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空气净化机理的探讨

2020-07-06 浏览次数:184

空气中的污染物根据物理状态可以分为颗粒物(包括无机和有机)和有害气体两大类。由于它们的尺度和物理化学性质不同,所以净化机理也不同。习惯上将对颗粒物的净化称为过滤,相应的设备称为空气过滤器,对有害气体则一般称为净化,工程上也有将相应净化设备称为化学过滤器,其实并不确切,因为净化有害气体的过程中也有物理过程。
1、颗粒物净化机理
空调系统中应用的颗粒物净化设备主要有两种:机械式纤维过滤器和静电过滤器。
机械式纤维过滤器主要应用机械作用力使颗粒物从空气中分离出来,其分离机理主要有重力沉降、筛滤、惯性离心力、惯性碰撞、接触阻留、扩散等,有时也兼有静电分离,如下图所示:

粗大颗粒物依靠重力可以自然沉降(重力沉降);当粒径大于滤料孔径时被筛分(称为筛滤);当含尘气流遇到过滤器的结构或过滤纤维时发生旋转或绕流,较大的颗粒物会由于惯性而从气流中分离(惯性分离),在通风除尘领域有专门利用惯性分离机理的旋风除尘器等;有些被惯性分离的颗粒物由于惯性运动直接撞击到结构或纤维表面(惯性碰撞);细小颗粒虽然可以随气流运动,但若紧靠结构或纤维表面会因解除而被捕集(接触阻留);细微粒子可在空气分子热运动的撞击下作不规则的布朗运动,若在运动中与结构或纤维表面接触也会被捕集(扩散)。以上分离机理都是由于颗粒物随气流运动而受到不同机械力从而被分离。当滤料由于自然或人为作用而具有一定静电荷时,也可以吸附粉尘(静电分离),提高了过滤效率。为了提高过滤效率,需要使用纤维直径小、密实度高、空隙率小的滤料,这样空气流动阻力也高。
喷淋室利用水滴捕集空气中的颗粒物也属于机械分离。
静电空气过滤器采用高压静电场使颗粒物荷电并在电场力作用下做定向运动而被分离。静电过滤器的工作原理如图所示:


通过对集尘极和电晕极加上高压直流电形成的非均匀电场,使得电晕极附近极小区域内的空气完全分离,产生大量离子。上图中的电晕极为负极,所以正离子马上到达电晕极,有少量荷正电的颗粒物也会沉积在电晕极上,而负离子则进入电场空间内,使空气中的绝大多数颗粒物荷负电,在电场力的作用下到达集尘极并沉积在极板上,实现了分离颗粒物的目的。加在两极间的电压有一定工作范围:随着电压升高,电晕极附近空气开始分离(称为起晕),极间电流开始增大;电压继续升高,电晕区也随之扩大,最后会使两极间空气完全分离(称为击穿),此时静电过滤器已无法正常工作,所以正常工作电压应保持在起晕电压和击穿电压之间。上图所示的荷电方式称为负电晕(电晕极为负极),由于其击穿电压较高、负离子运动速度大,所以通常用于含尘浓度比较高的工业除尘系统,空调系统采用正电晕(电晕极为正极),因为产生的臭氧量较小。
与机械式过滤器相比,静电过滤器的主要优点是在相同的过滤效率下,空气流动阻力要远低于前者,因此可以降低运行能耗,但它只能处理一定比电阻(电阻率)范围内的颗粒物,而且金属耗量比较大,制作、安装、运行维护要求比较高。
2、有害气体净化机理
由于有害气体以分子态与空气形成混合气体,所以上述分离颗粒物的作用机理都不适用。在工业领域针对浓度较高的有害气体可以采用的燃烧法、冷凝法等净化方法不适用于空调领域有害气体浓度较低的情况。
空调领域可以采用的方法有吸取法和吸附法。吸取法使用水或水溶液来吸取空气中的有害气体,但系统比较复杂,有水处理等问题,所以比较少用。吸附法采用活性炭、硅胶等多孔性固体的表面来吸附空气中的有害气体,由于结构简单、维护管理方便而得到较广泛应用。
用作吸附剂的固体物质应具有很大的比表面积,当需要有针对性吸附某些有害气体时可以在其表面浸渍特定的化学物质。吸附剂使用一定时间后会达到饱和,失去吸附能力,需要更换或再生。
为了保证一定的净化效率,避免频繁更换或再生,需要足够的吸附剂充填量,这就会造成空气流动阻力上升,投资和运行费用都增加,制约了吸附装置在普通空调系统中的应用。




 

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