1、前言
室內的環境質量是影響人體健康最重要的環境因素。室內空氣污染物在種類、數量上都隨建築物的地點、種類、用途和室外空氣污染狀況的變化而變化。解決這一問題的有效方法就是在室內增加空氣凈化設備,據有關資料報導,目前使用的空氣凈化設備對凈化多種污染氣體能力普遍較差,如對人體放出的二氧化碳和體臭,廚房產生的水蒸汽和一氧化碳,吸煙過程中產生的複雜的氣體污染物等。另外很多種污染物是很難用現在的空氣凈化設備清除乾淨的。基於上述原因本研究提出了利用活性炭纖維過濾器凈化室內污染氣體,較系統地研究了活性炭纖維過濾器的性能、特點,探討了不同污染空氣條件下各種因素對過濾器過濾效率的影響,為活性炭纖維在室內空氣凈化方面的應用提供了科學的依據,為室內空氣凈化器的研究發展奠定了基礎。
活性炭纖維過濾器(以下簡稱過濾器)採用活性炭纖維氈或纖維布製成,此種材料優越於活性炭(GAC)具有高度發達的微孔結構,吸附容量大,外表面積大(約是GAC的10~100倍),吸、脫附速度快,凈化效果好的特性。此過濾器設計外形尺寸為282mm×282mm×120mm。當過濾風量為設計風量260m³/h時,設計迎面風速為0.91m/s,濾速為0.172m/s,需濾材為0.44m²(過濾器有效面積為0.42m²)。為了便於加工和降低造價,過濾器邊框採用塑料板,濾材用207#的尼龍網及鐵絲網支撐,濾材的邊緣與塑料邊框用玻璃膠粘接使之密封。
2、過濾器的性能測試
過濾器對各種污染氣體總去除效率的測試
(1)污染氣體測試及採樣分析方法
每分鐘抽吸一次)法製取;NH3採用濃氨水揮發法製取。
實驗時首先在過濾器前後測孔處安裝採樣管,採樣管和大氣採樣器相連。然後在實驗室內製備所需濃度的某種污染氣體,由電風扇混合均勻2min,開啟風機調節所需風量。根據性能測試研究的不同內容,設置不同的條件,測定出過濾器前後的污染氣體濃度。測試順序為:風機啟動后首先在過濾器入口採樣5min,依此濃度作為過濾器的入口濃度,然後測定過濾器出口在風機運行不同時間后的5min平均濃度,求出過濾器的總去除效率η。
3、過濾器的性能測試結果與分析
3.1 過濾器阻力測試結果及分析
過濾器的阻力均隨風道風速的增加而增大,近乎直線關係。當過濾器的風量為設計風量時(即Q=260m³/h,風道風速為2.82m/s,過濾器濾速為17.20cm/s),過濾器阻力約為20Pa。
3.2 過濾器對污染氣體去除效率測試結果與分析
測定不同風量下風機開啟20min后的過濾器出口5min平均濃度,計算其污染氣體去除效率。①SO2、NOX污染氣體在同一濃度不同風量下,存在著最高去除效率和與之相對應的過濾器的最佳濾速。過濾器對入口濃度為1.555mg/m³的SO2,最高去除率為90.4%,最佳濾速為12.50cm/s,最佳風量為189m³/h;對濃度為2.506mg/m³的NOX的最高去除率為76.58%,最佳濾速為12.50cm/s,過濾器的高效區風量範圍為157.6~251.6m³/h。②低風量氣體去除率低,主要是由於風機出風量低時,雖然過濾器的過濾效率提高,但相對的未凈化氣體多,一次循環后,凈化氣體與未凈化氣體混合後房內污染物濃度仍較高,致使開機20min后的去除效率受到影響。但如果過濾器在某一風量下無的循環過濾,污染氣體會達到某一最高去除效率,這樣作的結果是很不經濟的。因此選擇最佳開機時間、最佳過濾風量和最佳氣體去除效率對研究活性炭纖維過濾器具有重要的實際意義。
一定濃度的污染氣體在同一風量不同的開機時間下：分別測定風機開啟10、20、30、40、50、60min后的過濾器出口的5min氣體平均濃度,計算各時間段的污染氣體總去除效率。
對同一濃度的污染氣體風量一定時,污染氣體的去除效率隨風機開啟時間的延長而增加,最終趨於一平衡值。通過過濾器風量為189~226m³/h,污染氣體去除效率曲線最為理想,一般在過濾器入口濃度不太高時,風機開啟20
~30min,即可達到室內環境質量的要求。
過濾器風量一定,污染氣體濃度不同：測定風機開啟20min後過濾器出口的5min氣體平均濃度,計算出不同過濾器入口濃度下過濾器的去除效率。
在規定的凈化時間範圍內,過濾器對氣體去除效率有隨污染氣體濃度升高而增加的趨勢,但當污染氣體濃度達到某一值后,效率都有所降低。這說明活性炭纖維在一定時間內對高濃度的污染氣體有較高的去除率,但是每次循環的凈風量是一定的,即一定時間內處理的污染氣體量是一定的,隨著室內製造污染濃度增高,即使過濾器的去除效率較高,但固定時間內氣體的循環、混合也影響了總去除效率。因此對低濃度的污染氣體可以採用較短的開啟時間進行快速凈化,而對污染氣體濃度較高時,可以延長風機開啟時間,使凈化器達到最佳去除效果。過濾器對不同種類的污染氣體在一定時間內,存在著最佳去除效率的濃度範圍,在這個範圍內凈化設備開啟一定時間便可滿足室內環境質量要求,若在氣體過濾器上標記去除濃度範圍將會為用戶的選擇提供方便。
同一濃度的污染氣體在風機開啟不同時間段,過濾器前後濃度隨時間變化燃燒0.1g、0.5g的硫磺,風扇混勻后同時測定過濾器第1個5min,第2個5min,第3個5min,第4個5min過濾器前後氣體平均濃度,計算每個時間段的去除效率。
過濾器吸附過濾氣體規律為:(1)對於低濃度氣體,第1個5min處理效率較高,在達到飽和前隨著進口濃度降低,效率處於下降趨勢,開機時間越長,它的累積去除效率就越大,但累積速率有所降低,因此開啟時間並非越長越好,太長耗電大,效果不一定特別明顯。(2)對於高濃度氣體,第1個5min的去除率相對不高,而後隨著濃度降低,第2個5min的效率增高,濃度再降時,效率又逐漸減小,此規律說明過濾器的去除效率隨著氣體濃度增高而增大,但增加到一定值時,再隨著濃度的增高,去除效率又開始下降,中間出現一個峰值,說明高濃度的污染氣體應適當增加風機開啟時間,有利於污染物質的去除。以上兩規律和前面結果分析完全相符合。
過濾器對CO、CO2的去除率
實驗室內點燃6支煙,每支煙每分鐘抽吸一次,煙抽完后,電風扇混勻2min,開啟凈化裝置,調節風量Q=157.6m³/h,在過濾器入口,由多種氣體檢測器通過比長式CO2、CO檢測管,測出CO2、CO氣體濃度,運行5min及20min後分別在過濾器出口處測定CO2、CO氣體濃度。
4、小結
(1)過濾器的阻力與風道風速成直線關係。
(2)過濾器對SO2、NOX的去除效率隨過濾器的風量而變化。去除效率最高時,過濾器相對應的風量為189m³/h~226m³/h。
(3)過濾器對SO2、NOX等污染氣體的去除效率均隨去除時間的延長而增大,最後逐漸趨於平緩趨勢。過濾器的最佳濾速不隨污染物濃度的改變而變化。
(4)在20min的開機時間內,過濾器對SO2、NOX氣體的去除效率都有隨污染氣體濃度升高而增加的趨勢,但當污染氣體濃度達到某一值后,濃度升高,效率卻有所降低。過濾器對SO2、NOX的去除有一個最佳濃度範圍。
(5)過濾器對CO、CO2幾乎無去除效果。
