BKM 3.0 - report prestazioni ITA

Page 1

Spin-off dell’Università di Padova

RESPIRA ARIA SANA INDOOR Report prestazioni Verifica della Purificazione aria ambientale nelle reali condizioni di uso dell’utente Verifica dell’abbattimento di PATOGENI aerodispersi e di COMPOSTI ORGANICI VOLATILI

Prodotto: BKM 3.0 (BREVETTATO) COMMITTENTE

TEAM R&D

Idrobase Group s.r.l. Via dell'Industria, 25 35010 Borgoricco (PD)

K-INN Tech s.r.l. Via Porciglia, 14 35121 Padova

Padova, 31/08/2021


Sommario 1.

Obiettivo .................................................................................................................................................... 3

2.

Descrizione dell’apparecchiatura e della tecnologia ................................................................................. 3

3.

Progettazione razionale dell’apparecchiatura ............................................................................................ 3

4.

Metodi sperimentali ................................................................................................................................... 4 Abbattimento patogeni aerodispersi .............................................................................................................. 4 Abbattimento VOC ........................................................................................................................................ 5

5.

Risultati...................................................................................................................................................... 6 Abbattimento patogeni .................................................................................................................................. 6 Abbattimento VOC ........................................................................................................................................ 6 Interpretazione delle prestazioni dell’apparecchiatura .................................................................................. 7

6.

Riferimenti bibliografici ............................................................................................................................ 7

pag. 2


1. Obiettivo Il seguente documento definisce le modalità di progettazione del prodotto e di esecuzione dei test sperimentali e riporta i risultati che attestano l’efficacia dell’apparecchiatura BKM 3.0 nei confronti dell’abbattimento di patogeni aerodispersi e di composti organici volatili detti VOC.

2. Descrizione dell’apparecchiatura e della tecnologia Prodotto: BKM 3.0 Descrizione del prodotto: Purificatore d’aria per ambienti indoor che sfrutta la tecnologia UV-C per: 

abbattere direttamente patogeni aerodispersi;

attivare un foto-catalizzatore a base di nano-particelle di titania che riduce la concentrazione dei composti organici volatili (VOC) nell’aria.

I prodotti BKM 3.0 sono dotati di due lampade UV-C germicide, emettenti a 254 nm, e di una ventola tangenziale regolabile su due livelli di velocità. Internamente, l’apparecchiatura è dotata di una serie di superfici appositamente sagomate, sulle quali è finemente distribuito il fotocatalizzatore, e montate in modo da essere ottimamente illuminate dalle radiazioni UV-C provenienti dalle lampade. La specifica disposizione e geometria dei componenti e il funzionamento del dispositivo sono coperti da brevetto. I prodotti BKM 3.0 non producono ozono.

3. Progettazione razionale dell’apparecchiatura L’accoppiamento della tecnologia della fotocatalisi e dell’azione germicida di radiazioni UV-C in un solo congegno è stato possibile attraverso mirate sperimentazioni su scala di laboratorio, che hanno permesso di validare un modello matematico complesso. Questo modello quantifica le relazioni esistenti tra la velocità di abbattimento di patogeni e di VOC, e i tempi di contatto e l’intensità locale dei raggi UV-C. Attraverso questo modello è stato dimensionato il prototipo attuale, in termini di: 

estensione del rivestimento foto-catalitico, per promuovere l’azione della titania sui VOC;

posizionamento delle lampade, per massimizzare la distribuzione dell’intensità delle radiazioni UV-C in ogni punto nello spazio e sulle superfici attive e aumentare di conseguenza la velocità di distruzione di patogeni e VOC.

Lo sviluppo del dispositivo è durato 10 mesi e si è basato sulle sperimentazioni eseguite su n-decano, toluene, formaldeide, tricloroetilene, acetone, per quanto riguarda i VOC; su Escherichia Coli, per quanto riguarda i patogeni. A questo proposito, si è considerata la scala di resistenza indicata dalla Food and Drugs Administration (FDA), che individua la categoria dei batteri tra le più resistenti alle pag. 3


operazioni di disinfezione tra i microorganismi, anche rispetto ai virus a barriera lipidica come i Coronavirus[1].

4. Metodi sperimentali La procedura di verifica sperimentale delle prestazioni dell’apparecchiatura è stata messa a punto al fine di comprovare l’efficacia del dispositivo nelle reali condizioni di utilizzo dell’utente. Viene dunque misurato l’abbattimento di VOC e di patogeni ottenuto all’interno del purificatore, come differenza tra la carica in ingresso e la carica in uscita dal dispositivo. Il tempo di esposizione è di frazioni di secondo, diversamente da altri protocolli di test, più comuni, che prevedono tempi di esposizione maggiori, che tuttavia non sono rappresentativi del funzionamento tipico delle macchine di purificazione dell’aria.

Abbattimento patogeni aerodispersi 

Microorganismo di prova: Escherichia coli NCTC 9001 (>100000 CFU)

Terreno di cultura: Terreno liquido Luria Bertani (LB)

Procedura sperimentale: lo schema dell’impianto è riportato in Figura 1. I batteri sono stati aerosolizzati e trasportati tramite un apposito generatore di aerosol, che viene alimentato con un flusso di aria in pressione. Il bio-aerosol viene miscelato con l’aria aspirata dalla ventola del BKM 3.0 e mandato al dispositivo. Il contenuto di umidità viene mantenuto elevato per garantire il trasporto dei batteri tramite aerosol: un secondo generatore di aerosol, a ultrasuoni, dosa al mixer una corrente di aria umidificata secondaria che viene adattata sulla velocità della ventola. In uscita, la cattura delle specie viene garantita tramite gorgogliamento in una bottiglia di vetro contenente 100 ml di acqua sterile. I batteri contenuti nell’acqua sono quindi coltivati nell’ambiente sterile di una capsula Petri per una notte a 37°C. Vengono eseguiti due test in successione con il dispositivo, entrambi della durata di 40 minuti: nel primo, le lampade UV-C sono spente e si raccolgono i batteri aerosolizzati per ottenere il valore del bianco della concentrazione di riferimento, in CFU/ml (CUVC OFF). Nel secondo test si accendono le lampade UV-C e con lo stesso metodo si determina la concentrazione di batteri sopravvissuti, in CFU/ml (CUVC ON). L’abbattimento è calcolato dalla riduzione percentuale tra CUVC ON e CUVC OFF. Per ogni test, vengono eseguiti due campionamenti differenti in modo da verificarne la ripetibilità.

pag. 4


Figura 1. Schema del setup impiegato per i test di abbattimento su patogeni aerodispersi.

Abbattimento VOC 

VOC di riferimento impiegato: Acetone

Detector: Detector a ionizzazione di fiamma (FID)

Procedura sperimentale: lo schema dell’impianto è riportato in Figura 2. Il VOC è dosato attraverso un flusso d’aria saturo di acetone, realizzato tramite un gorgogliatore operante in condizioni isoterme a 25°C. La portata d’aria è dosata attraverso un flussimetro ad elevata precisione. Il flusso viene miscelato con l’aria aspirata dalla ventola del BKM 3.0 e mandato al dispositivo: in ingresso al prototipo la composizione di VOC è di 50 ppm. In uscita dal prototipo, un campionamento continuo di 30 cc/min tramite pompa peristaltica viene analizzato in tempo reale tramite un detector a ionizzazione di fiamma (FID), tarato sul VOC. Per ogni test, viene misurato il segnale a lampade UV-C spente (IUVC OFF) e il segnale a lampade UV-C accese (IUVC ), con ventola sempre accesa a velocità costante. L’abbattimento % del VOC viene calcolato

ON

dalla differenza percentuale tra IUVC ON e IUVC OFF. I cicli ON-OFF vengono ripetuti più volte per verificare la ripetibilità dei risultati.

pag. 5


Figura 2. Schema setup impiegato per i test di abbattimento di VOC sul prototipo BKM 3.0.

5. Risultati I risultati sono espressi in termini di abbattimento di VOC e di patogeni dell’aria per singolo passaggio all’interno dell’apparecchiatura. Ogni passaggio consente di trattare il volume d’aria aspirato dal dispositivo in meno di un secondo.

Abbattimento patogeni I risultati relativi all’abbattimento di patogeni aerodispersi, alle due diverse velocità impostabili alla ventola, sono riportati in Tabella 1. Tabella 1. Abbattimento patogeni alle due diverse velocità della ventola

Portata d’aria trattata [Nm3/h] 20 45

Abbattimento PATOGENI per passaggio [%] 99.5 96.4

Abbattimento VOC I risultati relativi all’abbattimento VOC da parte del BKM 3.0, alle due diverse velocità impostabili alla ventola, sono riportati in Tabella 2.

Tabella 2. Abbattimento VOC da parte del BKM 3.0 alle due velocità della ventola.

Portata d’aria trattata [Nm3/h] 20 45

Abbattimento VOC per passaggio [%] 9.2 3.0

pag. 6


Interpretazione delle prestazioni dell’apparecchiatura La neutralizzazione di patogeni risulta essere molto elevata, specialmente in considerazione del fatto che le performance indicate si riferiscono non a test di irraggiamento statico a diversi minuti di trattamento in laboratorio, ma al reale abbattimento nel ridotto tempo di permanenza (< 1 secondo) dell’aria nell’apparecchiatura . Si precisa che a differenza dei patogeni, la cui concentrazione negli ambienti può variare sensibilmente con la frequentazione da parte di possibili carrier, il rilascio di inquinanti organici tende ad essere graduale. Le performance di abbattimento dei VOC indicate in Tabella 2 possono essere pertanto adeguate a decomporre questi inquinanti più velocemente di quanto essi vengano prodotti da determinate sorgenti. A titolo di esempio, si considerano i limiti di legge per l’emissione di VOC da materiali da costruzione e da elementi di arredo, che sono comuni fonti di produzione di VOC in ambienti domestici. La legislazione di riferimento è quella tedesca [2], visto che in Italia attualmente non esistono norme relative all’emissione di sostanze organiche in contesti non industriali. Secondo questi valori di soglia, misurati in accordo alla EN ISO 16000-9:2006 [3], un singolo dispositivo è in grado di abbattere componenti volatili emessi da materiali di costruzione e mobilio al massimo valore tollerabile dalla legge per stanze fino a 132 m3.

pag. 7