室内空气污染的控制方法（1）在线视频

污染物的控制其实有四个途径

一是“堵源”

在建筑设计与施工

特别是围护结构表层材料的选用中

要采用VOC等有害气体释放量少的材料

二是“节流”

切实保证空调或通风系统的正确设计

严格的运行管理和维护

使可能的污染源产污量降低到最小的程度

三是“稀释”

保证足够的新风量或通风换气量

稀释和排除室内气态污染物

这也是改善室内空气品质的基本方法

四是“清除”

采用各种物理或化学方法

如过滤 吸附 吸收 氧化还原等

将空气中的有害物清除或分解掉

下面我们谈谈“清除”

也就是空气净化的基本方法和原理

空气净化有很多方法

有一些使用了很久而且很有效的

传统的 成熟的方法

针对悬浮颗粒物有空气过滤和静电吸尘

针对气体污染物有物理吸附和化学吸附

针对微生物污染有紫外线杀菌

臭氧消毒灭菌等

近年来又发展出了一些新的空气净化方法

尽管有些还有待深入研究提高

在这里也为大家介绍几种

包括纳米材料光催化 等离子放电催化

以及利用植物净化空气

悬浮颗粒物是大家最直接关注的问题

除了前面已经说过的

它本身对人体的危害以外

它还是微生物传播的媒介

当然病毒细菌本身也是一种悬浮颗粒物

氡衰变过程中产生的放射性子体

也呈现固体颗粒物的形态

另外半挥发有机物SVOC

也会呈颗粒物的形式

或者吸附在悬浮颗粒物上传播

因此人们最早发明出来的空气净化器

就是过滤器

是专门用来清除空气中的颗粒物污染的

人们常会认为

过滤器像筛子一样筛掉空气中的颗粒物

所以只有当悬浮在空气中的颗粒粒径

比滤网的孔径大的时候才能被过滤掉

其实 过滤器和筛子的工作原理大相径庭

从这张显微镜拍摄的照片上就可以看到

这些被捕获的圆球状的颗粒物的直径

远远小于过滤器纤维的间距

但却会被过滤器纤维粘住

那么我们来看看空气过滤器的原理

空气过滤器除了能够以筛子效应

过滤掉直径很大的粒子以外

主要的过滤机理是以下四种

包括 扩散 中途拦截 惯性碰撞 以及静电捕获

首先看看扩散

由于在流动中粒子互相随机碰撞

而产生扩散作用

导致粒径<0.2μm的粒子很容易偏离其流线

增加了与滤材纤维相接触的几率

从而被捕获

但是有些大粒子

比如说粒径>0.5μm的粒子 扩散效应就不明显

但可能因为尺寸较大而会和过滤器纤维碰上

这就是中途拦截

惯性碰撞的原理是具有

比较大惯性的 比较重的 粒径>0.5μm的粒子

通常难于绕过过滤器纤维而和纤维直接接触

从而被捕获

在有些情况下

粒子或者过滤器纤维被有意带上电荷

这样静电力就可在捕获粒子中发挥重要作用

这就是静电捕获的原理

与扩散作用类似

低速有利于静电力捕获粒子

扩散对于小粒子很有效

而中途拦截和惯性碰撞

对于大于0.5μm的粒子非常有效

这两种作用力对于粒径的要求刚好相反

因此对于粒径在0.1μm和0.4μm之间的粒子来说

过滤器的效率主要取决于纤维的尺寸和空气流速

这是一个过滤器的总效率

各种捕捉作用的效果和粒径的关系曲线图

我们可以看到

不同的捕捉机理

对于不同粒径的颗粒物净化效率有很大的差别

静电式室内空气净化器

首次出现于上世纪30年代

它的原理是利用阳极高压电晕放电

产生大量电子和离子

使空气中的悬浮颗粒物带上电荷

然后借助正负电荷相吸的库仑力作用

将带电粒子捕集在集尘装置上

从而达到去除颗粒物净化空气的目的

这种空气净化方法的优势

是没有滤材造成的空气阻力

因此运行噪声和能耗低

而且擅长捕集粒径为0.01μm～0.10μm的

微小粒子

但是电离过程中电压不稳定

就有产生臭氧的风险

所以对其电源的稳定性要求比较高

这是一个双级静电式空气净化器的

原理示意图

初级的滤网会过滤掉部分较大的颗粒物

第一级的电离段让颗粒物带上电荷

第二级的电极板

会把带电荷的颗粒物吸附在上面

完成集尘任务

吸附方法

吸附是由于吸附质和吸附剂之间的吸附力

而使吸附质聚集到吸附剂表面的一种现象

分为物理吸附和化学吸附两种

吸附质就是空气中的污染物

而吸附剂就有多种

物理吸附最常见

往往采用比表面积非常大的固体多孔介质

物理吸附具有这样的特点

吸附质和吸附剂之间不发生化学反应

对所吸附的气体选择性不强

吸附过程快

参与吸附的各相之间瞬间达到平衡

吸附过程为低放热反应过程

放热量比相应气体的液化潜热稍大

吸附剂与吸附质间吸附力不强

在条件改变时可脱附

对分子量小的化合物作用不明显

化学吸附利用化学键力的作用

把污染物吸附到吸附剂上

化学吸附的特点是

空气中的污染物在吸附剂表面发生化学反应

过程中会产生反应热

对分子量小的化合物作用显著

在对不同分子量的化合物的作用方面

这两种吸附净化方法的特长是互补的

吸附对于室内VOCs和其他气态污染物

是一种比较有效而又简单的消除技术

目前比较常用的吸附方法

是采用活性炭吸附剂

原理是物理吸附

其它的吸附剂还有人造沸石 分子筛等

固体材料吸附能力的大小

取决于固体的比表面积

也就是1g固体的表面积

比表面积越大

吸附能力越强

活性炭吸附主要用来处理的常见有机物包括

苯 甲苯 二甲苯 乙醚 煤油 汽油 光气

苯乙烯 恶臭物质 甲醛 己烷 庚烷 甲基乙基酮

丙酮 四氯化碳 萘 醋酸乙酯等气体

气体在每克固体表面的吸附量g

依赖于气体

也就是吸附质的性质

固体表面

也就是吸附剂的性质

吸附平衡的温度T

以及吸附质平衡压力p

那么可以用这个式子来表达

活性炭纤维是20世纪60年代发展起来的

一种活性炭新品种

它含有大量微孔

其体积占了总孔体积的90％左右

因此有较大的比表面积

1克活性炭纤维表面积可以达到1000~1500m2

与粒状活性炭相比

活性炭纤维吸附容量大

吸附或脱附速度快

再生容易 不易粉化

不会造成粉尘二次污染

活性炭纤维对无机气体

比如二氧化硫、硫化氢、NOx等和有机气体 比如VOCs

都有很强的吸附能力

在空气中对有机气体的吸附能力

比颗粒活性炭高几倍到几十倍

它对ppb级的痕量物质吸附特别有效

也就是低浓度下的吸附效率高

普通的活性炭对分子量小的化合物

比如氨 硫化氢和甲醛的吸附效果比较差

所以一般采用浸渍了高锰酸钾的氧化铝

作为吸附剂进行化学吸附

空气中的污染物在吸附剂表面发生化学反应

因此 这类吸附称为化学吸附

吸附剂称为化学吸附剂

这张表给出了浸渍了高锰酸钾的氧化铝和活性炭

吸附一些空气污染物效果的比较

可见 前者对NO、SO2、甲醛和H2S

去除效果较好

而后者对NO2和甲苯的去除效果比较好

紫外线辐照杀菌又简称为UVGI

是常用的空气中的杀菌方法

在医院中已经得到了广泛的使用

和采用高效过滤器相比

在风道中采用紫外杀菌方法

空气流动的阻力比较小

紫外光谱分为UVA (320-400nm)

UVB(280-320nm)和UVC(100-280nm)

波长短的UVC杀菌能力比较强

不过波长185nm以下的辐射会产生臭氧

一般采用紫外灯来进行辐照杀菌

由于紫外线照射对人体有害

所以紫外灯不能直接照射到人

一般是安装在房间的上部

空气受人体或热源的加热向上运动

或者由外力推动

缓慢进入紫外辐照区

受辐照后的空气再下降到房间的人员活动区

在这一过程当中

细菌和病毒会不断的被降低活性

直至被灭杀

值得一提的是紫外灯杀菌

需要一定的作用时间

一般细菌在受到紫外灯发出的辐射数分钟之后

才死亡

所以短时间流过的空气

是没有办法用紫外灯来杀死其中的细菌的

但紫外灯照射在被微生物污染的固体表面

比如说在风道上和过滤器上

是可以杀死表面上的微生物的