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气相过滤在化工行业新风处理中的应用冯家户 陈亮（上海加合环境科技有限公司 Circul-Aire 中国合资公司）1. 化工行业新风处理面临的挑战在现代建筑中，由于空调的广泛使用以及为了节能，房屋的密封性越来越高。权威部门的测试结果表明，在五六十年代的简易木板房里，其自然换气次数为4次/h；而现代的高楼大厦里，其自然换气次数已下降到四小时一次（换气次数一般应在3-6次/h）。这就使得室内空气品质急剧下降，长期生活工作在这样的环境中的人们感到胸闷、恶心、四肢乏力。1980年世界卫生组织正式将此类因空调新风不足导致的疾病定名为“病态建筑综合症”（SICK BUILDING SYNDROME），俗称“空调病”。在这样的背景下，新风机组得到越来越广泛的运用。另一方面，随着建筑装饰热的持续升温以及许多新型建筑材料的出现，室内空气的污染物在急剧增加。室内空气污染物的主要来源有以下几方面：1）建筑及装饰材料：部分石材中所含有的放射性元素如氡，水泥固化剂及防冻剂中含有的有毒气体如氨，胶合板及油漆等含有的甲醛、苯及总挥发性有机化合物（TVOC）。2）燃烧产物：主要有CO、CO2、硫化物、铅等。3）人体的新陈代谢及生活废弃物：人体呼吸不断消耗O2并不断呼出CO2，有资料表明，人每小时大约要呼出25m3的CO2，这就使得室内的O2含量下降，CO2浓度升高。人体的消化道及腺体也可以排出大量的污染物如口腔异味、汗液等。人们的日常活动如化妆和灭虫等也会造成空气污染。4）电器污染：各种办公室及家用电器也会造成室内空气污染，例如复印机工作时释放出的臭氧。5）室外污染物：取决于外部环境或新风吸入口处的空气状况。对化工行业的建筑物而言，这点往往是主要因素。化工行业的生产过程存在着一个共同的特点，即其生产原料中，大约有三分之二可以转化为产品，约三分之一则转化为废物和污染物-其中相当一部分是有害大气排放物。下表给出了相关工业过程的主要大气排放物：工业过程的有害大气排放物工业过程有害大气排放物电力生产SO2,C,CO,NOX,碳氢化合物,有机物汽车尾气SO2,SO3,HCl,HBr, NOX, CO,碳氢化合物,有机物柴油燃烧NOX, CO,有机物化石燃料处理H2S,S,SO2,NH3, 碳氢化合物,有机物,硫醇塑料制造有机物,醛类,醇类, NH3, SO2水泥工厂SO3,尘埃, SO2, NOX, CO炼钢高炉H2S, SO2, CO,HF,煤灰炼钢电炉H2S, SO2,C,CO炼焦厂H2S,CO,HCN,碳,尘埃纸浆制造Cl2, H2S, SO2,CO,木纤维,尘埃氯碱工厂Cl2,氯化合物,NaCl肥料制造HF, NH3,CH4,气体,液体,尘埃,酸食物处理碳氢化合物,有机物橡胶制造H2S,S8,R-SH油漆制造C,碳氢化合物,氧化烃,尘埃炼铝HF, SO2,C,尘埃矿物精炼SO2,CO,H2,尘埃烟草烟雾H2S, SO2,HCN,CO,焦油和微粒汽油和燃料蒸气碳氢化合物,氧化烃电池制造SO2,酸,尘埃由于场所或工艺等诸多条件的限制，化工行业的大气排放物有时不能进行有效的有组织排放，只能部分或全部地采用无组织排放形式；或者虽然采用了有组织排放，但仍有一定量污染物逃逸并扩散。这些都使得厂区内部空气质量恶化，进而影响到办公建筑物新风系统引入的新风质量。如果不对引入新风加以有效处理，很可能达不到室内空气质量标准（GB/T 18883-2002）的要求：室内空气质量标准序号参数类别参数单位标准值备注1物理性温度22-28夏季空调16-24冬季采暖2相对湿度%40-80夏季空调30-60冬季采暖3空气流速m/s0.3夏季空调0.2冬季采暖4新风量m3/(h人)30a5化学性二氧化硫SO2mg/ m30.501小时均值6二氧化氮NO2mg/ m30.241小时均值7一氧化碳COmg/ m3101小时均值8二氧化碳CO2%0.10日平均值9氨NH3mg/ m30.201小时均值10臭氧O3mg/ m30.161小时均值11甲醛HCHOmg/ m30.101小时均值12苯C6H6mg/ m30.111小时均值13甲苯C7H8mg/ m30.201小时均值14二甲苯C8H10mg/ m30.201小时均值15苯并a 芘BaPng/ m31.0日平均值16可吸入颗粒物PM10mg/ m30.15日平均值17总挥发性有机物TVOCmg/ m30.608小时均值18生物性菌落总数cfu/ m32500依据仪器定b19放射性氡222RnBq/ m3400年平均值（行动水平c）a 新风量要求标准值，除温度、相对湿度外的其它参数要求标准值；b 见附录D；c 达到此水平建议采取干预行动以降低室内氡浓度。对照大气污染物综合排放标准（GB16297-1996），不难看出：许多污染物在室内空气质量标准中的标准值都要严于大气污染物综合排放标准中规定的周界外浓度最高点允许值。也就是说，无组织排放这些污染物即使达到大气污染物综合排放标准的要求，但对厂区内部办公建筑物来说，其引入的未处理新风仍然可能不满足室内空气质量标准的要求，从而对其中的人员和设备造成危害。几种常见室内空气污染物对人体的影响名称对人体的影响二氧化硫SO2强烈刺激眼和呼吸道粘膜，严重时引起肺水肿、喉水肿、声带痉挛而致窒息。二氧化氮NO2主要损害呼吸道，引起咽部不适、干咳、胸闷乃至迟发性肺水肿、成人呼吸窘迫综合症。一氧化碳CO头昏眼花、四肢无力、意识障碍、多汗、脉快，重度中毒可致昏迷、脑水肿；无色无味使其不易察觉，加剧了危害。二氧化碳CO2呼吸加深加快，浓度过高可抑制和麻痹呼吸中枢，造成缺氧。氨NH3刺激呼吸道、皮肤和眼，引起鼻咽炎、头晕、乏力、流泪等症状。臭氧O3刺激呼吸道和皮肤，引起咽喉肿痛、皮肤起皱，还会造成人的神经中毒和免疫机能的破坏。甲醛HCHO兼具刺激、致敏和致癌，可引发头痛、过敏性皮炎、色斑、失眠、体重减轻，长期一定浓度吸入可引起鼻咽肿瘤。苯C6H6麻痹中枢神经，引起恶心呕吐、神志模糊；长期接触对血液造成极大伤害，尤其对妇女危害大；也是一种致癌物。甲苯C7H8症状类似于苯但毒性较低，可引起呼吸道和皮肤刺激，中枢神经麻痹。二甲苯C8H10毒性介于苯和甲苯，症状同甲苯。苯并a 芘BaP对眼和皮肤有刺激作用，是致癌物、致畸原及诱变剂，大气致癌物的代表。可吸入颗粒物PM10长期累积在呼吸系统可引发气促、咳嗽、哮喘，降低肺功能，粒径越小危害越大。可作为污染物和病菌的载体，加重它们的危害。总挥发性有机物TVOC刺激眼睛和呼吸道，导致头痛、恶心、呕吐、四肢乏力、皮肤过敏，长期影响可伤害肝脏、肾脏和神经系统。成分复杂，很多是致癌物。综上可见，化工行业的新风处理面临室外不佳新风源和室内污染的双重挑战，可谓难度不小，任重道远。然而，传统的新风机组过滤器对此却无能为力。因为其中只含粗效过滤器，不仅效率低下，而且对各种污染气体基本无净化能力。化工行业亟需一种专业、高效、合理的新风过滤器，能够同时处理污染气体、尘埃和微生物，解决办公建筑物室内污染问题，CA的气相过滤技术和产品正切合了这一需求。2. CA（Circul-Aire）气相过滤技术方案2.1基本概念在解释CA的技术方案之前，必须先对几个基本概念进行说明：Adsorption 吸附吸附是一种物理过程，污染物（液体，气体或悬浮物）会吸附在吸附剂材料的表面或是毛孔内。吸附是一个可逆过程，无化学反应发生，又称范德华吸附。Absorption 吸收吸收是指污染物渗透到另一种物质的结构中的过程，这是不同于吸附的地方，吸附是一种物质存在于另一种物质的表面。 Chemisorption 化学吸附化学吸附类似于物理吸附过程，化学吸附是指由吸附剂与污染物之间发生的化学作用而产生的吸附。化学吸附通常被认为是一个不可逆转的进程。Catalysis 催化催化是一个过程，在催化剂的作用下形成另一种物质的化学变化。这种变化（通常是导致或加速化学反应），将去除污染物而催化剂本身没有发生任何变化。2.2 CA气相过滤原理CA提供了多种气相净化媒体，针对工业和商业环境中的腐蚀性、异味及有毒污染气体进行连续的净化处理。CA的化学媒体呈紫红色小球状或黑色柱状颗粒, 是一种可以持续净化工业和商业环境中产生的腐蚀性、异味及有毒气体的空气过滤介质。与传统的空气吸附剂单纯物理吸附不同的是，CA的化学净化吸附剂通过物理吸附与化学氧化吸收相结合，物理吸附仅仅作为一种手段来收集空气中的污染物，而吸附剂中的活性成分不断地同收集来的污染物分子产生化学反应，“吃掉”污染物，从而彻底清除掉空气中的污染物。因为其颗粒独特结构决定了这种化学氧化过程不会有高温或燃烧等现象发生，具有持续、稳定、高效，即使在低温或饱和的状态下也不可逆的优点。因此，整个系统独一无二。基础化学媒体型号性状主要成分对应处理的污染气体MM-1000直径3mm紫红色小球高锰酸钾浸渍活性氧化铝H2S,SO2等各种还原性气体MM-3000直径3mm柱状颗粒煤炭挤压活性炭多种有机污染物MM-7000直径3mm柱状颗粒磷酸浸渍活性炭气体中碱性物质如NH3等MM-9000直径3mm柱状颗粒氢氧化钾浸渍活性炭酸性废气中的H2S,SO2,Cl2等除上述基础媒体之外，CA还提供：1）根据不同项目要求，将媒体混合，达到控制多种气相成分的目的。如将MM-1000和MM-3000按照50%的比例混合得到的MM-1355在很多情况下具有更高效广谱的净化能力。2）根据客户特殊要求定制媒体。需要特别说明的是，CA提供的化学媒体综合采取了四种主要的去除机制来消除空气中的化学污染物，也就是上文提到的四个概念：吸附、吸收、化学吸附及催化。这样不仅在净化效率和广谱性上远胜于传统活性炭，而且可以大大延长媒体的有效时间。2.3 基本流程针对不同的污染，CA的媒体将使用不同的流程从被污染的空气流中去除不需要的气体，而多级粉尘过滤器则会捕获绝大多数尘埃和微生物。一个典型的处理设备主要由三个部分集成：工业风机、载有气相净化媒体和排气段粉尘过滤器。净化系统可能由30%（MERV6）前端过滤器部分，化学媒体床段，40%（MERV9）中段过滤段和90-99%（MERV14）的终端过滤段组成，所有微粒过滤器都按ASHRAE规格测试。三级过滤的设计极大地降低了由新风带入室内的尘菌浓度，同时在一定程度上延长系统部件的寿命。CA的气相净化媒体配比公式使其能够提供物理和化学特性最合适的组合，以满足每一个应用的具体需要。净化系统中化学媒体床段的深度（滞留时间）和气相净化媒体的选择将取决于具体的气体及其浓度。化学净化媒体分析通过CA的TECH-CHEKTM方案，确保其产品的最高效率-一个完整的计算机报告确定每台机组的媒体更换时间表。对多数化工行业的办公建筑物而言，虽然新风质量不达标，但其中的污染物绝对浓度并不高，按CA的现有技术，媒体一般可以维持一年以上的寿命。2.4 综合效应使用CA的气相过滤技术对化工行业办公建筑物的新风进行处理，可使其中的可吸入颗粒物下降95%以上，污染气体则下降可达99.5%。参考石油化工采暖通风与空气调节设计规范中“机械通风送入的空气中有害气体、蒸气及粉尘的含量，不应超过内部空气中有害物质最高容许浓度的30%”，除非外部环境空气质量极度恶化（相当于事故级别），都可以保证室内空气在化学和生物性上的要求。在此基础上，室内空气的物理控制会更易进行。由于事先去除了绝大多数尘埃和有害气体，对后续的温度湿度调节设备起到了保护作用，使它们的效率和寿命大为提高。办公楼宇的新风量控制受到诸多因素的制约。一般应根据房间空间大小及室内人员数量综合考虑，按“房间新风换气次数”和“每人所需新风量”计算出新风数量值，并取二者中较大值。合理的新风量不仅供给工作人员较多的新鲜空气，而且可以维持建筑内部的正压以减少通过缝隙直接进入的外部空气。但过大的新风量使得夏季空调和冬季采暖的负荷加重，能源浪费；所需新风过滤器数量多，初投资和维护工作量均较大。采用CA气相过滤技术的新风机组，事实上综合使用了去除、自净和稀释来对抗室内空气污染，有效利用回风，为从整体上降低新风机组运行费用提供了一条捷径。3.项目案例3.1 美国内华达州，里诺药物研究和医疗中心始建于1862年，目前总面积88500平方米，后期还在扩建。初始设计安装有温度湿度控制的末端机组，并引入27000CFM的新风进行污染气体的排除，保障室内安全。问题：1）由于引入大量的新风，带来的能耗大，占系统能耗接近40%；2）排出的污染空气，环保署不能接受，附件居民投诉；3）室内空气品质仍然得不到保证。CA的解决方案提供气相净化解决方案，有效将无机、有机化学污染物去除。采用了CA公司的MULTI-MIX化学吸附剂的机组USAH810，设计风量为27000CFM，前置30%粗效过滤器+90%高效过滤器，中间为2级化学吸附过滤段，尾段为90%高效过滤器。第一级化学净化段采用了CA的MULTI-MIX MM-1000媒体；第二级化学净化段采用了CA的MULTI-MIX MM-3000媒体；系统提供监控系统对系统的使用状况进行监控。CA的方案设计的风量仍然是27000CFM，主要是为了尽可能不改动原有的的新风系统。实际上随着污染气体的高效去除，可以大大减少新风量。CA成功解决了该项目的空气污染问题。系统可靠，维护简单，同时大大延长原有室内精密设备的寿命。3.2 中国扬子巴斯夫，用于腐蚀控制以及有毒气体去除4.部分产品图集立式和卧式新风处理机组深床式气相净化机组(DAS)高浓度干式洗涤净化塔(HDS)恒温恒湿带吸附处理机组5.CA集团介绍 5.1 CA的历史自从45年前公司创立以来，凭借着技术优势和可靠的质量，CA一直是化学吸附式气相过滤和能量回收领域的领导者。CA公司的Multi-Mix filter media混合式吸附媒体和整体式系统解决方案在防腐蚀控制、污水厂处理和工业环境控制上广泛应用。同时结合CA公司的能量回收系统，可以用来回收废弃的能量，保护环境。CA公司的客户定制和高质量的生产确保我们的产品可以经受严格的工业环境如腐蚀性环境的考验。通过多