PM2.5去除裝置設(shè)計

馬萬征　李靜　張彥才　馬萬敏 喻鑫露 董璐 許宏杰

摘 要：設(shè)計一款PM2.5去除裝置.裝置的凈化原理是水膜水洗和霧化水凈化，PM2.5去除率為70%左右，去除效率較高.

關(guān)鍵詞：PM2.5；霧霾；凈化裝置；去除效率

[中圖分類號]X513 [文獻標志碼]A

Abstract：This paper designed the optimum structure of PM2.5 purification device. The purification principle is water film rinsing and atomized water purification， PM2.5 removal efficiency is 70%， removal efficiency is high.

Key words：PM 2.5；haze；purification device；removal efficiency

近年來由細顆粒物PM2.5引發(fā)的空氣污染現(xiàn)象越來越嚴重，人們開始重視PM2.5的防治工作.Rinehart[1]等在美國加利福尼亞地區(qū)建立了20個觀測站，研究PM2.5的空氣質(zhì)量；Appel[2]，Senaratne[3]和Sisler[4]等對PM2.5有關(guān)因素進行分析；Waston[5]、Schichtel[6]、王靜[7]、龐振東[8]等對城市PM2.5危害進行研究；Chameides[9]等研究氣溶膠光學(xué)厚度和區(qū)域霾污染對水稻和小麥產(chǎn)量的影響.本研究設(shè)計一款PM2.5去除裝置，去除率70%左右，去除效果良好.

1 設(shè)計原理

1.1 設(shè)計原理

凈化原理是水膜水洗和霧化水凈化.通過噴頭將水噴到若干層紗網(wǎng)上，在紗網(wǎng)上形成一層層水膜，使需要凈化的空氣以一定的速度通過紗網(wǎng)上的水膜[10]，在底層用浸水海綿和活性炭收集殘留的疏水性氣體.

PM2.5氣體先經(jīng)過噴淋塔.噴淋塔的液體以細小液滴的方式分散于氣體中，氣體向上流動時，通過液體在填料表面形成的大表面積水膜，吸收部分PM2.5氣體.再經(jīng)過活性炭吸附塔，進行二次吸附.活性炭吸附塔是處理PM2.5效果比較理想的凈化設(shè)備，能有效吸附水中的臭味和污染物質(zhì).活性炭吸附塔濾速高、處理量大、運行效果穩(wěn)定、設(shè)備占地面積小、濾料截污容量大、孔隙率高、耐摩擦性好、比重適中，處理PM2.5效果理想.

設(shè)備采用PVC材料制作，整體尺寸為1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm，內(nèi)有活性炭箱體和塑料多面球箱體.

實驗設(shè)計9種工況，通過控制進氣風(fēng)量和進水水量改變實驗條件.用PM2.5檢測儀檢測裝置進氣口和出氣口的PM2.5濃度，每5分鐘檢測一次數(shù)據(jù)，每次試驗時間為一小時.實驗得到13組數(shù)據(jù)，計算其去除率.比較不同工況下PM2.5的去除率及去除效果，比較每種進水量吸附效果的最佳曲線，找出最優(yōu)曲線，即裝置凈化PM2.5的最優(yōu)條件.通過室內(nèi)焚燒水稻秸稈產(chǎn)生的PM2.5氣體模擬霧霾發(fā)生裝置.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同進氣量的去除效果

調(diào)節(jié)進水量至最大，試驗不同進氣量對裝置去除效果的影響. 由圖2的曲線可以看出，工況1開始的去除率較低，但隨著時間的推移，去除率不斷上升，10 min時，工況1與工況4、工況7的去除率大致持平.10 min后，工況1的去除率仍不斷上升，高于工況4與工況7的去除率.即進水量最大、進氣量最大的工況去除效果最好.

調(diào)節(jié)進水量至中等，試驗不同進氣量對裝置去除效果的影響.由圖3可以看出，開始時工況8的去除率較工況2與工況5高，此后工況8保持平穩(wěn)，且去除率一直領(lǐng)先地位.即進水量中等時，進氣量較小的工況去除效果最好.

調(diào)節(jié)進水量至最小，試驗不同進氣量對裝置去除效果的影響.由圖4曲線可以看出，工況9較工況6去除率更高.即進水量較小時，進氣量較小的工況去除效果最好.

總之，裝置控水量最大時，進氣量為中等時PM2.5去除率最高；進水量中等時，進氣量較小時PM2.5去除率最高；進水量較小時，進氣量最低時PM2.5去除率最高.進水量相同，進氣量較小時，PM2.5的去除率最高.

2.2 裝置的最佳條件

由圖5曲線可以看出，工況1曲線不穩(wěn)定且較低，工況8和工況9曲線差距較小.總體分析，工況8與工況9的去除率好，即本裝置在進氣量較小，進水量中等和較小時的去除效果最好.

總之，裝置在進氣量較小、進水量中等和較小時，PM2.5的去除效果最好；進氣量較大、進水量較大時，PM2.5的去除效果不理想.

圖5 工況1、工況8和工況9 PM2.5去除率曲線

3 結(jié)論

PM2.5是空氣中空氣動力學(xué)直徑小于等于2.5 μm的漂浮顆粒物，直徑不到人類頭發(fā)絲粗細的1/20，是引發(fā)霧霾天氣的元兇.2012 年 2 月 29 日， 國務(wù)院發(fā)布的新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》中對 PM2.5 濃度限值做出了以下規(guī)定，要求 PM2.5 年平均濃度值在 0.035 mg/Nm3 以下，24 小時平均濃度值在 0.075 mg/Nm3 以下，并逐漸納入各省市強制監(jiān)測范圍.本研究設(shè)計的PM2.5去除裝置，去除率在70%左右，PM2.5去除效果良好.

參考文獻

[1] Rinehart L R， Fujita E M， Choe J C. Spatial distribution of PM2.5 associated organic compounds in central California [J].Atmospheric Environment，2005（40）： 290-303.

[2] Appel B R， Tokiwa J H， Hsu J， et al. Visibility as related to atmospheric aerosol constituents [J].Atmospheric Environment， 1985，19（9）：1525-1534.

[3] Senartne I. Elemental composition in source identification of brown haze in Auckland， New Zealand [J]. Atmospheric Environment， 2004， 38（19）：3049-3059.

[4] Sisler J F， Malm W C. The relative importance of soluble aerosols to spatial and seasonal trends of impaired visibility in the United States [J].Atmospheric Environment， 1994， 28（5）：851-862.

[5] Watson J G， Visibility. Science and regulation [J].Journal of the Air & Waste Management Association， 2002， 52（6）：628-713.

[6] Schichtel B A， Husar R B， Falke S R， et al. Haze trends over the United States，1980-1995[J].Atmospheric Environment，2001，35（30）：5205-5210.

[7] 王靜，朱翠翠，李菲菲，等. 基于AQI對京津冀地區(qū)空氣污染的計量分析[J]. 牡丹江師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2016（1）：3-6.

[8] 龐振東，王粟. 2006-2010年淮南市環(huán)境空氣污染特征及變化趨勢分析[J]. 牡丹江師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2012（4）：33-34.

[9] Chameides W L， Yu H， Lin S C， et al. Case study of the effects of atmospheric aerosols and regional haze on agriculture An opportunity to enhance crop yields in Chine through emission controls[J].Journal of geophysical research，1999，96 （24）：1029-2001.

[10] 鄭珍珠，周賽華，洪坤東，等.PM2.5 凈化裝置設(shè)計探索[J].中國新技術(shù)產(chǎn)品，2013（11）：168-169.

編輯：吳楠