04-水清洗对空气净化材料过滤性能影响-刘晓培.doc

水清洗对空气净化材料过滤性能的影响刘晓培，卞思思，常德强，毛宁，柳静献，孙熙（东北大学滤料检测中心，沈阳，110004）摘要：用于空气净化的材料一般为一次性使用，但有的应用场所需要对其进行反复水清洗多次使用。本文通过实验手段，研究常规涤纶纤维层滤料，在荷尘、清洗、烘干、荷尘等多次反复中其过滤效率、阻力、容尘量的变化情况。实验结果表明，清洗对滤料的过滤效率、阻力和容尘量没有明显的影响，滤料可以通过水清洗的方式反复使用。关键词：空气净化材料；水清洗；过滤性能Effect of water cleaning on performance of air filtration mediasLIU Xiaopei, BIAN Sisi, CHANG Deqiang, MAO Ning, LIU Jingxian, SUN Xi(Filter Test Center of Northeastern University, Shenyang,110004)Abstract: Air filtration media are designed for disposable, but in some application, it should be used for some times with water cleaning. Through experiments, the performances of filter, which are cleaned with water for many times, including filtration efficiency, resistance, dust capacity are studied in the paper. The experimental results show that water cleaning has less effect on filtration efficiency, resistance and dust capacity of the filter media. Therefore, air filtration media can be used repeatedly by way of water cleaning.Keywords: Air filtration media; water cleaning; filtration performance1 前言随着我国社会发展及工业进程的加快，不管民用还是工业对环境空气质量的要求越来越高，空气过滤设备的应用领域也在加速拓展，而作为过滤设备的核心空气净化材料，其研究和开发得到了人们的广泛关注。人们期望过滤材料具有高效率、低阻力的特性，并能适用于多种环境，且成本越低越好。1-3用于空气净化的大部分材料为一次性使用，在应用时如果其阻力达到一定值后，该过滤器即被抛弃。4此方式在保证空气过滤效果的同时，提高了空气净化的成本，增加了过滤器更换的工作量。另外，在某些特殊场合，如机车、船舶等移动式设备，频繁更换十分方便，迫切要求可清洗型过滤产品。5-6基于上述考虑，本文以用量最大的常规涤纶纤维层滤料为例，研究其在荷尘、清洗、烘干，再反复荷尘、清洗.多次使用中，其过滤效率、阻力、容尘量的变化情况，以确定滤料在反复使用中性能的变化，为滤料的重复使用提供实验参考。7-92 实验方法及装置2.1 实验条件及装置 本文选取了丹东某厂家生产的4种常规的涤纶纤维层净化材料，进行了实验研究，滤料样品的性能参数如表1所示，电镜照片如图1-图4所示。表1 样品的性能参数项目样品A样品B样品C样品D类别强化中效过滤材料中效过滤材料F7中效过滤材料F5低效过滤材料G4克重(g/m2)354.88259.61266.54316.68厚度（mm）11.87.28.910.0滤速为1.2m/s时的阻力(Pa)21814711556纤维层主纤维不同直径的中空与常规涤纶纤维不同直径的中空与常规涤纶纤维不同直径的中空与常规涤纶纤维不同直径的中空与常规涤纶纤维粘结纤维ESESESES加工方式ES纤维热熔粘结ES纤维热熔粘结ES纤维热熔粘结ES纤维热熔粘结后处理阻燃处理阻燃处理阻燃处理阻燃处理图1 强化中效过滤材料的迎尘面和底层图2 中效过滤材料F7的迎尘面和底层图3 中效过滤材料F5的迎尘面和底层图4 初效过滤材料的迎尘面和底层实验中采用的装置如图5所示。该装置由管道系统、发尘系统、测压系统组成。尘源为325目的滑石粉，发尘浓度为3.385g/m3；滤料样品直径140mm，实际过滤部分直径为100mm。图5 实验装置示意图1-压力表；2-发尘器；3-上游管路；4-滤料试样；5-绝对滤膜；6-转子流量计；7-风机；8-均压室。2.2 实验方法本实验针对滤料清洗前后的阻力特性、过滤效率、容尘量等进行了测试，其中过滤效率的测试采用了计重效率，具体过程如下：（1） 滤料阻力特性测试：调整系统流量为14.1、21.2 、28.3、42.4、56.1m3/h，对应滤速分别为：0.5、0.75、1.0、1.5、2.0m/s时的阻力；（2） 荷尘过程：调整滤速为1.2m/s，开启发尘器，对G4滤料，当阻力升至200Pa、对其它滤料升至550Pa时停止发尘，测试滤料的效率、容尘量；（3） 对荷尘后的滤料进行清洗、烘干后，再次进行如(2)所述的荷尘过程。清洗使用自来水进行冲洗；（4） 重复（2）和（3），进行滤料复用的测试3 实验数据及结果分析3.1 水清洗对过滤效率的影响在实验过程中，尽可能保证清洗的彻底性。清洗中，其质量与原滤料相比，高效过滤棉的最大误差是1%，中效过滤棉F7的最大误差是3.1%，中效过滤棉F5的最大误差是3.9%，初效过滤棉的最大误差是1.4%。将每种滤料反复清洗15次后，其过滤效率的变化如图6-图9所示。 图6 强化中效过滤棉的效率变化 图7 中效过滤棉F7的效率变化 图8 中效过滤棉F5的效率变化 图9 初效G4过滤棉的效率变化实验数据显示，总体来说，4种实验滤料的过滤效率变化趋势不明显。经过15次水清洗后，强化中效过滤棉、低效过滤棉的效率略有增加，而中效过滤棉的过滤效率略有降低。对强化中效过滤棉，高效过滤棉的背面覆盖了一层网状物，韧性较大，在用水冲洗时，这层网状物起到了良好的保护作用，对整个滤料的结构并没有造成太大影响。该样品洁净滤料的效率为97.75%，其最低效率为第2次清洗后，效率为97.16%，比洁净滤料效率下降了 0.60%。最高效率为10次之后，比洁净滤料提升了1.60%。清洗15次之后，其效率为 98.21%，比初始效率上升了0.47%。中效过滤棉F7的背面纤维层并没有覆盖其他材料，只是经过热处理，并且中效过滤棉厚度较小，当其受到高压水时，会使其本身结构受到轻微影响。因此，对中效过滤棉F7，洁净滤料的效率为95.78%，其最低效率为第8次清洗后，效率为91.53%，比洁净滤料效率下降了 4.44%。最高效率为2次之后，比洁净滤料提升了2.59%。清洗15次之后，其效率为93.91%，比初始效率下降了2.00%。对中效过滤棉F5，洁净滤料的效率为95.52%，其最低效率为第3次清洗后，效率为88.74%，比洁净滤料效率下降了 7.10%。最高效率即为洁净时的效率。清洗15次之后，其效率为 92.71%，比初始效率下降了2.94%。对初效过滤棉G4来说，两面的差别不大，基本没做大的处理，高压水对其的影响不大。其洁净时的效率为92.88%，最低效率为第8次清洗后，效率为92.44%，比洁净滤料效率下降了 0.47%。最高效率为2次之后，比洁净滤料提升了1.31%。清洗15次之后，其效率为 93.06%，比初始效率上升了0.19%。3.2 水清洗对容尘量的影响4种实验滤料在终止阻力（对G4为200Pa，对其它滤料为550Pa)时的容尘量变化如图10-图13所示。图10 强化中效过滤棉的容尘量变化 图11 中效过滤棉F7的容尘量变化 图12 中效过滤棉F5的容尘量变化 图13 初效过滤棉的容尘量变化从图中可以看出，经过15次水洗之后，4种过滤材料的容尘量并没有发生太大的变化，只是中间出现少许波动，说明水清洗过程对其没有明显的影响。3.3 水清洗对阻力特性的影响将实验滤料的水清洗5次后、10次后、15次后的阻力与原阻力进行了对比，如图14-图17所示。 图14 强化中效过滤材料的阻力变化 图15 中效过滤棉F7的阻力变化 图16 中效过滤棉F5的阻力变化 图17 低效过滤棉的阻力变化从数据可以看出，经过15次水清洗后，实验滤料的阻力特性没有明显改变。对高效过滤棉、中效过滤棉F7和初效过滤棉来说，经过15次水清洗后，阻力略有减少，而中效过滤棉F5阻力略有增加。4 结论 本文对四种滤料样品在反复清洗中的荷尘过程进行了研究，通过对实验结果的分析，可以得出如下结论：(1)水清洗对涤纶纤维层滤料的过滤效率影响不明显。对强化中效过滤棉和初效过滤棉来说，水清洗后过滤性能反而略有增强；中效过滤棉的性能略有下降。在15次清洗过程中，其效率变化都在7.10%以内；(2)在实验的清洗次数范围内，清洗操作对容尘量没有明显的影响，容尘量偏差在41.14%之内；(3)使用适当的压力水流冲洗，对滤料结构没有太大的改变，水清洗对滤料的阻力没有明显影响；，与洁净滤料相比，阻力偏差在21.05%以内。(4)对非水溶性常规空气净化滤料而言，可以考虑采用水清洗方式进行滤料的离线清洗与复用，清洗时可以使用合适压力的水流进行冲洗，但要考虑清洗后污水的处理问题。参考文献：(1) Bert Brunekreef. “Air Pollution and Human Health: From Local to Global Issues”. 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