Stručně řečeno, můžeme říct, že suspendované částice (prachové částice, mikroby, aerosoly nebo bioaerosoly) se vyskytují všude ve vzduchu a v interiérových prostorách a kvůli jejich malým rozměrům, menším než 100 µm, mohou dlouho zůstat ve vzduchu nebo být přenášeny vzdušným proudem na velké vzdálenosti.

Kde a čím se před těmito suspendovanými částicemi chránit?

Řada z nich může měnit nebo dokonce narušovat vlastnosti produktů.

V potravinářském průmyslu jsou všechny mikroorganismy přenášené vzduchem nežádoucí, přesto jsou však přítomny ve vzduchu v každé místnosti. To víme z vlastní zkušenosti, protože mnoho potravin je velmi náchylných. Tak například náš chléb začíná plesnivět, mléko se kazí nebo ovoce shnije, pokud je vystaveno těmto organismům bez ochrany. Proto je třeba chránit citlivé a hodnotné výrobky před mikroorganismy.

V optické a elektronické výrobě jsou prachové částice největším nepřítelem výrobce, protože jsou také přítomny v každém prostoru. Při výrobě optických nebo elektronických součástek mohou částice ovlivnit funkci produktu, narušit ji nebo ji úplně zničit, a proto je třeba tyto produkty chránit před částicemi jakéhokoliv druhu.

V farmaceutickém a zdravotnickém průmyslu je zvláštní důraz kladen na sterilitu nebo sterilitu, ale mikroorganismy jsou přítomny ve vzduchu všude. Proto musí být lékařské přístroje, jako jsou jehly, skalpely nebo obvazový materiál a náplasti, sterilně baleny a skladovány. Sterilní balení je možné zajistit jednoduše pomocí filtračního vzduchu, ale sterilní skladování může být již složitější. Logicky by měli být v nemocnicích sterilně skladováni i pacienti, pokud již byly prokázány přítomnost multirezistentních mikroorganismů.

Když mluvíme o znečištění vzduchu v interiérech, je třeba sledovat dva zdroje částic. Prachové částice pocházející z okolního vzduchu lze zvládnout vhodnými větracími a filtračními systémy. Druhým zdrojem jsou však lidé, kteří jsou mnohem obtížnější na kontrolu, protože sami uvolňují velké množství těchto suspendovaných částic jako aerosol nebo přímo jako částice (kožní šupiny, vlákna oděvu) při každém nádechu a pohybu. Kdykoli jsou lidé zapojeni do výroby, výroby nebo balení, je třeba jednat. Pouze důkladné čištění vzduchu a ochrana produktů před nimi může tyto částice chránit před lidským působením, nebo naopak, v některých případech je třeba chránit i člověka před emisemi, zejména prachem nebo aerosoly vznikajícími při výrobě.

Všechny tyto příklady ukazují, že produkty i lidé musí být chráněni před různými částicemi a aerosoly.

Jak lze tyto suspendované částice od svého produktu odfiltrovat?

Pouze správným čištěním vzduchu lze suspendované částice odstranit! Mezi různými technickými možnostmi čištění vzduchu se osvědčily filtrační techniky, protože představují cenově dostupnou a provozně nenákladnou alternativu, kterou je možné i dodatečně instalovat.

Základem pro posouzení kvality čistého prostoru nebo příslušných čistých prostor, například flow boxu, je norma DIN EN ISO 14644, podle které jsou prováděny klasifikace čistých prostor. Různé třídy ISO jsou uvedeny v tabulce 1. (1)

Podle požadavků lze také dodatečně začlenit celé čisté prostory do výrobních prostor nebo, pokud je potřeba menší prostor, lze postavit menší boxy, které vytvářejí lokální čisté prostředí.

Například flow box, jako je Spetec Clean Boy® Mini (Spetec GmbH, Erding, Německo), je na obrázku v obrázku 1. Byl testován, certifikován a zařazen do třídy ISO 5 (dříve třída 100) institutem Fraunhofer pro výrobní technologie a automatizaci, což znamená, že uvnitř boxu je povoleno maximálně 100 částic s minimálním průměrem 0,5 µm na krychlový metr (3,5 částic na litr nebo 3 520 částic na m³). Flow box má tak izolační faktor 10⁴ a snižuje počet částic a zlepšuje kvalitu vzduchu alespoň o 10 000krát ve srovnání s okolním vzduchem v výrobním prostoru. Podobně je tomu i u větších čistých prostor – zde však lze kvalitu vzduchu přizpůsobit požadavkům a přáním zákazníka. Všechny čisté prostory jsou sestavovány na místě firmou Spetec GmbH, měřeny a následně certifikovány.

Při hodnocení kvality vzduchu uvnitř čistého prostoru nebo laminar flow boxu není důležité, zda částice je aerosol, mikroorganismus, kvasinková buňka nebo bakterie, protože zachycení probíhá pouze podle velikosti částice, nikoliv podle jejích chemických nebo biologických vlastností.

Funkce flow boxu je poměrně jednoduchá. Vzduch je nasáván ventilátorem, který je na obrázku (obrázek 2) umístěn v horní části konstrukce, a proháněn přes filtr částic. Díky uspořádání filtrů je v pracovní oblasti za plexisklovými deskami vytvářen laminární proud vzduchu. To znamená, že vzduch proudí jako záclona shora dolů v paralelních proudnicích a vzorek nebo produkt je chráněn před vstupem částic přetlakem. Částice nebo jiné suspendované částice ve vzduchu, které se do prostoru dostaly například při nastavování nebo výměně chráněných produktů, jsou zachycovány proudem vzduchu a odstraňovány otvory v podlaze flow boxu nebo odváděny předními otvory.

Kombinací čistých prostor nebo laminar flow boxů lze vybudovat celé výrobní linky tak, že produkt nepřijde do kontaktu s částicemi jakéhokoliv druhu. Umístění nebo uspořádání, ale i návrh jednotlivých komponentů lze přizpůsobit požadavkům zákazníka.

(1) https://www.beuth.de/de/norm/din-en-iso-14644-1/238330395