人群密集場(chǎng)所室內(nèi)空氣凈化關(guān)鍵技術(shù)研究

芮曉光 廖黎莉 劉鑫培 王傳洋*

1.蘇州市職業(yè)大學(xué) 江蘇蘇州 215000；2.蘇州大學(xué) 江蘇蘇州 215000

1 概述

隨著國(guó)家發(fā)展、生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越重視居住、學(xué)習(xí)、辦公場(chǎng)所的空氣質(zhì)量。目前，室內(nèi)空氣污染已成為危害人類身體健康的“隱形殺手”。與此同時(shí)，室內(nèi)空氣污染凈化技術(shù)研究被提到議事日程。以過(guò)濾凈化技術(shù)為代表的空氣凈化器的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期[1-3]：

(1)以機(jī)械過(guò)濾除塵和活性炭吸附等物理性能設(shè)計(jì)的第一代凈化器；

(2)增加了靜電除塵、離子交換、臭氧殺菌等功能的第二代凈化器；

(3)采用高效光催化技術(shù)的第三代凈化器。

從身體健康的角度來(lái)看，要想能很好地保持室內(nèi)空氣的潔凈度，室內(nèi)進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)要能有效地過(guò)濾掉進(jìn)入室內(nèi)的霧霾，吸附中和有害物質(zhì)，除掉氣溶膠團(tuán)中的病毒等，才能保持教室內(nèi)空氣的潔凈度。

從技術(shù)角度來(lái)看室內(nèi)空氣凈化關(guān)鍵技術(shù)是：一是空氣霧霾污染高效的精密過(guò)濾技術(shù)；二是空氣病毒及有毒有害污染去除技術(shù)。從近年來(lái)空氣過(guò)濾技術(shù)發(fā)展來(lái)看，超細(xì)玻璃纖維球過(guò)濾技術(shù)能夠較好地對(duì)PM2.5霧霾進(jìn)行有效過(guò)濾；紫外線能有效地去除病毒。

2 空氣灰塵污染和化學(xué)污染處理技術(shù)

2.1 空氣灰塵污染超細(xì)玻璃纖維過(guò)濾技術(shù)

所謂“空氣灰塵污染超細(xì)玻璃纖維過(guò)濾技術(shù)”是指使用纖維線徑≤1μm的亞微米超細(xì)玻璃纖維，對(duì)分子級(jí)空氣PM2.5霧霾污染物進(jìn)行高效過(guò)濾。這種超細(xì)玻璃纖維，最大的優(yōu)點(diǎn)是單絲直徑超細(xì)、柔韌性好、撓曲性能好，可以承受5萬(wàn)～8萬(wàn)次的過(guò)濾沖擊。分子級(jí)空氣污染納米級(jí)超細(xì)玻璃纖維結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 空氣灰塵和病毒污染超細(xì)玻璃纖維過(guò)濾+紫外線復(fù)合作用處理技術(shù)

近年來(lái)，新興的超細(xì)纖維過(guò)濾+紫外線殺菌復(fù)合作用環(huán)境凈化技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、耗能少、降解速率快、處理范圍廣、無(wú)二次污染、凈化效果好等優(yōu)點(diǎn)，尤其紫外線對(duì)消殺效果明顯[4-5]。超細(xì)纖維+紫外線復(fù)合作用氣體凈化工作原理如圖2所示。

圖2 超細(xì)纖維過(guò)濾+紫外線殺菌復(fù)合作用原理

該技術(shù)運(yùn)用了超細(xì)纖維阻擋過(guò)濾+紫外線消毒技術(shù)。在換氣風(fēng)扇(或風(fēng)機(jī))作用下，室外的新風(fēng)首先穿過(guò)超細(xì)纖維過(guò)濾網(wǎng)，PM2.5的微細(xì)灰塵及霧霾被超細(xì)纖維過(guò)濾網(wǎng)微孔阻擋過(guò)濾掉了，緊接著空氣再經(jīng)過(guò)紫外線殺菌消毒，進(jìn)入室內(nèi)的空氣得到了較好的凈化。

3 空氣灰塵污染、化學(xué)、病毒等污染處理創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究

3.1 過(guò)濾精度可調(diào)、自動(dòng)再生超細(xì)纖維球高效過(guò)濾器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

從上述對(duì)“空氣灰塵污染超細(xì)玻璃纖維過(guò)濾技術(shù)”的研究來(lái)看，超細(xì)玻璃纖維球?qū)覊m的過(guò)濾原理是利用超細(xì)玻璃纖維球的多層交叉重疊布置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)超細(xì)灰塵和霧霾過(guò)濾的。雖然采用這種超細(xì)玻璃纖維球可用于對(duì)灰塵和霧霾進(jìn)行有效過(guò)濾，但是其反吹再生效率隨時(shí)間延長(zhǎng)會(huì)越來(lái)越差。針對(duì)超細(xì)玻璃纖維球過(guò)濾介質(zhì)再生難的問(wèn)題，在多年研究的基礎(chǔ)上，改進(jìn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了圖3所示的“一種過(guò)濾精度可調(diào)、自動(dòng)再生超細(xì)纖維球高效過(guò)濾器”。

圖3 過(guò)濾精度可調(diào)、自動(dòng)再生超細(xì)纖維球高效過(guò)濾器

從圖3可以看出，該過(guò)濾器內(nèi)填滿了超細(xì)纖維球，在過(guò)濾器超細(xì)纖維球中間設(shè)計(jì)了一個(gè)水囊，通過(guò)水囊充水加壓來(lái)調(diào)節(jié)纖維球過(guò)濾精度。通過(guò)進(jìn)氣口壓力傳感器，自動(dòng)啟動(dòng)反吹功能，當(dāng)給水囊泄壓后纖維球處于松散自由狀態(tài)，通過(guò)反吹可以較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)超細(xì)纖維球清潔再生。

3.2 超細(xì)纖維球+低溫離子體一體化除塵、殺毒、有害物降解集成創(chuàng)新技術(shù)

從課題總體思路來(lái)看，要想能很好地解決人群密集場(chǎng)所室內(nèi)空氣凈化方案，還需要進(jìn)行細(xì)致的思考。通過(guò)前面對(duì)“超細(xì)纖維過(guò)濾+紫外線殺菌復(fù)合作用環(huán)境凈化技術(shù)”的研究可以看出，雖然采用紫外線可以殺菌，但是對(duì)室內(nèi)有毒有害物質(zhì)如室內(nèi)裝修殘留的甲醛、苯、聚氨酯漆、醇酸類漆污染物等，超細(xì)纖維球過(guò)濾+紫外線殺菌方法是無(wú)法去除的[6]。

針對(duì)室內(nèi)有毒有害物質(zhì)，結(jié)合多年對(duì)低溫等離子技術(shù)的研究，利用低溫等離子具有分解降解功能，研究集成設(shè)計(jì)了一種集超細(xì)纖維球高效過(guò)濾、低溫等離子體一體化的人群密集場(chǎng)所空氣除塵、殺菌、有毒有害氣體降解凈化技術(shù)系統(tǒng)。該“一體化的凈化技術(shù)系統(tǒng)”如圖4所示。

圖4 人群密集場(chǎng)所室內(nèi)空氣殺菌、有毒有害氣體降解凈化系統(tǒng)

由圖4可以看出，室外的新風(fēng)首先穿過(guò)超細(xì)纖維球過(guò)濾器，PM2.5的微細(xì)灰塵及霧霾被超細(xì)纖維過(guò)濾網(wǎng)微孔阻擋過(guò)濾掉了，緊接著空氣再經(jīng)過(guò)低溫等離子體發(fā)生器，氣體再經(jīng)過(guò)低溫等離子體的放電作用，對(duì)有毒有害氣體進(jìn)行殺菌、解毒、分子降解作用。低溫等離子體凈化空氣污染物，主要是利用粒子間及粒子與物相表面碰撞所產(chǎn)生的高能量使氣體污染物分子化學(xué)鍵斷裂，同時(shí)使污染物分子在分解過(guò)程中產(chǎn)生的高活性自由基轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)[7-9]。

4 總結(jié)

通過(guò)上述研究可以看出，本文針對(duì)人群密集場(chǎng)所室內(nèi)空氣凈化問(wèn)題，從空氣過(guò)濾和消除病毒角度出發(fā)，對(duì)人群密集場(chǎng)所室內(nèi)空氣凈化，空氣污染超細(xì)玻璃纖維過(guò)濾，低溫等離子體復(fù)合作用除塵、殺菌消毒等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了較為深入的探討，為人群密集場(chǎng)所室內(nèi)空氣凈化環(huán)境設(shè)計(jì)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容歸納如下：

(1)通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外室內(nèi)空氣凈化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的研究，首先確立了超細(xì)玻璃纖維球過(guò)濾+紫外線除病毒的人群密集場(chǎng)所室內(nèi)空氣凈化初始方案。

(2)依據(jù)初始方案，通過(guò)對(duì)超細(xì)纖維過(guò)濾和紫外線殺菌相關(guān)技術(shù)的研究，構(gòu)建了超細(xì)纖維+紫外線復(fù)合作用氣體凈化方案。

(3)在超細(xì)纖維+紫外線復(fù)合作用氣體凈化方案研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年研究的經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種“過(guò)濾精度可調(diào)、自動(dòng)再生超細(xì)纖維球高效過(guò)濾器”。該過(guò)濾器通過(guò)中間充水膠囊的加壓或泄壓，調(diào)節(jié)空氣過(guò)濾精度和效率。

通過(guò)對(duì)低溫等離子體技術(shù)的研究，利用低溫等離子體同時(shí)具備殺菌、解毒的特點(diǎn)，最后集成創(chuàng)新設(shè)計(jì)了超細(xì)纖維球+低溫離子體一體化除塵、殺毒、有害物降解技術(shù)系統(tǒng)，為人群密集場(chǎng)所室內(nèi)空氣凈化設(shè)計(jì)，提供了一種集成技術(shù)。