濕式填料過濾除塵器的性能
1.背景
空氣是人類生存必需的極重要因素，也是傳播疾病的媒介，為了防止疾病傳播，提高人類的健康水平，凈化空氣極為重要。如何有效預防和控制傳染病病毒通過辦公樓、候機樓、火車站、商場、寫字樓、賓館等人員集中場所的中央空調通風系統傳播是人們特別關注的問題之一。增加新風量甚至采用全新風是預防和控制病毒通過中央空調通風系統傳播的最有效方法，但在炎熱的夏季，一般的空調通風系統不能承擔較大的新風負荷，因此必須對回風進行消毒和凈化。
對于浮游在空氣中的微生物，如細菌、立克次氏體和病毒等，在空氣中難于單獨生存，而是以群體方式存在，大多附著在空氣中的粉塵上，形成浮游的生物粒子。細菌單個大小約為1～100μm，病毒單個大小約為0.008～0.3μm，立克次氏體單個大小介于細菌和病毒之間。他們群體生存并附著在粉塵上，形成大小一般為5～10μm【2】的顆粒。空氣中的微生物總數受粉塵大小和數量的影響，粉塵顆粒大、數量多，則微生物數量多；粉塵顆粒小、數量少，則微生物數量少【4】。因此，去除空氣中的微生物關鍵是去除空氣中的粉塵及其附著微生物形成的浮游生物粒子，尤其是5～10μm的粒子。
傳統空調通風系統采用的除塵裝置一般為空氣過濾器，其濾層的捕集機理有：慣性碰撞、接觸阻留、篩濾、重力沉降、擴散、靜電等【2】，空氣過濾器濾層可能是靠其中一種機理工作，也可能是靠其中幾種機理的綜合作用工作，但它們的共同特點是捕集到的塵粒及其附著的細菌病毒都聚集在濾層上，當累計到一定數量時就可能產生揚塵形象，這就使空氣的二次污染成為可能，也是人們擔心中央空調通風系統會傳播病毒的重要原因。常規的殺菌、消毒辦法有紫外燈、消毒劑等，利用它們對空氣過濾器濾層進行滅菌消毒處理，其有效性尚不詳盡，而對于“非典型肺炎”冠狀病毒這樣的微生物則更缺少足夠的證據。既使較多的細菌和病毒被殺死，但仍然有部分微生物殘留在濾層上，對空氣仍然具有二次污染的潛在威脅。因此，呼吸性傳染病使傳統空氣過濾器受到嚴峻挑戰，也對中央空調中的空氣過濾器提出了新的課題。
本研究以除塵為主要目標，在總結各種除塵器的基礎上，提出利用濕式除塵方式來完成中央空調系統的空氣凈化功能。濕式除塵器具有過濾－清灰同時進行的特點，并且可以與消毒液滅菌相結合。
2．濕式填料過濾除塵器的結構與原理
濕式填料除塵器主要由填料和淋水系統組成。填料可以采用亂堆式或規整式，其特點是單位體積的表面積大，為氣液接觸提供較大的面積。淋水系統包括淋水器、集水槽、循環水泵、調解閥門、補水管和排污管組成。水通過水泵被送到淋水器中，從填料上方均勻淋激而下，利用水的潤濕性和氣流的振動作用在填料表面形成均勻的水膜。
 圖1填料型洗滌式空氣過濾器 |
填料型洗滌式空氣過濾器的機理可歸結為：
慣性作用：當塵；驓馊苣z隨氣流運動逼近填料時，塵；驓馊苣z受慣性力作用來不及隨氣流轉彎而仍向前直行撞進填料表面的液膜中，而后被向下流動的液體帶入接水盤；
洗滌作用：由于液體的噴淋，會在填料的空隙間形成液滴或水霧，成為捕塵體。
以上兩種機理中，捕塵體都是液體，而液體的流動可以將塵粒、氣溶膠帶走，從而實現將塵粒、氣溶膠與填料脫離。細菌和病毒都是附著在塵；驓馊苣z上的，隨著塵；驓馊苣z一起被捕集和脫離，如果噴淋的液體為有效殺毒劑，則細菌和病毒可被殺死，從而使濕式填料過濾除塵器能夠對塵粒同時完成過濾、脫離、滅菌消毒三個過程。
填料的材料可選用不銹，這就避免了傳統過濾材料易積塵、不易清洗的弊病，捕集的塵；驓馊苣z及其附著的細菌病毒很容易被噴淋的液體帶走。
傳統空氣過濾器捕集到的塵粒及其附著的細菌病毒都聚集在濾層上，而濕式填料過濾除塵器捕集的塵粒或氣溶膠及其附著的細菌病毒可隨時脫離填料被噴淋的液體帶走，克服了傳統空氣過濾器的一些弊。簩諝庠斐晌廴镜目赡苄源蟠蠼档停怀龎m效率隨著空氣過濾器使用時間增加而下降的可能性大大降低；空氣阻力隨著空氣過濾器使用時間增加而上升的可能性大大降低。利用填料進行濕式除塵，除塵器的壓力損失較小，水泵無需提供很高的水壓力，可節省水泵能耗。另外，使用填料進行濕式除塵，還可以與氣態污染物的去除及惡臭氣體的生物法去除相結合！3】
3．性能的實驗研究與分析
3.1．實驗說明
濕式填料過濾除塵器的除塵效率實驗是在過濾器性能測試風道中進行的，空氣中的粉塵計數濃度采用激光粒子計數器進行測量，以計算計數效率。文中所指的除塵效率為大于等于某一粒徑的總除塵效率：
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7d粒徑d的粉塵總除塵效率；
Co.d進口空氣中粒徑d的粉塵計數濃度；
Ci.d出口空氣中粒徑d的粉塵計數濃度。
實驗是在室內進行，塵源為室內大氣塵，過濾處理后的空氣被排到室外。采用的填料為規整式金屬波紋刺孔填料，填料表面經過防腐處理。
3.2．實驗結果分析
本研究所用填料比表面積為500m2/m3，其厚度均為100mm，為增加除塵效率，填料共選用兩塊并沿氣流方向前后放置，其總厚度為200mm。實驗中的迎面風速為風量與填料迎風面積的比值，單位為m/s；淋水密度為淋水量與淋水斷面面積的比值，單位為kg/m2s。除塵效率測試為篩上累計計數效率，采用激光粒子計數器進行前后端粉塵計數濃度測試。
經實驗測試，在迎面風速為1.5～2.8m/s，淋水密度為0.94-2.36kg/m2s的變化范圍內，本濕式除塵器對1μm粉塵除塵效率可以達到25～40％， 3μm顆粒的除塵效率為78～95％， 5μm顆粒的除塵效率為75%～98%，壓力損失范圍在30～130Pa。
圖2－4分別給出了不同粒徑顆粒在不同迎面風速情況下的除塵效率與淋水密度的關系。從圖中可以看出，對于1μm顆粒的除塵效率隨迎面風速的增加而減少，對于3μm和5μm的除塵效率隨迎面風速的增加而增加。這是因為對于1μm顆粒的除塵機理中擴散作用占有重要地位，而擴散作用隨風速的增大而減弱，使小粒徑粉塵的去除效率降低；對于3μm和5μm以上顆粒的除塵機理主要依靠的是慣性碰撞和接觸阻留作用，隨風速的增加而增強，進而使大粒徑粉塵的去除效率增強。
 圖2 不同淋水密度時1μm顆粒除塵效率與迎面風速的關系 |
 圖3 不同淋水密度時3μm顆粒除塵效率與迎面風速的關系 |
 圖4 不同淋水密度時5μm顆粒除塵效率與迎面風速的關系 |
4．其他功能
采用濕式填料過濾除塵器不僅可以有效去除空氣中的粉塵及氣態污染物，還可以實現下列功能：
1） 中央空調系統中的空氣消毒凈化：病毒等微生物主要依附在空氣中的粉塵上進行傳播，在中央空調系統中進行有效的除塵凈化并消毒，可以切斷病毒傳播途徑。傳統中央空調過濾器一般采用的是纖維過濾方式，多采用初效過濾器，很少采用中效以上過濾器。文獻1中提到，初效過濾器要求對5μm顆粒的除塵效率為 20％～80％，終阻力為100～150Pa；中效過濾器要求對1μm顆粒的除塵效率為20％～70％，終阻力200～250Pa。采用本研究中的濕式填料除塵器完全可以替代傳統中央空調過濾器，一般中央空調機組的設計風速為2.5m/s，采用淋水密度為1.89kg/m2s時，對 1μm顆粒除塵效率達到31％，3μm的除塵效率為93％，5μm的除塵效率為96%,而阻力為100Pa，已經達到中效過濾器水平，而阻力相當于初效過濾器。另外，濕式除塵器的循環液體中加入消毒液，可以實現過濾、清灰、消毒等多項功能，并且布膜均勻、帶水少。因此，在中央空調系統中采用濕式填料除塵器可以有效解決過濾除塵和消毒凈化等問題。
2） 蒸發冷卻：實驗中通過測試進出口干濕球溫度，發現采用該設備可以使空氣溫度降低5～8℃。在空調或通風中使用時，利用濕式填料過濾除塵器可以對空氣進行蒸發冷卻處理，可以縮短制冷機開啟時間，節省能量消耗。在傳染病高發階段，在循環水中加入低揮發、無害的消毒液，仍然可以保證該設備的安全使用，并對空氣進行凈化、消毒。
3）冬季加濕：采用濕式填料過濾除塵器可以對空氣進行加濕處理，進而提高工作或生活區域的舒適性。
5．結論
1）濕式填料過濾除塵器是一種高效率低阻力的空氣凈化裝置，大氣塵計數效率達到中效過濾器的水平，而空氣阻力低于傳統初效過濾器的平均值。
2）空氣經過濕式填料過濾除塵器的過程既是過濾凈化過程，同時也是加濕冷卻過程。因為液體的循環噴淋，液體的溫度近似等于空氣的濕球溫度，而空氣狀態變化過程近似等焓過程。經過過濾器過濾后的空氣在夏季與表冷器進行熱濕交換時，由于全熱交換的動力是焓差，所以并不會增加表冷器的負荷。冬季使用濕式填料過濾除塵器，可以使室內空氣含濕量增加，提高舒適性，但加熱器的負荷略為增加，不過按夏季工況選擇的換熱器用作冬季加熱時有足夠的裕量。
3）濕式填料過濾除塵器可以實現過濾、清灰、消毒相結合，對改善空氣品質、節約能耗和預防傳染病毒通過通風系統進行傳播具有很好的作用，具備健康、舒適、節能的特點。
參考文獻：
1．逢增志.凈化空調用過濾器.醫藥工程設計.1998(1)：34-38；
2．陸亞俊等.暖通空調.中國建筑工業出版社.北京.2003；
3．郭靜，黃焱歆.生物濾池與固定－懸浮填料復合式生物膜反應器除臭.中國環境科學. 1999,19(1)：-59-62；
4．胡家駿，周群英.環境工程微生物學.高等教育出版社.上海.1988。
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