人群密集場所室內(nèi)空氣凈化關鍵技術研究

芮曉光 廖黎莉 劉鑫培 王傳洋*

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

1 概述

隨著國家發(fā)展、生活水平的提高，人們越來越重視居住、學習、辦公場所的空氣質(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，室內(nèi)空氣污染凈化技術研究被提到議事日程。以過濾凈化技術為代表的空氣凈化器的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個時期[1-3]：

(1)以機械過濾除塵和活性炭吸附等物理性能設計的第一代凈化器；

(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的第三代凈化器。

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

從技術角度來看室內(nèi)空氣凈化關鍵技術是：一是空氣霧霾污染高效的精密過濾技術；二是空氣病毒及有毒有害污染去除技術。從近年來空氣過濾技術發(fā)展來看，超細玻璃纖維球過濾技術能夠較好地對PM2.5霧霾進行有效過濾；紫外線能有效地去除病毒。

2 空氣灰塵污染和化學污染處理技術

2.1 空氣灰塵污染超細玻璃纖維過濾技術

所謂“空氣灰塵污染超細玻璃纖維過濾技術”是指使用纖維線徑≤1μm的亞微米超細玻璃纖維，對分子級空氣PM2.5霧霾污染物進行高效過濾。這種超細玻璃纖維，最大的優(yōu)點是單絲直徑超細、柔韌性好、撓曲性能好，可以承受5萬～8萬次的過濾沖擊。分子級空氣污染納米級超細玻璃纖維結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 空氣灰塵和病毒污染超細玻璃纖維過濾+紫外線復合作用處理技術

近年來，新興的超細纖維過濾+紫外線殺菌復合作用環(huán)境凈化技術具有操作簡單、耗能少、降解速率快、處理范圍廣、無二次污染、凈化效果好等優(yōu)點，尤其紫外線對消殺效果明顯[4-5]。超細纖維+紫外線復合作用氣體凈化工作原理如圖2所示。

圖2 超細纖維過濾+紫外線殺菌復合作用原理

該技術運用了超細纖維阻擋過濾+紫外線消毒技術。在換氣風扇(或風機)作用下，室外的新風首先穿過超細纖維過濾網(wǎng)，PM2.5的微細灰塵及霧霾被超細纖維過濾網(wǎng)微孔阻擋過濾掉了，緊接著空氣再經(jīng)過紫外線殺菌消毒，進入室內(nèi)的空氣得到了較好的凈化。

3 空氣灰塵污染、化學、病毒等污染處理創(chuàng)新設計研究

3.1 過濾精度可調(diào)、自動再生超細纖維球高效過濾器的創(chuàng)新設計

從上述對“空氣灰塵污染超細玻璃纖維過濾技術”的研究來看，超細玻璃纖維球?qū)覊m的過濾原理是利用超細玻璃纖維球的多層交叉重疊布置來實現(xiàn)對超細灰塵和霧霾過濾的。雖然采用這種超細玻璃纖維球可用于對灰塵和霧霾進行有效過濾，但是其反吹再生效率隨時間延長會越來越差。針對超細玻璃纖維球過濾介質(zhì)再生難的問題，在多年研究的基礎上，改進創(chuàng)新設計了圖3所示的“一種過濾精度可調(diào)、自動再生超細纖維球高效過濾器”。

圖3 過濾精度可調(diào)、自動再生超細纖維球高效過濾器

從圖3可以看出，該過濾器內(nèi)填滿了超細纖維球，在過濾器超細纖維球中間設計了一個水囊，通過水囊充水加壓來調(diào)節(jié)纖維球過濾精度。通過進氣口壓力傳感器，自動啟動反吹功能，當給水囊泄壓后纖維球處于松散自由狀態(tài)，通過反吹可以較好地實現(xiàn)對超細纖維球清潔再生。

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

從課題總體思路來看，要想能很好地解決人群密集場所室內(nèi)空氣凈化方案，還需要進行細致的思考。通過前面對“超細纖維過濾+紫外線殺菌復合作用環(huán)境凈化技術”的研究可以看出，雖然采用紫外線可以殺菌，但是對室內(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，超細纖維球過濾+紫外線殺菌方法是無法去除的[6]。

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

圖4 人群密集場所室內(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，室外的新風首先穿過超細纖維球過濾器，PM2.5的微細灰塵及霧霾被超細纖維過濾網(wǎng)微孔阻擋過濾掉了，緊接著空氣再經(jīng)過低溫等離子體發(fā)生器，氣體再經(jīng)過低溫等離子體的放電作用，對有毒有害氣體進行殺菌、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鍵斷裂，同時使污染物分子在分解過程中產(chǎn)生的高活性自由基轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)[7-9]。

4 總結(jié)

通過上述研究可以看出，本文針對人群密集場所室內(nèi)空氣凈化問題，從空氣過濾和消除病毒角度出發(fā)，對人群密集場所室內(nèi)空氣凈化，空氣污染超細玻璃纖維過濾，低溫等離子體復合作用除塵、殺菌消毒等關鍵技術進行了較為深入的探討，為人群密集場所室內(nèi)空氣凈化環(huán)境設計提供了技術基礎。主要研究內(nèi)容歸納如下：

(1)通過對國內(nèi)外室內(nèi)空氣凈化技術發(fā)展現(xiàn)狀的研究，首先確立了超細玻璃纖維球過濾+紫外線除病毒的人群密集場所室內(nèi)空氣凈化初始方案。

(2)依據(jù)初始方案，通過對超細纖維過濾和紫外線殺菌相關技術的研究，構(gòu)建了超細纖維+紫外線復合作用氣體凈化方案。

(3)在超細纖維+紫外線復合作用氣體凈化方案研究的基礎上，結(jié)合多年研究的經(jīng)驗，創(chuàng)新設計了一種“過濾精度可調(diào)、自動再生超細纖維球高效過濾器”。該過濾器通過中間充水膠囊的加壓或泄壓，調(diào)節(jié)空氣過濾精度和效率。

通過對低溫等離子體技術的研究，利用低溫等離子體同時具備殺菌、解毒的特點，最后集成創(chuàng)新設計了超細纖維球+低溫離子體一體化除塵、殺毒、有害物降解技術系統(tǒng)，為人群密集場所室內(nèi)空氣凈化設計，提供了一種集成技術。