室內(nèi)空氣(byLJ)-6

1、室內(nèi)空氣污染控制室內(nèi)空氣污染控制1室內(nèi)空氣污染控制策略室內(nèi)空氣污染控制策略源頭控制源頭控制材料控制（民用）材料控制（民用）氣流去除（工業(yè)）氣流去除（工業(yè)）通風(fēng)稀釋通風(fēng)稀釋自然通風(fēng)自然通風(fēng)機(jī)械通風(fēng)機(jī)械通風(fēng)空氣凈化空氣凈化顆粒凈化顆粒凈化氣體凈化氣體凈化室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制2 如果前期的污染源失控而污染物濃度較高如果前期的污染源失控而污染物濃度較高且污染物散發(fā)難以切斷，此時(shí)要采用空氣凈且污染物散發(fā)難以切斷，此時(shí)要采用空氣凈化技術(shù)來去除室內(nèi)空氣污染物化技術(shù)來去除室內(nèi)空氣污染物 室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制3室室內(nèi)空氣凈化技術(shù)內(nèi)空氣凈化技術(shù)空氣過濾空氣過濾固體吸附固體吸附去除空

2、氣中去除空氣中的顆的顆粒物粒物吸附空氣中的大部分氣體污染物吸附空氣中的大部分氣體污染物催化氧化技催化氧化技術(shù)術(shù)降解室內(nèi)空氣中降解室內(nèi)空氣中的的VOCs及去除微生物及去除微生物技術(shù)成熟技術(shù)成熟較成熟較成熟研發(fā)階段研發(fā)階段室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制4第七章第七章 氣體中微粒的分離技術(shù)氣體中微粒的分離技術(shù) 潔凈技術(shù)用空氣過濾器的種類很多。僅按過濾器的潔凈技術(shù)用空氣過濾器的種類很多。僅按過濾器的效率分類，通常可分為：粗效、中效、高中效、亞高效效率分類，通?？煞譃椋捍中?、中效、高中效、亞高效和高效過濾器和高效過濾器5種類別。種類別。 在國家標(biāo)準(zhǔn)在國家標(biāo)準(zhǔn)空氣過濾器空氣過濾器（GB/T 1429

3、52008）中）中把空氣過濾器分為粗效、中效、高中效和亞高效把空氣過濾器分為粗效、中效、高中效和亞高效4種類型種類型 國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)高效空氣過濾器高效空氣過濾器（GB 135542008）把）把高效過濾器又分為高效過濾器又分為A類、類、B類、類、C類和類和D類類4種類型，種類型， 室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制5室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制6第八章第八章 有害氣體凈化有害氣體凈化室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制7 吸附法去除室內(nèi)空氣污染物吸附法去除室內(nèi)空氣污染物一、兩種類型的吸附一、兩種類型的吸附物理吸附物理吸附 是指主要由于吸附劑與吸附質(zhì)之間的分子間力的是指主要由于吸附劑

4、與吸附質(zhì)之間的分子間力的作用所引起的吸附，亦稱范德華吸附作用所引起的吸附，亦稱范德華吸附化學(xué)吸附化學(xué)吸附 由吸附劑表面與吸附質(zhì)分子間的化學(xué)鍵力所導(dǎo)致的由吸附劑表面與吸附質(zhì)分子間的化學(xué)鍵力所導(dǎo)致的吸附，稱為化學(xué)吸附吸附，稱為化學(xué)吸附室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制8二、吸附劑二、吸附劑 目前所用的吸附劑主要有目前所用的吸附劑主要有：硅膠、分子篩（吸附：硅膠、分子篩（吸附水分為主）以及活水分為主）以及活性炭（性炭（Granular Activated Carbon，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱GAC）、高錳酸鉀浸泡過的氧化鋁（）、高錳酸鉀浸泡過的氧化鋁（Potassium permanganate Impregn

5、ated Alumina，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱PIA）和）和以上兩種物質(zhì)的混合物。以上兩種物質(zhì)的混合物?；钚匝趸X活性氧化鋁室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制9它們的工作機(jī)理分述如下：它們的工作機(jī)理分述如下： (1)GAC：物理吸附，由于活性炭?jī)?nèi)有許多微：物理吸附，由于活性炭?jī)?nèi)有許多微 孔，比表面積很大，所以容易吸附孔，比表面積很大，所以容易吸附VOCs。 (2)PIA：化學(xué)反應(yīng)，由于高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化化學(xué)反應(yīng)，由于高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化 性，所以它可以氧化性，所以它可以氧化VOCs，將其分解為水和，將其分解為水和 二氧化碳。二氧化碳。 (3)GAC-PIA：物理吸附與化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合。：物理吸附與化學(xué)反應(yīng)

6、相結(jié)合。室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制10三、活性炭動(dòng)態(tài)吸附模型的建立和應(yīng)用三、活性炭動(dòng)態(tài)吸附模型的建立和應(yīng)用3.13.1、活性炭吸附機(jī)理、活性炭吸附機(jī)理 活性炭有顆?；钚蕴考盎钚蕴坷w維兩種，各自結(jié)構(gòu)活性炭有顆粒活性炭及活性炭纖維兩種，各自結(jié)構(gòu)見下圖。見下圖。室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制11 活性炭吸附機(jī)理主要有活性炭吸附機(jī)理主要有單分子層吸附單分子層吸附、多分子層多分子層吸附吸附和和微孔填充理論微孔填充理論。 單分子層吸附理論單分子層吸附理論是指吸附表面上只吸附一個(gè)分是指吸附表面上只吸附一個(gè)分子層就飽和，被吸附的分子間無相互作用力。吸附氣子層就飽和，被吸附的分子間無相互作用力。

7、吸附氣體和吸附劑之間處于動(dòng)態(tài)平衡。體和吸附劑之間處于動(dòng)態(tài)平衡。 多分子層吸附理論多分子層吸附理論是指吸附在固體表面上的分子是指吸附在固體表面上的分子與氣相中的分子因范德華力存在仍具有吸引力，形成與氣相中的分子因范德華力存在仍具有吸引力，形成所謂多分子吸附層。所謂多分子吸附層。 微孔填充理論微孔填充理論是指微孔在整個(gè)空間內(nèi)都有吸附力是指微孔在整個(gè)空間內(nèi)都有吸附力場(chǎng)，吸附質(zhì)分子填充在整個(gè)空間，而不是形成吸附質(zhì)場(chǎng)，吸附質(zhì)分子填充在整個(gè)空間，而不是形成吸附質(zhì)分子層。分子層。室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制123.2、現(xiàn)有活性炭吸附模型及其不足現(xiàn)有活性炭吸附模型及其不足 現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)吸附模型主要有現(xiàn)有

8、的動(dòng)態(tài)吸附模型主要有孔擴(kuò)散模型孔擴(kuò)散模型和和壁擴(kuò)散壁擴(kuò)散模型模型。但孔擴(kuò)散模型忽略了壁擴(kuò)散的影響；壁擴(kuò)散模。但孔擴(kuò)散模型忽略了壁擴(kuò)散的影響；壁擴(kuò)散模型忽略了孔擴(kuò)散的作用。型忽略了孔擴(kuò)散的作用。 活性炭對(duì)污染物的吸附過程是污染物首先進(jìn)入微活性炭對(duì)污染物的吸附過程是污染物首先進(jìn)入微孔，然后再被吸附到孔壁，僅考慮其中一個(gè)并不能完孔，然后再被吸附到孔壁，僅考慮其中一個(gè)并不能完整地描述活性炭的吸附過程，并且目前已有的模型均整地描述活性炭的吸附過程，并且目前已有的模型均沒有考慮如何把模型應(yīng)用在實(shí)際工程中，以及如何設(shè)沒有考慮如何把模型應(yīng)用在實(shí)際工程中，以及如何設(shè)計(jì)選擇這種設(shè)備。計(jì)選擇這種設(shè)備。室內(nèi)空氣污染及

9、控制室內(nèi)空氣污染及控制133.3、多組分吸附模型的建立和應(yīng)用多組分吸附模型的建立和應(yīng)用 活性炭纖維對(duì)有機(jī)物的吸附優(yōu)于顆粒狀活性炭，活性炭纖維對(duì)有機(jī)物的吸附優(yōu)于顆粒狀活性炭，故研究活性炭纖維的吸附特性，并建立相應(yīng)的模型。故研究活性炭纖維的吸附特性，并建立相應(yīng)的模型。模型的假定模型的假定(1) 忽略軸向擴(kuò)散。忽略軸向擴(kuò)散。(2) 流動(dòng)是穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。流動(dòng)是穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。(3) 反應(yīng)器處于恒溫下。反應(yīng)器處于恒溫下。(4) 流體為不可壓縮型流體，物性參數(shù)不變。流體為不可壓縮型流體，物性參數(shù)不變。(5) 在纖維孔內(nèi)吸附質(zhì)與吸附劑始終處于平衡狀態(tài)。在纖維孔內(nèi)吸附質(zhì)與吸附劑始終處于平衡狀態(tài)。(6) 吸附質(zhì)在纖維孔內(nèi)

10、既有孔隙擴(kuò)散，也有沿著吸附吸附質(zhì)在纖維孔內(nèi)既有孔隙擴(kuò)散，也有沿著吸附 劑的內(nèi)表面擴(kuò)散。劑的內(nèi)表面擴(kuò)散。室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制14模型的建立模型的建立 如圖所示為活性炭吸附器，含有污染物的氣體從左如圖所示為活性炭吸附器，含有污染物的氣體從左側(cè)側(cè)x=0 x=0處進(jìn)入，從右側(cè)排出。圖中處進(jìn)入，從右側(cè)排出。圖中1 1表示吸附器內(nèi)纖維表示吸附器內(nèi)纖維之間的間隙，之間的間隙，2 2表示活性炭纖維，其半徑為表示活性炭纖維，其半徑為R Rf f。室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制15 活性炭纖維本身由骨架和纖維內(nèi)微孔組成?；钚曰钚蕴坷w維本身由骨架和纖維內(nèi)微孔組成?；钚蕴坷w維制成毯子或氈子等形式

11、時(shí)，纖維間也有間隙。炭纖維制成毯子或氈子等形式時(shí)，纖維間也有間隙?？諝庹谴┻^這些間隙從活性炭吸附器上游流到下游空氣正是穿過這些間隙從活性炭吸附器上游流到下游的?？諝庠诖┻^活性碳纖維間的空隙時(shí)與纖維的微孔的?？諝庠诖┻^活性碳纖維間的空隙時(shí)與纖維的微孔間的傳質(zhì)導(dǎo)致污染物質(zhì)被吸附到活性炭上。間的傳質(zhì)導(dǎo)致污染物質(zhì)被吸附到活性炭上。 由此可知，污染物在活性炭吸附器中的去除由兩由此可知，污染物在活性炭吸附器中的去除由兩部分組成，即主流體與活性炭纖維外表面之間的對(duì)流部分組成，即主流體與活性炭纖維外表面之間的對(duì)流傳質(zhì)和污染物從活性炭纖維的外表面吸附到微孔中。傳質(zhì)和污染物從活性炭纖維的外表面吸附到微孔中。與之

12、相應(yīng)的方程由兩部分組成，即吸附器整體平衡方與之相應(yīng)的方程由兩部分組成，即吸附器整體平衡方程和活性炭纖維內(nèi)部質(zhì)量平衡的擴(kuò)散方程。程和活性炭纖維內(nèi)部質(zhì)量平衡的擴(kuò)散方程。室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制16 (1) 吸附器沿長(zhǎng)度方向的微分方程吸附器沿長(zhǎng)度方向的微分方程 初始條件：初始條件： 邊界條件：邊界條件： 式中：式中：2(1)()aaaksfCCuh CCxR ,00,0 = aaxCC,0 = aa inxCChm室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制17(2) 纖維內(nèi)的微分方程纖維內(nèi)的微分方程222211(1)()(1)()kakakapppkpsCCCqqqDDrrrrrr室內(nèi)空氣污染

13、及控制室內(nèi)空氣污染及控制18初始條件：初始條件：邊界條件：邊界條件：00, 0 rqq,00,0 kakarCC0, 0qrr0, 0kaCrr, ()(1)afakapkpsCqrRh CCDDrrka, CfksrRC室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制19(3) 吸附表面平衡方程吸附表面平衡方程 當(dāng)僅有一種物質(zhì)時(shí)，當(dāng)僅有一種物質(zhì)時(shí)，q與與Cka的關(guān)系為：的關(guān)系為： 當(dāng)當(dāng)n種種VOCVOC共同存在，通過活性炭吸附器時(shí)，對(duì)于第共同存在，通過活性炭吸附器時(shí)，對(duì)于第 i種種VOC，其吸附表面平衡方程如下：，其吸附表面平衡方程如下：max1kakaqKCqKCmax,1iika iijka jjq

14、K CqK C室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制20模型中系數(shù)的確定模型中系數(shù)的確定(1)(1)纖維孔內(nèi)纖維孔內(nèi)VOCVOC擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)D Dk k的確定的確定 纖維孔內(nèi)纖維孔內(nèi)VOCVOC擴(kuò)散系數(shù)用下式計(jì)算：擴(kuò)散系數(shù)用下式計(jì)算：(2)(2)表面擴(kuò)散系數(shù)表面擴(kuò)散系數(shù)D Ds s的確定的確定 有多種理論解釋表面擴(kuò)散系數(shù)，但通過理論計(jì)算有多種理論解釋表面擴(kuò)散系數(shù)，但通過理論計(jì)算其值很困難。目前最常用方法是由實(shí)驗(yàn)確定其值。其值很困難。目前最常用方法是由實(shí)驗(yàn)確定其值。2pakDDk室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制21(3) 纖維表面對(duì)流傳質(zhì)系纖維表面對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)數(shù)hm的的確定確定 纖維表面對(duì)

15、流傳質(zhì)系數(shù)可通過類比方法得到：纖維表面對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)可通過類比方法得到：0.40.370.75ReShScfahdShDaScDRefdu室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制22模型的驗(yàn)證模型的驗(yàn)證 本實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)裝置室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制23實(shí)驗(yàn)所選用的儀器及其精度實(shí)驗(yàn)所選用的儀器及其精度室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制24室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制25活性炭纖維：活性炭纖維：實(shí)驗(yàn)材料選用鞍山活性炭纖維公司生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)材料選用鞍山活性炭纖維公司生產(chǎn)的粘膠基活性炭，其纖維半徑為的粘膠基活性炭，其纖維半徑為13 10-6m ，密度為，密度為87kg/m87kg/m3 3，

16、孔隙率為，孔隙率為 0.095。實(shí)驗(yàn)材料處理實(shí)驗(yàn)材料處理：實(shí)驗(yàn)前，把活性炭纖維放置在：實(shí)驗(yàn)前，把活性炭纖維放置在120120恒溫箱中恒溫箱中2424小時(shí)，然后自然冷卻干燥待用。實(shí)驗(yàn)時(shí)吸小時(shí)，然后自然冷卻干燥待用。實(shí)驗(yàn)時(shí)吸附床直徑附床直徑(db)為為6 10-3m，床孔隙率，床孔隙率0.0950.095。室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制26用甲苯和苯驗(yàn)證污染源為單種物質(zhì)時(shí)模型的正確性，用甲苯和苯驗(yàn)證污染源為單種物質(zhì)時(shí)模型的正確性，模型計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值比較如下：模型計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值比較如下：室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制27所建模型能夠很好的描述活性炭對(duì)單組分所建模型能夠很好的描述活性炭對(duì)單

17、組分VOCVOC的動(dòng)態(tài)吸附特性的動(dòng)態(tài)吸附特性 室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制28 對(duì)于多組分的驗(yàn)證，以甲苯和苯為實(shí)驗(yàn)物質(zhì)，進(jìn)對(duì)于多組分的驗(yàn)證，以甲苯和苯為實(shí)驗(yàn)物質(zhì)，進(jìn)口濃度均為口濃度均為17.36mg/m3，活性炭厚度為，活性炭厚度為8mm. 實(shí)驗(yàn)結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論值對(duì)比如下：果和理論值對(duì)比如下：所建模型能夠很好的描述活性炭對(duì)多組分的動(dòng)態(tài)吸附特性。所建模型能夠很好的描述活性炭對(duì)多組分的動(dòng)態(tài)吸附特性。 室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制293.43.4、活性炭吸附器的設(shè)計(jì)選型方法活性炭吸附器的設(shè)計(jì)選型方法 在實(shí)際工程中，活性炭吸附器的效率隨著使用時(shí)在實(shí)際工程中，活性炭吸附器的效率隨著使用時(shí)

18、間的延長(zhǎng)而減小，其出口濃度則隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)間的延長(zhǎng)而減小，其出口濃度則隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，當(dāng)出口濃度上升到室內(nèi)濃度時(shí)，活性炭吸附而升高，當(dāng)出口濃度上升到室內(nèi)濃度時(shí)，活性炭吸附器完全失效。器完全失效。 選擇活性炭吸附器時(shí)，應(yīng)考慮兩個(gè)基本要求：選擇活性炭吸附器時(shí)，應(yīng)考慮兩個(gè)基本要求：(1)(1)應(yīng)考慮在可能的最大回風(fēng)量情況下，活性炭吸附應(yīng)考慮在可能的最大回風(fēng)量情況下，活性炭吸附器允許的最高濃度，即要保證活性炭吸附器在最低效器允許的最高濃度，即要保證活性炭吸附器在最低效率時(shí)，能夠去除房間內(nèi)的率時(shí)，能夠去除房間內(nèi)的VOCVOC產(chǎn)生率。產(chǎn)生率。(2)(2)活性炭吸附器在使用期內(nèi)應(yīng)能吸附房間內(nèi)總

19、的活性炭吸附器在使用期內(nèi)應(yīng)能吸附房間內(nèi)總的VOCVOC產(chǎn)生量。產(chǎn)生量。室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制30給出活性炭吸附器的設(shè)計(jì)選型方法如下：給出活性炭吸附器的設(shè)計(jì)選型方法如下：(1)確定房間內(nèi)確定房間內(nèi)VOC的產(chǎn)生率的產(chǎn)生率Rt；(2)根據(jù)房間中根據(jù)房間中VOC的產(chǎn)生率的產(chǎn)生率Rt、房間的設(shè)定濃度、房間的設(shè)定濃度Cset及及經(jīng)過吸附器的風(fēng)量經(jīng)過吸附器的風(fēng)量Qad計(jì)算經(jīng)過吸附器后允許的最高濃計(jì)算經(jīng)過吸附器后允許的最高濃度度Csup：(3)確定活性炭吸附器的最低效率，即失效時(shí)的效率確定活性炭吸附器的最低效率，即失效時(shí)的效率:suptsetadRCCQsup1setCC 室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)

20、空氣污染及控制31(4)確定吸附器的失效時(shí)間確定吸附器的失效時(shí)間 ；(5)計(jì)算吸附器在使用期內(nèi)對(duì)計(jì)算吸附器在使用期內(nèi)對(duì)VOC的吸附總量的吸附總量W:(6)從效率從效率出發(fā)，初步選定進(jìn)入吸附器的流速出發(fā)，初步選定進(jìn)入吸附器的流速uad、吸、吸附器厚度附器厚度l，確定活性炭吸附器達(dá)到效率，確定活性炭吸附器達(dá)到效率時(shí)單位重量時(shí)單位重量的吸附量的吸附量wad；(7)得到所需要使用的活性炭的重量得到所需要使用的活性炭的重量Gad；0WRdtadadWGw室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制32(8)根據(jù)吸附器的重量根據(jù)吸附器的重量Gad、吸附器的厚度、吸附器的厚度l確定空氣流確定空氣流過吸附器的面積過吸

21、附器的面積A；(9) 根據(jù)吸附器的面積根據(jù)吸附器的面積A及流速及流速uad校核風(fēng)量。如果差校核風(fēng)量。如果差別不大，則設(shè)計(jì)選型過程完成；否則從第別不大，則設(shè)計(jì)選型過程完成；否則從第6步開始重步開始重新計(jì)算直到完全滿足為止。新計(jì)算直到完全滿足為止。 建立了描述建立了描述多組份活性炭動(dòng)態(tài)吸附特性的模型多組份活性炭動(dòng)態(tài)吸附特性的模型，弄清了活，弄清了活性炭吸附性炭吸附VOCVOC動(dòng)態(tài)特性的影響因素及其影響敏感性動(dòng)態(tài)特性的影響因素及其影響敏感性，模型分析，模型分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合，證明了模型的正確性。結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合，證明了模型的正確性。分析了單組分分析了單組分吸附和多組分吸附的不同特點(diǎn)吸附和多組分吸附的不同特點(diǎn)，給出了在，給出了在實(shí)際工程中活性炭實(shí)際工程中活性炭吸附器的設(shè)計(jì)和選型方法。吸附器的設(shè)計(jì)和選型方法。 室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制33室內(nèi)空氣污染及控制室內(nèi)空氣污染及控制34