室内空气(byLJ)-6

1、室内空气污染控制室内空气污染控制1室内空气污染控制策略室内空气污染控制策略源头控制源头控制材料控制（民用）材料控制（民用）气流去除（工业）气流去除（工业）通风稀释通风稀释自然通风自然通风机械通风机械通风空气净化空气净化颗粒净化颗粒净化气体净化气体净化室内空气污染及控制室内空气污染及控制2 如果前期的污染源失控而污染物浓度较高如果前期的污染源失控而污染物浓度较高且污染物散发难以切断，此时要采用空气净且污染物散发难以切断，此时要采用空气净化技术来去除室内空气污染物化技术来去除室内空气污染物 室内空气污染及控制室内空气污染及控制3室内空气净化技术室内空气净化技术空气过滤空气过滤固体吸附固体吸附去除空

2、气中的颗粒物去除空气中的颗粒物吸附空气中的大部分气体污染物吸附空气中的大部分气体污染物催化氧化技术催化氧化技术降解室内空气中的降解室内空气中的VOCs及去除微生物及去除微生物技术成熟技术成熟较成熟较成熟研发阶段研发阶段室内空气污染及控制室内空气污染及控制4第七章第七章 气体中微粒的分离技术气体中微粒的分离技术 洁净技术用空气过滤器的种类很多。仅按过滤器的洁净技术用空气过滤器的种类很多。仅按过滤器的效率分类，通常可分为：粗效、中效、高中效、亚高效效率分类，通常可分为：粗效、中效、高中效、亚高效和高效过滤器和高效过滤器5种类别。种类别。 在国家标准在国家标准空气过滤器空气过滤器（GB/T 1429

3、52008）中）中把空气过滤器分为粗效、中效、高中效和亚高效把空气过滤器分为粗效、中效、高中效和亚高效4种类型种类型 国家标准国家标准高效空气过滤器高效空气过滤器（GB 135542008）把）把高效过滤器又分为高效过滤器又分为A类、类、B类、类、C类和类和D类类4种类型，种类型， 室内空气污染及控制室内空气污染及控制5室内空气污染及控制室内空气污染及控制6第八章第八章 有害气体净化有害气体净化室内空气污染及控制室内空气污染及控制7 吸附法去除室内空气污染物吸附法去除室内空气污染物一、两种类型的吸附一、两种类型的吸附物理吸附物理吸附 是指主要由于吸附剂与吸附质之间的分子间力的是指主要由于吸附剂

4、与吸附质之间的分子间力的作用所引起的吸附，亦称范德华吸附作用所引起的吸附，亦称范德华吸附化学吸附化学吸附 由吸附剂表面与吸附质分子间的化学键力所导致的由吸附剂表面与吸附质分子间的化学键力所导致的吸附，称为化学吸附吸附，称为化学吸附室内空气污染及控制室内空气污染及控制8二、吸附剂二、吸附剂 目前所用的吸附剂主要有：硅胶、分子筛（吸附目前所用的吸附剂主要有：硅胶、分子筛（吸附水分为主）以及活性炭（水分为主）以及活性炭（Granular Activated Carbon，简称简称GAC）、高锰酸钾浸泡过的氧化铝（）、高锰酸钾浸泡过的氧化铝（Potassium permanganate Impregn

5、ated Alumina，简称，简称PIA）和）和以上两种物质的混合物。以上两种物质的混合物。活性氧化铝活性氧化铝室内空气污染及控制室内空气污染及控制9它们的工作机理分述如下：它们的工作机理分述如下： (1)GAC：物理吸附，由于活性炭内有许多微：物理吸附，由于活性炭内有许多微 孔，比表面积很大，所以容易吸附孔，比表面积很大，所以容易吸附VOCs。 (2)PIA：化学反应，由于高锰酸钾具有强氧化化学反应，由于高锰酸钾具有强氧化 性，所以它可以氧化性，所以它可以氧化VOCs，将其分解为水和，将其分解为水和 二氧化碳。二氧化碳。 (3)GAC-PIA：物理吸附与化学反应相结合。：物理吸附与化学反应

6、相结合。室内空气污染及控制室内空气污染及控制10三、活性炭动态吸附模型的建立和应用三、活性炭动态吸附模型的建立和应用3.13.1、活性炭吸附机理、活性炭吸附机理 活性炭有颗粒活性炭及活性炭纤维两种，各自结构活性炭有颗粒活性炭及活性炭纤维两种，各自结构见下图。见下图。室内空气污染及控制室内空气污染及控制11 活性炭吸附机理主要有活性炭吸附机理主要有单分子层吸附单分子层吸附、多分子层多分子层吸附吸附和和微孔填充理论微孔填充理论。 单分子层吸附理论单分子层吸附理论是指吸附表面上只吸附一个分是指吸附表面上只吸附一个分子层就饱和，被吸附的分子间无相互作用力。吸附气子层就饱和，被吸附的分子间无相互作用力。

7、吸附气体和吸附剂之间处于动态平衡。体和吸附剂之间处于动态平衡。 多分子层吸附理论多分子层吸附理论是指吸附在固体表面上的分子是指吸附在固体表面上的分子与气相中的分子因范德华力存在仍具有吸引力，形成与气相中的分子因范德华力存在仍具有吸引力，形成所谓多分子吸附层。所谓多分子吸附层。 微孔填充理论微孔填充理论是指微孔在整个空间内都有吸附力是指微孔在整个空间内都有吸附力场，吸附质分子填充在整个空间，而不是形成吸附质场，吸附质分子填充在整个空间，而不是形成吸附质分子层。分子层。室内空气污染及控制室内空气污染及控制123.2、现有活性炭吸附模型及其不足现有活性炭吸附模型及其不足 现有的动态吸附模型主要有现有

8、的动态吸附模型主要有孔扩散模型孔扩散模型和和壁扩散壁扩散模型模型。但孔扩散模型忽略了壁扩散的影响；壁扩散模。但孔扩散模型忽略了壁扩散的影响；壁扩散模型忽略了孔扩散的作用。型忽略了孔扩散的作用。 活性炭对污染物的吸附过程是污染物首先进入微活性炭对污染物的吸附过程是污染物首先进入微孔，然后再被吸附到孔壁，仅考虑其中一个并不能完孔，然后再被吸附到孔壁，仅考虑其中一个并不能完整地描述活性炭的吸附过程，并且目前已有的模型均整地描述活性炭的吸附过程，并且目前已有的模型均没有考虑如何把模型应用在实际工程中，以及如何设没有考虑如何把模型应用在实际工程中，以及如何设计选择这种设备。计选择这种设备。室内空气污染及

9、控制室内空气污染及控制133.3、多组分吸附模型的建立和应用多组分吸附模型的建立和应用 活性炭纤维对有机物的吸附优于颗粒状活性炭，活性炭纤维对有机物的吸附优于颗粒状活性炭，故研究活性炭纤维的吸附特性，并建立相应的模型。故研究活性炭纤维的吸附特性，并建立相应的模型。模型的假定模型的假定(1) 忽略轴向扩散。忽略轴向扩散。(2) 流动是稳态流动。流动是稳态流动。(3) 反应器处于恒温下。反应器处于恒温下。(4) 流体为不可压缩型流体，物性参数不变。流体为不可压缩型流体，物性参数不变。(5) 在纤维孔内吸附质与吸附剂始终处于平衡状态。在纤维孔内吸附质与吸附剂始终处于平衡状态。(6) 吸附质在纤维孔内

10、既有孔隙扩散，也有沿着吸附吸附质在纤维孔内既有孔隙扩散，也有沿着吸附 剂的内表面扩散。剂的内表面扩散。室内空气污染及控制室内空气污染及控制14模型的建立模型的建立 如图所示为活性炭吸附器，含有污染物的气体从左如图所示为活性炭吸附器，含有污染物的气体从左侧侧x=0 x=0处进入，从右侧排出。图中处进入，从右侧排出。图中1 1表示吸附器内纤维表示吸附器内纤维之间的间隙，之间的间隙，2 2表示活性炭纤维，其半径为表示活性炭纤维，其半径为R Rf f。室内空气污染及控制室内空气污染及控制15 活性炭纤维本身由骨架和纤维内微孔组成。活性活性炭纤维本身由骨架和纤维内微孔组成。活性炭纤维制成毯子或毡子等形式

11、时，纤维间也有间隙。炭纤维制成毯子或毡子等形式时，纤维间也有间隙。空气正是穿过这些间隙从活性炭吸附器上游流到下游空气正是穿过这些间隙从活性炭吸附器上游流到下游的。空气在穿过活性碳纤维间的空隙时与纤维的微孔的。空气在穿过活性碳纤维间的空隙时与纤维的微孔间的传质导致污染物质被吸附到活性炭上。间的传质导致污染物质被吸附到活性炭上。 由此可知，污染物在活性炭吸附器中的去除由两由此可知，污染物在活性炭吸附器中的去除由两部分组成，即主流体与活性炭纤维外表面之间的对流部分组成，即主流体与活性炭纤维外表面之间的对流传质和污染物从活性炭纤维的外表面吸附到微孔中。传质和污染物从活性炭纤维的外表面吸附到微孔中。与之

12、相应的方程由两部分组成，即吸附器整体平衡方与之相应的方程由两部分组成，即吸附器整体平衡方程和活性炭纤维内部质量平衡的扩散方程。程和活性炭纤维内部质量平衡的扩散方程。室内空气污染及控制室内空气污染及控制16 (1) 吸附器沿长度方向的微分方程吸附器沿长度方向的微分方程 初始条件：初始条件： 边界条件：边界条件： 式中：式中：2(1)()aaaksfCCuh CCxR ,00,0 = aaxCC,0 = aa inxCChm室内空气污染及控制室内空气污染及控制17(2) 纤维内的微分方程纤维内的微分方程222211(1)()(1)()kakakapppkpsCCCqqqDDrrrrrr室内空气污染

13、及控制室内空气污染及控制18初始条件：初始条件：边界条件：边界条件：00, 0 rqq,00,0 kakarCC0, 0qrr0, 0kaCrr, ()(1)afakapkpsCqrRh CCDDrrka, CfksrRC室内空气污染及控制室内空气污染及控制19(3) 吸附表面平衡方程吸附表面平衡方程 当仅有一种物质时，当仅有一种物质时，q与与Cka的关系为：的关系为： 当当n种种VOCVOC共同存在，通过活性炭吸附器时，对于第共同存在，通过活性炭吸附器时，对于第 i种种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室内空气污染及控制室内空气污染及控制20模型中系数的确定模型中系数的确定纤维孔内纤维孔内VOCVOC扩散系数扩散系数D Dk k的确定的确定 纤维孔内纤维孔内VOCVOC扩散系数用下式计算：扩散系数用下式计算：(2)(2)表面扩散系数表面扩散系数D Ds s的确定的确定 有多种理论解释表面扩散系数，但通过理论计有多种理论解释表面扩散系数，但通过理论计算其值很困难。目前最常用方法是由实验确定其算其值很困难。目前最常用方法是由实验确定其值。值。2pakDDk室内空气污染及控制室内空气污染及控制21(3) 纤维表面对流传质系数纤维表面对流传质系数hm的确定的确定 纤维表面对流传质系数可

15、通过类比方法得到：纤维表面对流传质系数可通过类比方法得到：0.40.370.75ReShScfahdShDaScDRefdu室内空气污染及控制室内空气污染及控制22模型的验证模型的验证 本实验装置本实验装置室内空气污染及控制室内空气污染及控制23实验所选用的仪器及其精度实验所选用的仪器及其精度室内空气污染及控制室内空气污染及控制24室内空气污染及控制室内空气污染及控制25活性炭纤维：活性炭纤维：实验材料选用鞍山活性炭纤维公司生产实验材料选用鞍山活性炭纤维公司生产的粘胶基活性炭，其纤维半径为的粘胶基活性炭，其纤维半径为13 10-6m ，密度为，密度为87kg/m87kg/m3 3，孔隙率为，孔

16、隙率为 0.095。实验材料处理实验材料处理：实验前，把活性炭纤维放置在：实验前，把活性炭纤维放置在120120恒温箱中恒温箱中2424小时，然后自然冷却干燥待用。实验时吸小时，然后自然冷却干燥待用。实验时吸附床直径附床直径(db)为为6 10-3m，床孔隙率，床孔隙率0.0950.095。室内空气污染及控制室内空气污染及控制26用甲苯和苯验证污染源为单种物质时模型的正确性，用甲苯和苯验证污染源为单种物质时模型的正确性，模型计算值与实验值比较如下：模型计算值与实验值比较如下：室内空气污染及控制室内空气污染及控制27所建模型能够很好的描述活性炭对单组分所建模型能够很好的描述活性炭对单组分VOCV

17、OC的动态吸附特性的动态吸附特性 室内空气污染及控制室内空气污染及控制28 对于多组分的验证，以甲苯和苯为实验物质，进对于多组分的验证，以甲苯和苯为实验物质，进口浓度均为口浓度均为17.36mg/m3，活性炭厚度为，活性炭厚度为8mm. 实验结实验结果和理论值对比如下：果和理论值对比如下：所建模型能够很好的描述活性炭对多组分的动态吸附特性。所建模型能够很好的描述活性炭对多组分的动态吸附特性。 室内空气污染及控制室内空气污染及控制293.43.4、活性炭吸附器的设计选型方法活性炭吸附器的设计选型方法 在实际工程中，活性炭吸附器的效率随着使用时在实际工程中，活性炭吸附器的效率随着使用时间的延长而减

18、小，其出口浓度则随着使用时间的延长间的延长而减小，其出口浓度则随着使用时间的延长而升高，当出口浓度上升到室内浓度时，活性炭吸附而升高，当出口浓度上升到室内浓度时，活性炭吸附器完全失效。器完全失效。 选择活性炭吸附器时，应考虑两个基本要求：选择活性炭吸附器时，应考虑两个基本要求：(1)(1)应考虑在可能的最大回风量情况下，活性炭吸附应考虑在可能的最大回风量情况下，活性炭吸附器允许的最高浓度，即要保证活性炭吸附器在最低效器允许的最高浓度，即要保证活性炭吸附器在最低效率时，能够去除房间内的率时，能够去除房间内的VOCVOC产生率。产生率。(2)(2)活性炭吸附器在使用期内应能吸附房间内总的活性炭吸附

19、器在使用期内应能吸附房间内总的VOCVOC产生量。产生量。室内空气污染及控制室内空气污染及控制30给出活性炭吸附器的设计选型方法如下：给出活性炭吸附器的设计选型方法如下：(1)确定房间内确定房间内VOC的产生率的产生率Rt；(2)根据房间中根据房间中VOC的产生率的产生率Rt、房间的设定浓度、房间的设定浓度Cset及及经过吸附器的风量经过吸附器的风量Qad计算经过吸附器后允许的最高浓计算经过吸附器后允许的最高浓度度Csup：(3)确定活性炭吸附器的最低效率，即失效时的效率确定活性炭吸附器的最低效率，即失效时的效率:suptsetadRCCQsup1setCC 室内空气污染及控制室内空气污染及控

20、制31(4)确定吸附器的失效时间确定吸附器的失效时间 ；(5)计算吸附器在使用期内对计算吸附器在使用期内对VOC的吸附总量的吸附总量W:(6)从效率从效率出发，初步选定进入吸附器的流速出发，初步选定进入吸附器的流速uad、吸、吸附器厚度附器厚度l，确定活性炭吸附器达到效率，确定活性炭吸附器达到效率时单位重量时单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室内空气污染及控制室内空气污染及控制32(8)根据吸附器的重量根据吸附器的重量Gad、吸附器的厚度、吸附器的厚度l确定空气流确定空气流过吸附器的面积过吸附器的面积A

21、；(9) 根据吸附器的面积根据吸附器的面积A及流速及流速uad校核风量。如果差校核风量。如果差别不大，则设计选型过程完成；否则从第别不大，则设计选型过程完成；否则从第6步开始重步开始重新计算直到完全满足为止。新计算直到完全满足为止。 建立了描述建立了描述多组份活性炭动态吸附特性的模型多组份活性炭动态吸附特性的模型，弄清了活，弄清了活性炭吸附性炭吸附VOCVOC动态特性的影响因素及其影响敏感性动态特性的影响因素及其影响敏感性，模型分析，模型分析结果与实验结果吻合，证明了模型的正确性。结果与实验结果吻合，证明了模型的正确性。分析了单组分分析了单组分吸附和多组分吸附的不同特点吸附和多组分吸附的不同特点，给出了在，给出了在实际工程中活性炭实际工程中活性炭吸附器的设计和选型方法。吸附器的设计和选型方法。 室内空气污染及控制室内空气污染及控制33室内空气污染及控制室内空气污染及控制34