可吸入颗粒物的危害及其净化技术-

1、*2011年6月洁净与空调技术CC&AC 第2期可吸入颗粒物的危害及其净化技术珠海格力电器股份有限公司制冷技术研究院肖德玲 *袁琪岳锐摘要 概述了室内空气品质的影响因素,重点介绍可吸入颗粒物(PM10的来源及危害,国内外的研究成果和进展,综述去除PM10的方法,并通过实验得出:电离净化比过滤净化去除粉尘效率高,风阻小。关键词 室内空气品质;可吸入颗粒物;净化Air Cleaning Technology and harm of PM10Xiao Deling, Y uan Qi and Y ue RuiAbstract The influencing factors of indoor

2、 air quality are summarize, and the source, damage and actuality of our country and foreign of PM10 is introduced in this paper, at the same time, summarize the methods to dispose of PM10, and draw a conclusion by test that purification performance is good and air resistance is low of ionic-driven a

3、ir purification than filtraction.Keywords Indoor air quality (IAQ; PM10; Purification肖德玲,女,1976年3月,硕士,工程师519070 珠海市前山金鸡西路789号136*0引言影响室内空气品质的因素很多,从参数的类别来看,物理方面的主要有温度、相对湿度、空气流速、新风量等;化学方面的主要有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并芘、可吸入颗粒物、总挥发性有机物等;生物方面主要有菌落总数;放射方面主要是氡。其中粉尘是大部分危害物的载体,如果能有效清除粉尘,则大部分有害物可

4、以随之去除。粉尘粒径不同对人体的危害程度不同,粒径越小危害越大,越难去除,同时这些污染物长期累积在空调蒸发器上,对空调的性能也产生非常大的影响。故本文重点介绍粉尘及其去除方法,并进行实验分析。1可吸入颗粒物简介1.1可吸入颗粒物的特征空气悬浮颗粒是空气中固体和液滴的混合物。对人体健康影响较大的主要是空气动力学当量直径小于10 µm 的颗粒物(某个气溶胶粒子在空气中沉降时的滑流速度,与密度为1 mg/m 3 的球体在相同的空气动力学条件下沉降的滑流速度相等时,此球体的直径称为该气溶胶粒子的空气动力学直径,即PM10。颗粒最重要的物理特征包括颗粒数密度及颗粒数密度分布、质量浓度及质量浓度

5、分布、吸湿性、挥发性、带电性及单个颗粒的表面积和形状。其中,粒径是决定颗粒物空气动力学特性的重要参数,颗粒在空气中的迁移特性及其最终进入人体部位都取决于粒径。颗粒的粒度分布主要包括质量浓度分布和颗粒数密度分布。极细颗粒物往往占颗粒总数量的绝大部分,而其质量所占比例却非常小。如在以机动车尾气为主要污染源的城市环境中,80%以上数量的颗粒都是极细颗粒1。因此,对于极细颗粒,其主要量化指标为颗粒密度;而对于粗颗粒,其主要量化指标应为质量浓度。图1、图2是一个典型的城市空气颗粒粒度分布中颗粒数量和质量关系的例子2。颗粒化学组成与健康影响的关系也非常大,决定了呼吸道或人体可能出现何种不良反应。以人为源产

6、生的高浓度痕量元素和有毒物质、天然源产生的放射性都与非常小的颗粒有关。图1 澳大利亚布里斯班城市颗粒物密度分布图2 澳大利亚布里斯班城市空气质量浓度分布颗粒化学组成与健康影响的关系也非常大,决定了呼吸道或人体可能出现何种不良反应。以人为源产生的高浓度痕量元素和有毒物质、天然源产生的放射性都与非常小的颗粒有关。1.2可吸入颗粒物的来源可吸入颗粒物中的粗颗粒物(2.5µm10µm主要由机械过程产生,如建筑施工、道路扬尘等;细颗粒物(2.5 µm,PM2.5主要来源于各种车辆所排放的废气、木材燃烧、电厂废气、工业生产、家庭厨房的油垢、人员的吸烟、某些建筑物的材料释放等。

7、当二氧化硫、氮氧化合物和可挥发性有机化合物等燃烧产物在空气中发生化学反应时,也可能生成极细颗粒(0.1 µm。1.3可吸入颗粒物的危害目前,从流行病学获得的资料显示: PM10对人体健康的危害主要表现在“三致”方面“致癌、致畸、致突变”。PM10被吸入后,小于10 µm 大于5 µm的颗粒物会被鼻部和上呼吸道挡住,主要累积在上呼吸道;小于5 µm大于2 µm的颗粒无会进入到呼吸道的深部,小于2 µm的颗粒物会进入到细支气管和肺泡。颗粒物的累积会引发许多疾病:对于粗颗粒物的暴露可能侵害呼吸系统,诱发(如气喘、咳嗽哮喘病,细颗粒物的吸入可

8、引发心脏病、肺病和呼吸道疾病,降低肺功能;颗粒物上容易吸附着多种有害物质,有些有致癌性,有些会诱发花粉过敏,长期暴露在PM10的环境中,导致死亡率和发病率提高,尤其对慢性肺部疾病和心血管疾病的人而言。当空气中飘尘>0.15 mg/m3时,慢性支气管炎增加;飘尘达到2 mg/m3时,老人、体弱者死亡率增加20%3。美国对东部6个城市的粗颗粒、细颗粒和硫酸盐颗粒浓度进行了连续8年的监测,发现日死亡率的增加与PM10、PM2.5和硫酸颗粒浓度都显著相关,其中同PM2.5的相关性最强。当PM2.5日平均浓度增加10µg/m3时,当日的死亡率会增加1.5%。其中,顽固性肺病(C O P

9、D患者死亡率增加3.3%,局部缺血性心脏病患者死亡率增加2.1%3。中国环境监测总站对广州、武汉、兰州、重庆4个城市进行了为期2年的PM2.5、PM10和TSP 监测,结果也表明,我国空气中颗粒物的污染非常严重,对人体危害最大的PM2.5普遍超过美国新标准的28倍。颗粒物会沉积在空调系统的各个部分,带来诸多不良后果,如降低盘管换热效率,增大设备和管道阻力而导致风量、冷量不足,阻碍甚至破坏自控元件的动作,滋生有害细菌,发生难闻异味,产生风口黑渍而影响室内装修美观,等等。在电子工业的许多工艺生产部门对大于0.5 µm 的尘粒要求<2个/l;如薄膜电容器生产中尘粒在1500个/l时,

10、即产生大量废品,一旦尘粒降为200个/l,则废品率为5%,质量可靠性大为提高。长期停留在环境中的飘尘(形成的气溶胶,会造成大气长期性的污染,使大气能见度降低。2PM10去除方法综述2.1过滤技术目前,应用于净化方面的最主要手段还是采用过滤技术。当空气中的尘埃随气流作惯性运动或作无规则运动,或受某种场力的作用而移动,运动中的粒子撞到障碍物时,被障碍物阻挡或者依靠粒子与障碍物表面的引力使它粘在障碍物上,达到去除颗粒物的效果。现有的高效过滤网如HEAP对可吸入颗粒物可以达到99%以上的去除率;但HEPA 直接应用于家用空调有较高难度,一方面是高效过滤网的成本高,另一方面是高效过滤网的初阻力大,影响空

11、调的风量,导致空调性能不能满足要求。目前HEPA主要应用于空气净化器和中央空调。2.2静电除尘器利用直流高压电源使尘粒沉降,其基本部分是两个高压电极。电极可以是板状或其它形状,通常大型的静电除尘器中采用的是金属丝为负极,金属管(或板为正极。金属丝起放电作用的称为放电电极,在放电极周围产生一个电离圈,由于在黑暗中会产生光辉,因而称为电晕极。电离产生的正负离子在向两极运动过程中撞击. 72 . 洁净与空调技术CC&AC 2011年粉尘粒子,使尘粒带上电荷被两极吸引而从气体中分离出去。但因电离圈的范围很小,所以正离子向金属丝(负极移动过程中,使尘粒带正电的机会较少,也即在金属丝上沉积降的尘粒

12、很少。多数尘粒被负离子撞击而带上负电向金属管移动,故管壁起主要沉降作用,称之为沉降极。静电除尘器已经在空调产品中广泛应用,存在的问题是除尘率低,因为集尘板的长度、空气的流速、电极板间的距离等许多因素都会影响静电集尘的集尘率。虽然粒子被带电,但大部分带电的粒子沉降速度慢,没有被沉降在集尘区而继续跑到空气中。2.3三电极净化技术三电极等离子净化技术不同于传统的等离子技术,新增的排斥极在很大程度上提高了颗粒的吸附效果,且通过电磁场学与流体力学混合三维模拟优化电极形状及结构,从而使得三电极等离子技术在去除粉尘效果方面特别理想,且不会像传统的电离技术那样,容易产生高浓度的臭氧,对人体产生附加危害。其原理

13、图见图3。图3 三电极等离子技术原理3实验测试及数据分析在同等的实验条件下,对比测试过滤+静电的组合式净化器(A 与电离式净化器(B 的净化效果,分析哪种净化器更能有效去除室内的可吸入颗粒物,同时风阻最低,最适合在空调上推广应用。3.1去除粉尘效果对比在20 m 2的房间内,对比两种净化器运行0.5 h 后去除粉尘的效果,实验数据见图4。图4 0.5 h 去除粉尘效果对比图3.2抗菌效果对比在同等的实验条件下,对比测试电离式净化器(B 与组合式净化器(A 在0.5 h 的抗菌效果,测试数据如图5所示。图5 0.5 h 抗菌效果对比图3.3风阻对比在同等的实验条件下,对比测试电离式净化器(B 与

14、组合式净化器(A 的噪声,如图6所示。图6 噪声对比图4展望综上所述,众多的室内空气品质参数中,PM10的危害不容忽视。我们应该找到应用在空调中去除PM10的最有效方法。现有的净化方法中,电离净化相对过滤净化技术去除粉尘的效果更理想,同时具有如下优势:(1电离净化技术不但能在短时间内更有效地去除粉尘,同时抗菌的效果也更好。(2电离净化技术具有风阻低、噪声小、能耗低的特点,因此,非常适合在空调上推广应用。(3电离净化主要由电离极及收集板组成,因此具有容易维护、无需更换、寿命长等特点。参考文献1 L Morawska, S Thomas, ND Bofinger et al. Comprehensive characterization of aerosols in a subtropical urban atmosphere: particle size distribution and correlation with gaseous pollutantsJ.Atmospheric Environment,1998, 322 L Morawska. Control of particles indoors state of the aruJ. Healthy Buildings 2000,E