Toimistotyöympäristön sisäilmasto ja biologisen puhdistuslaitteen tuotekehitys

Abstract

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli kokeellisen ilmanpuhdistuslaitteen käyttökuntoon saattaminen kaikkine laitteineen sekä koejärjestelyn suunnittelu ja toteutus, jolla laitteen ilmanpuhdistuskapasiteettia pyrittiin selvittämään. Lisäksi tehtiin kirjallisuuskatsaus, johon on koottu tietoa sisäilmasta, sisäilman epäpuhtauksista ja niiden lähteistä sekä terveysvaikutuksista, ilmanvaihtojärjestelmistä, käytetyistä sisäilmanpuhdistimista ja ilman biologisista puhdistusmenetelmistä, kohteissa, joissa ei ole tuotannosta tai muistakaan syistä johtuvia yksittäisiä, voimakkaita päästölähteitä. Tällaisia kohteita ovat esimerkiksi koulut, toimistot ja virastot.

Ilmanpuhdistuslaitteen tuotekehittely tapahtui Jyväskylässä Naturvention Oy:n toimitiloissa syksyllä 2015. Laitteen toiminta perustuu biotransformaatioon, jonka avulla ilman epäpuhtauksien kemiallista rakennetta muutetaan mikro-organismien avulla terveydelle vaarattomampaan muotoon. Koejärjestelyt ja näytteenotto suoritettiin kolmessa osassa, kahtena eri näytteenottopäivänä 11.11.2015 ja 26.11.2015. Näytteenotto tehtiin Tenax-adsopbtioputkinäytteinä. Adsorptioputkinäytteillä saadaan selville ilmanäytteen sisältämien eri VOC-yhdisteiden määrät ja näin voitiin selvittää laitteen tulo- ja poistoilman VOC-määrien erotuksesta laitteen puhdistuskapasiteettia. Ensimmäinen koejärjestely testasi laitteen puhdistuskapasiteettia silloin, kun laitteessa on ilman epäpuhtauksia hajottavia mikro-organismeja, toisessa koejärjestelyssä prosessia koetettiin tehostaa parannetulla kasvualustalla ja kolmas koejärjestely oli niin sanottu vertailumittaus, jossa selvitettiin kuinka paljon ilman epäpuhtauksista, varsinkin vesiliukoisista VOC-yhdisteistä poistuu pelkästään laitteen vedenkierron ansiosta. Ennen viimeistä näytteenottoa laite oli puhdistettu ja desinfioitu mikro-organismien poistamiseksi.

Laitteen läpi virtaavan ilman VOC-yhdisteiden reduktio oli parhaimmillaan parannetulla kasvualustalla ja heikommillaan vertailumittauksen aikana. Kokonais-VOC-pitoisuuden reduktio parennetulla kasvualustalla tehostetussa prosessissa oli 95,3 %, ilman parenneltua kasvualustaa 88,2 % ja vertailumittauksessa 83,8 %.

The purpose of this thesis was to set up an experimental air cleaning device with all of its components as well as to design an experimental arrangement to determine the air cleaning capacity of the air cleaning device. This thesis also contains a literature review about indoor air and its pollutants, their sources and health effects, ventilation systems and filters used in them, and biological filters that are used in locations with no single major sources of air pollution. This kind of locations include for example schools, offices and bureaus.

The development of the air cleaning device took place in the offices of Naturvention Ltd., in Jyväskylä, in the fall of 2015. The operating principle of the device is based on biotransformation, with what the impurities in the air are transformed by microbes into compounds that are less harmful to health. The experimental setup included three different configurations of the device, and the sampling was done on two separate days, on 11 of and 26 of November, 2015. The sampling was done with Tenax absorption tubes. With these absorption tube samples, the concentrations of different VOCs in the air were determined from the inlet and outlet air streams of the device, and the reduction capacities of different configurations were calculated. The first configuration was used to determine the reduction efficiency when the process contained only microbes for cleaning the air. The second configuration tested the possibility of enhancing the reduction efficiency by using improved growing media in the system with microbes. The third configuration contained neither microbes nor improved growing media, but only cleaned the air by washing the impurities into water. The third configuration was used as a control to determine the efficiency by which the system removed VOCs and especially the more insoluble VOCs from the air when biological removal techniques were not used and only water was used. To measure the purifying capacity with the third configuration, the device was cleaned and disinfected before using it with only water without any microbes.

As a result of this thesis, it can be stated that the reduction efficiency for VOCs from the airflow was obtained when improved growing media was used, and the smallest when using the control configuration. The reduction for the total VOC concentration in the process with improved growing media was 95.3 %, without improved growing media 88.2 %, and in the control configuration 83.8 %.