Depuratori d’aria domestici: i vari tipi sul mercato

Gli inquinanti dell’aria interna sono materiali indesiderati, a volte pericolosi nell’aria. Di solito il modo migliore per affrontare questo rischio è quello di controllare o eliminare le fonti di inquinanti e di ventilare una casa con aria esterna pulita. Il metodo di ventilazione, tuttavia, può essere limitato dalle condizioni meteorologiche o dai livelli indesiderati di contaminanti contenuti nell’aria esterna.

Se queste misure sono insufficienti, può essere utile un dispositivo di pulizia dell’aria. I dispositivi di pulizia dell’aria hanno lo scopo di rimuovere gli inquinanti dall’aria interna. Alcuni dispositivi di pulizia dell’aria sono progettati per essere installati nella canalizzazione del sistema di riscaldamento, ventilazione e condizionamento d’aria di una casa per pulire l’aria in tutto l’ambiente domestico.

I purificatori d’aria portatili possono essere utilizzati per pulire l’aria in una stanza singola o in aree specifiche, ma non sono intesi per la filtrazione di tutta la casa. Ciò perché il volume d’aria (in metri cubi/ora) che sono in grado di trattare li rende largamente insufficienti – come se volessimo scaldare una grande casa con una stufetta – anche se avessero un’efficienza di purificazione elevata.

Inoltre, sono disponibili diversi tipi di dispositivi di pulizia dell’aria, ciascuno progettato per rimuovere determinati tipi di inquinanti. Gli inquinanti che possono influire sulla qualità dell’aria in una casa rientrano, infatti, nelle due seguenti grandi categorie: il particolato e gli inquinanti gassosi.

Il particolato include polvere, fumo, polline, peli di animali, fumo di tabacco, particelle generate da dispositivi di combustione come fornelli da cucina e particelle associate a microrganismi, come: acari della polvere, muffe, batteri, virus. Gli inquinanti gassosi provengono da processi di combustione. Le fonti includono fornelli a gas, scarico dei veicoli e fumo di tabacco. Provengono anche da arredamento, materiali da costruzione e dall’uso di prodotti per la pulizia, adesivi, vernici e pesticidi.

La tabella seguente fornisce una breve sintesi delle tecnologie di depurazione dell’aria e degli inquinanti per ridurre i quali sono progettate. Oltre a comprendere i diversi tipi di dispositivi di pulizia dell’aria, i consumatori dovrebbero comunque prendere in considerazione anche le loro prestazioni.

La rimozione del particolato dall’aria

Due sono i tipi di dispositivi di pulizia dell’aria che possono rimuovere il particolato dall’aria: i filtri meccanici dell’aria ed i purificatori d’aria elettronici. I filtri meccanici dell’aria rimuovono le particelle catturandole sui materiali filtranti. Ad esempio, i filtri HEPA (High Efficiency Particulate Air), o filtri di particolato ad alta efficienza, rientrano in questa categoria, e sono ottimi per filtrare gli allergeni.

I filtri dell’aria meccanici sono disponibili in due tipi principali: piatto e pieghettato. I filtri piatti o a pannello generalmente sono grossolane fibre di vetro, peli di animali rivestiti, fibre vegetali, fibre sintetiche (come poliestere o nylon), schiume sintetiche, lana metallica. Il supporto del filtro può essere trattato con una sostanza viscosa, come l’olio, che fa attaccare le particelle alle fibre.

I filtri piatti possono essere composti anche da tre tipi di materiali caricati elettrostaticamente in modo permanente: lana di resina, un film plastico o una fibra chiamata “elettrete” o un polimero spruzzato elettrostaticamente. La loro carica statica attira e cattura le particelle. L’efficienza dei filtri elettrete diminuisce con il caricamento di particelle da parte del supporto.

I filtri pieghettati sono filtri di superficie estesa e sono generalmente più efficienti dei filtri piatti nel catturare particelle respirabili, e vengono usati anche sulle automobili. La piegatura del mezzo filtrante aumenta la superficie, riduce la velocità dell’aria e consente l’uso di fibre più piccole e una maggiore densità di imballaggio del filtro senza una grande diminuzione della portata del flusso d’aria.

I filtri ad aria ad alta efficienza (HEPA) sono un tipo di filtro di superficie estesa. I filtri HEPA, di solito, sono fatti di fibre di vetro submicrometriche e hanno una trama simile alla carta assorbente. In pratica, sono composti da più strati di foglietti filtranti di microfibre. Essi possono anche avere una superficie più ampia e rimuovere le particelle respirabili in modo più efficiente rispetto ai filtri pieghettati.

La prestazione dei filtri d’aria dipende non solo dalla velocità del flusso d’aria attraverso il filtro e dall’efficienza del filtro, ma anche da fattori come: dimensione e massa delle particelle; quantità di polvere sul filtro dell’aria; portata d’aria, velocità, percorso e resistenza attraverso il mezzo filtrante; miscelazione dell’aria lasciando il filtro con l’aria dentro la stanza; tasso di perdita dell’aria che aggira il filtro.

I depuratori d’aria elettronici del tipo precipitatori elettrostatici utilizzano un processo chiamato attrazione elettrostatica per intrappolare le particelle cariche. Aspirano aria attraverso una sezione di ionizzazione nella quale l’elettrone più esterno è strappato agli atomi, per cui alcuni di essi si “ionizzano”, cioè acquisicono una carica elettrica. Le particelle cariche si accumulano poi su una serie di piastre piatte, chiamate collettori, che sono caricate in modo opposto.

I precipitatori elettrostatici rimuovono e raccolgono piccole particelle sospese nell’aria e hanno una efficienza iniziale fino al 98%, a bassa velocità del flusso d’aria. I depuratori d’aria elettronici presentano elevate efficienze iniziali nella pulizia dell’aria, in gran parte a causa della loro capacità di rimuovere le particelle fini, oltre che perché sono puliti. La loro efficienza diminuisce quando le piastre di raccolta si caricano di particelle o quando la velocità del flusso d’aria aumenta.

Schema di un tipico purificatore domestico con precipitatore elettrostatico.

I generatori di ioni, o ionizzatori (da non confondersi con gli ozonizzatori!) disperdono gli ioni carichi nell’aria. Sono dunque simili ai purificatori d’aria elettronici, ma senza avere i collettori (la pulizia delle cui piastre peraltro è essenziale per mantenere prestazioni adeguate). Gli ioni prodotti si attaccano alle particelle sospese nell’aria, dando loro una carica, in modo che si attacchino alle superfici vicine come pareti o mobili, o si leghino tra loro e si depositino più velocemente.

Entrambi i tipi di depuratori d’aria elettronici producono gli ioni mediante scarica a corona o luce ultravioletta (UV). Gli ionizzatori sono la forma più semplice di filtro d’aria elettronico e sono disponibili in versione da tavolo, portatile e unità da soffitto. Come i filtri meccanici, purificatori d’aria elettronici possono anche venire installati in sistemi di climatizzazione.

Sebbene i depuratori d’aria elettronici rimuovano dall’aria le piccole particelle, non rimuovono i gas o gli odori. E dato che i depuratori d’aria elettronici usano l’alta tensione per generare campi ionizzanti, possono produrre ozono, come sottoprodotto oppure deliberatamente (come negli ozonizzatori). Pertanto la concentrazione di ozono indoor può essere influenzata dalla quantità di ozono emesso da questi apparecchi elettronici, che varia a seconda dei modelli.

La rimozione di gas inquinanti e odori

Diverso è il discorso per quanto riguarda la rimozione degli inquinanti gassosi. I filtri dell’aria in fase gas eliminano i gas e gli odori utilizzando un materiale chiamato “adsorbente”, come ad es. il carbone attivo, che assorbe gli inquinanti. Alcuni dispositivi di pulizia dell’aria con filtri in fase gas possono rimuovere una parte degli inquinanti gassosi e alcuni dei rischi correlati, almeno su base temporanea.

Questi filtri sono in genere destinati a rimuovere uno o più inquinanti gassosi dal flusso d’aria che li attraversa. Poiché i filtri in fase gas sono specifici per uno o un numero limitato di inquinanti gassosi, non ridurranno le concentrazioni di inquinanti per i quali non sono stati progettati. Perciò, non ci si aspetta che rimuovano tutti gli inquinanti gassosi presenti nell’aria di una casa tipica.

Ad esempio, il monossido di carbonio è un pericoloso inquinante gassoso che viene prodotto ogni volta che viene bruciato qualsiasi combustibile come gas, petrolio, cherosene, legno o carbone, e non viene facilmente catturato utilizzando i prodotti residenziali di filtrazione in fase gas attualmente disponibili. Fra l’altro, è difficile confrontare e classificare l’efficacia dei diversi filtri assorbenti.

Inoltre, la durata utile dei filtri in fase gas può essere breve, perché il materiale filtrante può rapidamente sovraccaricarsi e potrebbero dover essere sostituiti spesso, un po’ come succede con i filtri usati per la purificazione dell’acqua potabile domestica. Vi è pertanto la possibilità che, a pieno carico, questi filtri possano rilasciare di nuovo nell’aria gli inquinanti intrappolati.

Parlando più in generale, esistono due processi principali che rimuovono i contaminanti gassosi dall’aria: un processo fisico noto come “adsorbimento” – di cui quello con i filtri a carboni attivi è un tipico esempio – e una reazione chimica chiamata “chemisorbimento”.

L’adsorbimento risulta dall’attrazione fisica di molecole di gas o vapore su una superficie. Tutti gli adsorbenti hanno capacità limitate e quindi richiedono frequente manutenzione. In genere, un adsorbente assorbe le molecole per le quali ha la maggiore affinità e permette ad altre molecole di rimanere nel flusso d’aria. L’adsorbimento si verifica più facilmente a livelli basse temperature e umidità.

Assorbenti solidi come carbone attivo, gel di silice, allumina attivata, zeoliti, polimeri sintetici e argilla porosa sono utili a causa della loro grande superfice interna, stabilità e basso costo di tali minerali. Il carbone attivo è l’adsorbente più comune utilizzato nei sistemi di climatizzazione e nei depuratori d’aria portatili per rimuovere i contaminanti gassosi e gli odori.

Il carbone attivo ha il potenziale per rimuovere la maggior parte degli idrocarburi, molti aldeidi e acidi organici. Tuttavia, non è particolarmente efficace contro gli ossidi di zolfo, l’acido solfidrico, gli aldeidi di basso peso molecolare, l’ammoniaca e l’ossido di azoto.

Un purificatore portatile a carboni attivi e con filtro HEPA.

Il chemisorbimento si verifica quando le molecole di gas o di vapore reagiscono chimicamente con un materiale assorbente o con agenti reattivi impregnati in tale materiale. Queste sostanze impregnate reagiscono con i gas e formano composti chimici stabili che si legano al mezzo come sali organici o inorganici, o vengono rotti e rilasciati in aria come anidride carbonica, vapore acqueo oppure come materiale che viene più facilmente assorbito da altri adsorbenti.

Molte diverse sostanze chimiche possono essere impregnate sul carbone attivo. Il permanganato di potassio, invece, è un comune assorbente impregnato nell’allumina attivata. Reagisce con molti comuni inquinanti atmosferici, compresi formaldeide e ossidi di zolfo e di azoto. Dato che un chemisorbente reagisce con solo uno o un numero limitato di inquinanti reattivi, non ci si aspetta che riduca gli altri.

La distruzione degli inquinanti

Sul mercato esistono tre tipi di depuratori d’aria progettati per disattivare o distruggere gli inquinanti dell’aria indoor. Si tratta dei purificatori per “irradiazione dei germi con raggi ultravioletti” (UVGI) e dei purificatori “per ossidazione foto catalitica” (PCO). Vi sono poi generatori di ozono, o ozonizzatori, che vengono venduti presentandoli al pubblico come purificatori d’aria.

I purificatori UVGI (abbreviazione che sta per “Ultraviolet Germicidal Irradiation Cleaners”) usano le radiazioni ultraviolette delle lampade UV, che possono distruggere inquinanti biologici come virus, batteri, allergeni e muffe che vengono dispersi nell’aria o che crescono sulle superfici di apparati di climatizzazione (ad es. serpentine di raffreddamento, bacinelle di scarico o condutture).

I purificatori UVGI disattivano gli inquinanti biologici interni che volano o crescono sugli interni umidi di superfici del sistema di climatizzazione (ad es. serpentine di raffreddamento, vaschette di scarico, etc.). Tuttavia, i sistemi UVGI usati nelle case, che sono per la maggior parte lampade a vapori di mercurio che emettono UV a 253,7 nm, hanno un’efficacia limitata nell’uccidere batteri e muffe.

Infatti, la luce UV può penetrare nella struttura esterna della cellula di un microrganismo e alterare il suo DNA, impedendo in modo permanente la replicazione e causando la morte cellulare. Ma alcuni batteri e le spore delle muffe sono resistenti alle radiazioni UV. Pertanto gli UVGI, se utilizzati, dovrebbero essere applicati con – non in sostituzione – i sistemi di filtrazione.

Anche i purificatori PCO utilizzano una lampada UV – e dunque la tecnologia della luce ultravioletta (UV) – per distruggere gli inquinanti indoor, ma insieme a una sostanza, chiamata catalizzatore, che reagisce con la luce. In pratica, distruggono gli inquinanti gassosi convertendoli in prodotti innocui, ma non sono progettati per rimuovere gli inquinanti particellari, ovvero il particolato.

Quando il fotocatalizzatore – di solito biossido di titanio – è irradiato con luce UV, ha luogo una reazione fotochimica e si formano radicali idrossilici. Questi ultimi ossidano gli inquinanti gassosi adsorbiti sulla superficie del catalizzatore. Tale reazione, chiamata in gergo “ossidazione fotocatalitica”, converte gli inquinanti organici in biossido di carbonio e acqua.

Un depuratore d’aria domestico con tre diversi tipi di filtri, di cui uno fotocatalitico.

La PCO è una tecnologia emergente intesa a migliorare la capacità di distruggere contaminanti gassosi da parte dei sistemi residenziali di climatizzazione e/o di purificazione dell’aria. L’utilità dei purificatori PCO nelle case è però, limitata perché i fotocatalizzatori disponibili (ad es. sostanze che reagiscono con la luce) sono inefficaci nel distruggere completamente le sostanze inquinanti gassose indoor.

Invece, i generatori di ozono venduti come purificatori d’aria producono intenzionalmente – per distruggere gli inquinanti – gas ozono, un irritante dei polmoni dall’odore pungente che può causare effetti nocivi sulla salute. I generatori di ozono usano anch’essi la luce ultravioletta (UV) o una scarica elettrica creata con un circuito ad alta tensione proprio per produrre ozono.

A concentrazioni che non superano gli standard di salute pubblica, l’ozono ha scarso effetto nel rimuovere la maggior parte dei contaminanti dell’aria interna. Pertanto, i generatori di ozono non sono sempre sicuri ed efficaci nel controllare gli inquinanti dell’aria interna, a differenza dell’eliminazione o del controllo delle fonti di sostanze inquinanti e dell’aumento della ventilazione dell’aria esterna.

 

Riferimenti bibliografici



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