Màng lọc ULPA filter phòng sạch là gì? Ứng dụng và cấu tạo

Trong các môi trường yêu cầu độ sạch không khí cao như phòng sạch, bệnh viện, nhà máy sản xuất dược phẩm hay vi mạch điện tử, hệ thống lọc khí đóng vai trò then chốt. Trong đó, bộ lọc ULPA được xem là giải pháp tối ưu khi cần loại bỏ gần như hoàn toàn các hạt bụi siêu nhỏ khỏi không khí. Vậy màng lọc ULPA là gì, cấu tạo ra sao, có gì khác biệt so với HEPA và nên ứng dụng trong trường hợp nào? Cùng tìm hiểu chi tiết ngay trong bài viết dưới đây.

Màng lọc ULPA filter là gì?

ULPA là viết tắt của “Ultra-Low Penetration Air filter”, dịch nôm na là bộ lọc không khí có khả năng xâm nhập cực thấp. Theo định nghĩa chuẩn quốc tế, màng lọc ULPA được thiết kế để loại bỏ tối thiểu 99.999% các hạt lơ lửng trong không khí có kích thước từ 0.1 đến 0.2 micromet (µm) trở lên, hoặc theo một số tiêu chuẩn khác là các hạt có kích thước 0.12 µm. Đây là một bước tiến vượt bậc so với các công nghệ lọc trước đó, cho phép kiểm soát môi trường ở mức độ tinh khiết gần như tuyệt đối.

Sự ra đời của ULPA đáp ứng nhu cầu cấp thiết của các lĩnh vực đòi hỏi môi trường siêu sạch, nơi mà ngay cả những hạt bụi nhỏ nhất hay vi sinh vật cũng có thể gây ra những sai sót nghiêm trọng trong sản xuất hoặc ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu. Màng lọc ULPA giúp đảm bảo không khí trong phòng không bị ô nhiễm bởi các hạt bụi siêu nhỏ, vi khuẩn, virus, bào tử nấm, phấn hoa hay thậm chí là các phân tử hóa chất dạng khí có kích thước tương đương, qua đó đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn và chất lượng nghiêm ngặt nhất như ISO 14644-1 cho các cấp độ phòng sạch cao nhất.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của màng lọc ULPA filter

Để đạt được hiệu suất lọc ấn tượng, bộ lọc ULPA sở hữu một cấu trúc phức tạp và vận hành dựa trên sự kết hợp của nhiều cơ chế vật lý:

• Vật liệu lọc: Thành phần cốt lõi của màng ULPA là các lớp sợi thủy tinh borosilicate siêu mịn hoặc đôi khi là các sợi tổng hợp tiên tiến. Các sợi này có đường kính cực nhỏ, thường chỉ từ vài phần mười đến vài micromet, được nén chặt và sắp xếp một cách ngẫu nhiên nhưng vô cùng dày đặc. Việc này tạo ra một “mê cung” đa lớp với hàng triệu khe hở siêu nhỏ.
• Khung bảo vệ: Lớp vật liệu lọc này được gia cố và bảo vệ bởi một khung cứng cáp, thường làm bằng nhôm định hình, thép không gỉ hoặc gỗ công nghiệp chịu ẩm, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể và yêu cầu của môi trường thi công phòng sạch. Giữa vật liệu lọc và khung thường có lớp keo polyurethane hoặc silicone để đảm bảo độ kín khít tuyệt đối, ngăn không khí chưa được lọc đi vòng qua màng.

Nguyên lý hoạt động

Hiệu quả lọc vượt trội của ULPA không chỉ dựa vào kích thước khe hở nhỏ mà còn là sự tổng hòa của nhiều cơ chế bắt giữ hạt:

1. Sàng lọc (Straining/Sieving): Đây là cơ chế đơn giản nhất, khi các hạt có kích thước lớn hơn khe hở giữa các sợi lọc sẽ bị giữ lại một cách cơ học, tương tự như một cái rây. Cơ chế này hiệu quả với các hạt lớn hơn 1.0 µm.
2. Va đập quán tính (Inertial Impaction): Các hạt lớn hơn (thường > 0.3 µm) có quán tính đáng kể. Khi dòng không khí đổi hướng đột ngột để đi qua các sợi lọc, các hạt này do quán tính sẽ tiếp tục di chuyển theo đường thẳng và va chạm vào bề mặt sợi lọc, sau đó bị giữ lại.
3. Chặn giữ (Interception): Các hạt có kích thước trung bình (khoảng 0.1 µm đến 1.0 µm) di chuyển theo dòng khí. Khi chúng tiến đến đủ gần một sợi lọc (khoảng cách bằng bán kính của hạt), chúng sẽ bị sợi lọc “chặn” lại và dính vào đó do lực Van der Waals.
4. Khuếch tán (Diffusion – Chuyển động Brown): Đây là cơ chế chủ đạo đối với các hạt siêu nhỏ (< 0.1 µm). Những hạt này rất nhẹ và chịu tác động mạnh mẽ từ sự va chạm với các phân tử không khí, khiến chúng chuyển động zigzag một cách ngẫu nhiên (chuyển động Brown). Sự chuyển động này làm tăng xác suất các hạt siêu nhỏ va chạm và bị giữ lại bởi các sợi lọc, ngay cả khi chúng có thể dễ dàng lọt qua các khe hở.
5. Hút tĩnh điện (Electrostatic Attraction): Một số màng lọc ULPA hiện đại có thể tích hợp các sợi mang điện tích hoặc được xử lý để tăng cường khả năng hút tĩnh điện, giúp thu hút và giữ lại cả những hạt trung hòa về điện.

Chính sự kết hợp tinh vi của các cơ chế này, đặc biệt là khả năng bắt giữ hiệu quả các hạt trong khoảng kích thước 0.1 – 0.2 µm (được coi là kích thước khó lọc nhất – Most Penetrating Particle Size – MPPS), đã làm nên tên tuổi của màng lọc ULPA. Theo tiêu chuẩn châu Âu EN 1822, màng lọc ULPA thường được phân loại từ cấp U15 đến U17, với hiệu suất lọc tối thiểu từ 99.9995% (U15) đến 99.999995% (U17) đối với MPPS.

So sánh ULPA và HEPA

Mặc dù cả HEPA (High Efficiency Particulate Air) và ULPA đều là những công nghệ lọc không khí hiệu suất cao, chúng có những khác biệt quan trọng quyết định đến phạm vi ứng dụng:

Khi nào nên chọn ULPA thay vì HEPA?

• Khi tiêu chuẩn độ sạch là tuyệt đối: Trong các quy trình thi công phòng sạch cho ngành sản xuất bán dẫn, vi điện tử, dược phẩm vô trùng, hoặc các phòng thí nghiệm nghiên cứu vật liệu nano, công nghệ sinh học phân tử, nơi mà sự hiện diện của dù chỉ một vài hạt siêu vi cũng có thể phá hỏng toàn bộ lô sản phẩm hoặc kết quả thí nghiệm, ULPA là bắt buộc.
• Khi cần kiểm soát vi sinh vật kích thước cực nhỏ: Nhiều loại virus có kích thước trong khoảng 0.02 – 0.3 µm. ULPA với khả năng lọc hạt 0.1-0.2 µm sẽ hiệu quả hơn HEPA trong việc ngăn chặn sự lây lan của các tác nhân này.
• Đầu tư dài hạn cho môi trường trọng yếu: Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cho màng lọc ULPA và hệ thống hỗ trợ (như quạt công suất lớn hơn do trở lực cao) là đáng kể, tuổi thọ dài hơn và hiệu suất ổn định giúp giảm tần suất thay thế và đảm bảo chất lượng môi trường liên tục, mang lại lợi ích kinh tế dài hạn cho các hoạt động sản xuất, nghiên cứu giá trị cao.

Ngược lại, HEPA vẫn là lựa chọn hiệu quả và kinh tế cho các ứng dụng dân dụng, thương mại và một số phòng sạch cấp độ thấp hơn, nơi yêu cầu về độ tinh khiết không quá cực đoan.

Ứng dụng thực tế của màng lọc ULPA filter

Ngành y tế và dược phẩm

• Phòng mổ và khu vực chăm sóc đặc biệt (ICU): Đảm bảo môi trường vô trùng, giảm nguy cơ nhiễm khuẩn bệnh viện.
• Sản xuất dược phẩm vô trùng: Từ khâu pha chế, đóng gói thuốc tiêm, vắc xin đến các sản phẩm sinh học, ULPA ngăn ngừa ô nhiễm vi sinh và tiểu phân. Các quy trình thi công phòng sạch GMP cho dược phẩm thường yêu cầu ULPA ở các khu vực cấp A.
• Phòng thí nghiệm y sinh, nuôi cấy tế bào: Bảo vệ mẫu vật khỏi ô nhiễm ngoại lai.

Ngành sản xuất vi điện tử và bán dẫn:

• Cleanroom sản xuất wafer, chip, mạch tích hợp (IC): Bất kỳ hạt bụi nào, dù nhỏ nhất, cũng có thể gây ra lỗi đoản mạch hoặc hỏng hóc trên vi mạch. ULPA là tiêu chuẩn vàng để duy trì môi trường sản xuất siêu sạch (thường là ISO Class 1 đến Class 5), đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm. Quá trình thi công phòng sạch cho ngành này đòi hỏi sự tỉ mỉ và kiểm soát chặt chẽ về nguồn phát sinh hạt, trong đó hệ thống lọc ULPA là trái tim.

Phòng sạch công nghiệp và nghiên cứu khoa học

• Công nghệ quang học và laser: Sản xuất và lắp ráp các thiết bị quang học chính xác cao.
• Công nghệ nano: Nghiên cứu và chế tạo vật liệu, thiết bị ở cấp độ nanomet.
• Ngành hàng không vũ trụ: Lắp ráp vệ tinh và các thiết bị nhạy cảm khác.
• Phòng thí nghiệm an toàn sinh học cấp cao (BSL-3, BSL-4): Ngăn chặn sự phát tán của các tác nhân gây bệnh nguy hiểm.

Cinvico – Đối tác tin cậy trong thi công phòng sạch chuyên nghiệp

Với bề dày kinh nghiệm và đội ngũ kỹ thuật chuyên sâu, Cinvico tự hào là đơn vị hàng đầu trong lĩnh vực thiết kế và thi công phòng sạch đạt chuẩn. Chúng tôi cung cấp giải pháp toàn diện, từ khảo sát, tư vấn thiết kế đến thi công và bảo trì, đảm bảo mỗi công trình phòng sạch vận hành hiệu quả, bền bỉ và đáp ứng nghiêm ngặt các tiêu chuẩn ngành. Cinvico cam kết mang đến chất lượng vượt trội, tối ưu hóa chi phí và tiến độ, giúp khách hàng yên tâm phát triển sản xuất trong môi trường kiểm soát chất lượng cao.

👉 Liên hệ ngay với Cinvico để được tư vấn giải pháp ưu nhất cho doanh nghiệp bạn!