可控制PM2.5工業(yè)粉塵排放的覆膜濾料

劉宇，吳瑤瑤，楊國華，朱剛

（中材國際工程股份有限公司，江蘇南京 210000）

可控制PM2.5工業(yè)粉塵排放的覆膜濾料

劉宇，吳瑤瑤，楊國華，朱剛

（中材國際工程股份有限公司，江蘇南京 210000）

通過對(duì)袋除塵器中的濾料的研究，針對(duì)覆膜濾料的結(jié)構(gòu)以及覆膜濾料的過濾特性、過濾效果進(jìn)行闡述，揭示了覆膜濾料對(duì)控制工業(yè)粉塵尤其是PM2.5排放的優(yōu)越性。

袋收塵；覆膜濾料；聚四氟乙烯膜

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年，全國煙塵排放量829.1萬t，其中，工業(yè)煙塵排放量603.2萬t，占煙塵排放總量的72.8%，全國工業(yè)粉塵排放量達(dá)到448.7萬t，占全國煙塵排放總量的54.12%，對(duì)環(huán)境造成了極大的危害。

袋式除塵器是目前國內(nèi)外治理工業(yè)粉塵和煙塵最有效的技術(shù)設(shè)備之一，是未來治理大氣污染物排放的首選裝備，但其對(duì)PM2.5粉塵的收集不能達(dá)到良好效果，袋收塵針對(duì)PM2.5粉塵收集效率僅為45%。而袋式除塵器的發(fā)展和推廣應(yīng)用的關(guān)鍵之一就是濾料的發(fā)展。濾料作為袋式除塵器的“核心”，其性能和質(zhì)量直接關(guān)系到袋式除塵器性能的好壞和濾袋壽命的長短[1-3]。本文在此介紹了覆膜濾料對(duì)控制工業(yè)粉塵尤其是PM2.5排放的優(yōu)越性能。

1 關(guān)于PM2.5

PM 2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5 μm的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物。對(duì)人體危害極大。1997年，美國提出了PM2.5監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，并逐步成為各國延用的監(jiān)控空氣污染程度的重要指數(shù)。在中國，2012年2月29日，國務(wù)院常務(wù)會(huì)議同意發(fā)布將PM2.5、臭氧（8 h濃度）納入常規(guī)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，并在環(huán)境空氣污染物一般項(xiàng)目濃度限值中增加PM2.5（見表1）。國家對(duì)環(huán)保問題日益重視，對(duì)水泥等工業(yè)的環(huán)保要求日趨嚴(yán)格，污染物排放標(biāo)準(zhǔn)限值已經(jīng)由50 mg／m3提高至30 mg／m3。中國水泥等工業(yè)生產(chǎn)中的PM2.5粉塵治理形勢(shì)嚴(yán)峻。

表1 環(huán)境空氣污染物質(zhì)量濃度限值標(biāo)準(zhǔn)

2 覆膜濾料特征

工業(yè)生產(chǎn)中降低PM2.5粉塵排放的方案可通過袋式除塵器所使用濾料的選擇來解決。選用高質(zhì)量的濾料，可大大降低PM2.5粉塵的排放。常規(guī)濾料屬于深層過濾，不能對(duì)PM5以下微粒進(jìn)行過濾，覆膜濾料是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)PM2.5趨零排放的優(yōu)先選擇。

覆膜濾料是三層的層狀結(jié)構(gòu)，如圖1所示。最下層為主要起支撐結(jié)構(gòu)作用的基材。該基材可以為純玻纖、純化纖，或者玻纖與化纖的混合物、化纖混合物等。目前已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)的覆膜濾料基材包括：玻纖布、純玻纖氈、玻纖／P84（聚酰亞胺）復(fù)合氈、玻纖／芳綸復(fù)合氈、玻纖／PPS（聚苯硫醚）復(fù)合氈、P84氈、芳綸氈、PPS氈、滌綸氈、亞克力氈、PTFE（聚四氟乙烯）氈等，或者上述一種或幾種化纖的混合氈。

圖1 覆膜濾料層狀結(jié)構(gòu)

中間層為處理劑。目前使用的大部分基材不能直接與ePTFE（膨化微孔聚四氟乙烯濾膜）進(jìn)行結(jié)合，必須要對(duì)基材進(jìn)行一定的處理，該過程是一個(gè)化學(xué)過程。處理劑的作用主要包括兩點(diǎn)：

（1）在基材上包覆耐酸堿的化學(xué)材料，例如丙烯酸酯、聚氨酯、橡膠類、四氟乙烯類等，形成耐酸堿腐蝕的保護(hù)膜，減輕酸堿對(duì)基材纖維的損傷。不同的處理劑配方種類可使濾料適用于工業(yè)生產(chǎn)中的各種復(fù)雜的工況。

（2）在基材纖維表面形成包覆層，該包覆層起到連接作用，是有機(jī)反應(yīng)。以玻纖為例，其表面的—SiX3與玻纖結(jié)合，—Y有機(jī)官能團(tuán)與濾膜結(jié)合，在高溫條件下，有機(jī)的ePTFE濾膜與無機(jī)的玻纖基材形成有效覆合。表面包覆層潤濕度、包覆程度和包覆量，均為影響基材的使用性能和覆合效果的因素，圖2為理想包覆效果圖。

圖2 處理液樹脂完全包覆SEM圖

表面層為PTFE濾膜。該濾膜是覆膜濾料的核心。濾膜的孔徑、孔隙率和強(qiáng)度直接影響濾料的過濾效果、過濾壓降和使用壽命。PTFE薄膜是一種具有微絲結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的微孔膜，如圖3所示。帶狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)的PTFE樹脂密實(shí)的折疊成球狀顆粒，當(dāng)克服帶狀結(jié)構(gòu)中相鄰分子間分子力后，帶狀結(jié)構(gòu)被從樹脂顆粒間拉出，形成與拉伸方向平行的微細(xì)纖維。未被拉伸的樹脂聚在一起形成結(jié)點(diǎn)，如圖4。

圖3 ePTFE濾膜微觀結(jié)構(gòu)

圖4 ePTFE濾膜結(jié)點(diǎn)微觀形貌

聚四氟乙烯薄膜是一種空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，相互交錯(cuò)的纖維形成微孔，微孔的大小不均勻，且由多層疊加組成。我們所說的PTFE濾膜的孔徑，實(shí)際指的是它的平均孔徑。平均孔徑越小，對(duì)微細(xì)粉塵的過濾效果越好。針對(duì)PM2.5粉塵，就要求濾膜的平均孔徑在2 μm以下，且最大孔徑不能過高。但是，孔徑的減小就伴隨著工業(yè)收塵中過濾壓降的升高，阻力過大，極易導(dǎo)致破袋、并且提高能耗。這就要求降低孔徑的同時(shí)，提高濾膜孔隙率。要使濾膜具備良好的過濾效果，孔隙率以大于80%為宜。濾膜的強(qiáng)度主要指在拉伸實(shí)驗(yàn)中，將濾膜拉伸直至斷裂為止所受的最大拉伸應(yīng)力，與試樣寬度和厚度有關(guān)。在其它參數(shù)相同的情況下，濾膜的厚度越大，強(qiáng)度越大，使用壽命越長。但是濾膜厚度升高的同時(shí)伴隨著濾膜透氣率的降低，即孔徑和孔隙率的降低。所以，ePTFE膜制備的技術(shù)要點(diǎn)在于，保持ePTFE濾膜的小孔徑、高孔隙率、高強(qiáng)度的平衡。小孔徑、高強(qiáng)度的聚四氟乙烯濾膜，可實(shí)現(xiàn)對(duì)PM2.5粉塵粒子的趨零過濾，滿足國家對(duì)工業(yè)除塵環(huán)保要求。

3 覆膜濾料過濾性能

濾料的性能包含濾料的材料性能和使用性能，濾料材料性能包含如成分、結(jié)構(gòu)、經(jīng)向強(qiáng)力、緯向強(qiáng)力、透氣率、平方米克重等，使用性能包含過濾壓降、清灰周期、過濾效率等，濾料的材料性能決定了濾料的使用性能[4]。

在對(duì)濾料的研究方面，已經(jīng)可以測試過濾后的PM2.5顆粒的濃度，濾料的過濾壓降、過濾周期、清灰周期等。選取國內(nèi)外幾種濾料進(jìn)行環(huán)境技術(shù)認(rèn)證(ETV)測試，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行比較，其測試條件如表2所示[5]，測試結(jié)果見表3。

表2 環(huán)境技術(shù)認(rèn)證測試條件

表3 國內(nèi)外覆膜濾料環(huán)境技術(shù)認(rèn)證測試性能對(duì)比

將表2的測試用粉塵濃度和表3出口粉塵濃度進(jìn)行計(jì)算（粉塵濃度-出口粉塵濃度）／粉塵濃度，結(jié)果顯示，覆膜濾料對(duì)PM2.5粉塵的出口濃度過濾效果可以達(dá)到99.9999%。

4 結(jié)論

工業(yè)粉塵對(duì)中國大氣環(huán)境污染嚴(yán)重，濾料的技術(shù)提升對(duì)袋收塵效果明顯，覆膜濾料可對(duì)PM2.5粉塵等進(jìn)行有效收集，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。作為覆膜濾料過濾核心的ePTFE濾膜制備技術(shù)，可為其他行業(yè)的廢氣廢液收集提供技術(shù)方向。ePTFE膜按用途可應(yīng)用于服裝膜、空氣過濾膜、空氣凈化膜、水處理膜，蒸餾膜等領(lǐng)域。將該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行延伸開發(fā)，可為常溫過濾，空氣凈化、污水處理、海水淡化等領(lǐng)域的微細(xì)粒子的過濾提供技術(shù)支撐。

[1]http:／／www.staj／hjtjzl／hjtjsj2011／t 20130315_402880497.htm

[2]付曉玲,侯廣超.我國水泥工業(yè)環(huán)保技術(shù)的現(xiàn)狀與前景[J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)，2009(5):47-52. [3]蔡純志.袋式除塵技術(shù)的發(fā)展[J].水泥科技，2007 (9)：52-54.

[4]喻同信.濾袋使用壽命預(yù)計(jì)的必要性及其判據(jù)[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2002，11(28):6-8.

[5]http:／／www.epa.gov／nrmrl／std／etv／vrvs.html

MEMBRANE FILTER MATERIAL CONTROL PM2.5 INDUSTRIAL DUST EMISSIONS

LIU Yu,WU Yao-yao,YANG Guo-hua,ZHU Gang (Sinoma International Engineering Co.,Ltd.,Nanjing 210000,China)

Through the research on filter material in bag filter,this article describes the structure,filtration characteristics and effect of the membrane filter material,reveals its superiority of controlling industrial dust emissions,especially PM2.5 emissions.

bag dust collector;membrane filter material;polytetrafluoroethylene membrane

TS106.62

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2013.03.009

1672-500X(2013)03-0030-03

2013-04-23

劉宇（1981-），男，江蘇宜興人，工程師，研究方向?yàn)樗喙こ淘O(shè)計(jì)。