室内空气(byLJ)-11

室内空气污染及控制1第七讲室内空气污染治理—空气净化技术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室内空气污染及控制3第一节室内空气净化技术空气过滤固体吸附去除空气中的固体颗粒物吸附空气中的大部分气体污染物光催化技术降解室内空气中的VOCs技术成熟较成熟研发阶段室内空气污染及控制4第二节吸附法去除室内空气污染物一、两种类型的吸附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作用所引起的吸附，亦称范德华吸附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吸附，称为化学吸附室内空气污染及控制5二、吸附剂目前所用的吸附剂主要有：粒状活性炭（GranularActivatedCarbon，简称GAC）、高锰酸钾浸泡过的氧化铝（PotassiumpermanganateImpregnatedAlumina，简称PIA）和以上两种物质的混合物。室内空气污染及控制6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性，所以它可以氧化VOCs，将其分解为水和二氧化碳。(3)GAC-PIA：物理吸附与化学反应相结合。室内空气污染及控制7三、活性炭动态吸附模型的建立和应用3.1、活性炭吸附机理活性炭有颗粒活性炭及活性炭纤维两种，各自结构见下图。室内空气污染及控制8活性炭吸附机理主要有单分子层吸附、多分子层吸附和微孔填充理论。单分子层吸附理论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。吸附气体和吸附剂之间处于动态平衡。多分子层吸附理论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，形成所谓多分子吸附层。微孔填充理论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，而不是形成吸附质分子层。室内空气污染及控制93.2、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孔扩散模型和壁扩散模型。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。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，以及如何设计选择这种设备。室内空气污染及控制103.3、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，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(1)忽略轴向扩散。(2)流动是稳态流动。(3)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。(5)在纤维孔内吸附质与吸附剂始终处于平衡状态。(6)吸附质在纤维孔内既有孔隙扩散，也有沿着吸附剂的内表面扩散。室内空气污染及控制11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侧x=0处进入，从右侧排出。图中1表示吸附器内纤维之间的间隙，2表示活性炭纤维，其半径为Rf。室内空气污染及控制12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。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传质和污染物从活性炭纤维的外表面吸附到微孔中。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。室内空气污染及控制13(1)吸附器沿长度方向的微分方程初始条件：边界条件：式中：2(1)()aaaksfCCuhCCxR,00,0=aaxCC,0=aainxCC室内空气污染及控制14(2)纤维内的微分方程222211(1)()(1)()kakakapppkpsCCCqqqDDrrrrrr室内空气污染及控制15初始条件：边界条件：00,0rqq,00,0kakarCC0,0qrr0,0kaCrr,()(1)afakapkpsCqrRhCCDDrrka,CfksrRC室内空气污染及控制16(3)吸附表面平衡方程当仅有一种物质时，q与Cka的关系为：当n种VOC共同存在，通过活性炭吸附器时，对于第i种VOC，其吸附表面平衡方程如下：max1kakaqKCqKCmax,,,1iikaiijkajjqKCqKC室内空气污染及控制17模型中系数的确定(1)纤维孔内VOC扩散系数Dk的确定纤维孔内VOC扩散系数用下式计算：(2)表面扩散系数Ds的确定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值。2pakDDk室内空气污染及控制18(3)纤维表面对流传质系数h的确定纤维表面对流传质系数可通过类比方法得到：0.40.370.75ReShScfahdShDaScDRefdu室内空气污染及控制19模型的验证本实验装置室内空气污染及控制20实验所选用的仪器及其精度室内空气污染及控制21室内空气污染及控制22活性炭纤维：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13×10-6m，密度为87kg/m3，孔隙率为0.095。实验材料处理：实验前，把活性炭纤维放置在120℃恒温箱中24小时，然后自然冷却干燥待用。实验时吸附床直径(db)为6×10-3m，床孔隙率0.095。室内空气污染及控制23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：室内空气污染及控制24所建模型能够很好的描述活性炭对单组分VOC的动态吸附特性室内空气污染及控制25对于多组分的验证，以甲苯和苯为实验物质，进口浓度均为17.36mg/m3，活性炭厚度为8mm.实验结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。室内空气污染及控制263.4、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，活性炭吸附器完全失效。选择活性炭吸附器时，应考虑两个基本要求：(1)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率时，能够去除房间内的VOC产生率。(2)活性炭吸附器在使用期内应能吸附房间内总的VOC产生量。室内空气污染及控制27给出活性炭吸附器的设计选型方法如下：(1)确定房间内VOC的产生率Rt；(2)根据房间中VOC的产生率Rt、房间的设定浓度Cset及经过吸附器的风量Qad计算经过吸附器后允许的最高浓度Csup：(3)确定活性炭吸附器的最低效率，即失效时的效率η:suptsetadRCCQsup1setCC室内空气污染及控制28(4)确定吸附器的失效时间；(5)计算吸附器在使用期内对VOC的吸附总量W:(6)从效率η出发，初步选定进入吸附器的流速uad、吸附器厚度l，确定活性炭吸附器达到效率η时单位重量的吸附量wad；(7)得到所需要使用的活性炭的重量Gad；0WRdtadadWGw室内空气污染及控制29(8)根据吸附器的重量Gad、吸附器的厚度l确定空气流过吸附器的面积A；(9)根据吸附器的面积A及流速uad校核风量。如果差别不大，则设计选型过程完成；否则从第6步开始重新计算直到完全满足为止。建立了描述多组份活性炭动态吸附特性的模型，弄清了活性炭吸附VOC动态特性的影响因素及其影响敏感性，模型分析结果与实验结果吻合，证明了模型的正确性。分析了单组分吸附和多组分吸附的不同特点，给出了在实际工程中活性炭吸附器的设计和选型方法。室内空气污染及控制30室内空气污染及控制31室内空气污染及控制32何鲁敏：1951年出生，工学硕士。现任北京亚都室内环保科技股份有限公司董事长。1973年-1977年就读于清华大学建筑系。1977年-1979年任职于航空部第四设计院，为助理工程师。1979年-1982年就读于清华大学热能系，硕士研究生毕业。1982年-1985年任职于中国建筑科学研究院空调所。室内空气污染及控制33亚都空气净化器原理室内空气污染及控制34亚都空气净化器之一室内空气污染及控制35亚都空气净化器之二室内空气污染及控制36亚都空气净化器之三室内空气污染及控制37吸附法存在的不足之处：GAC和PIA对VOCs的选择吸收性很强，不能消除所有的VOCs。GAC高效吸收甲苯，但低效吸收甲醛，而且需要再生或更换滤芯。虽然PIA与GAC有较强的互补性，其混合物虽克服了上述缺点，但它也需要再生，难以连续工作。