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        ? ? 過濾器,你了解多少?(一)

        --過濾器是如何工作的

        ? ? 空氣中的塵埃粒子,或隨氣流運動,或作無規則運動,或受某種場力的作用而移動。當運動中的粒子撞到障礙物,粒子與障礙物表面間存在的范德瓦爾斯力使他們粘在一起。?

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        ? ? 范德瓦爾斯力也稱“范德華力”,是指兩個物體接觸時,表面間存在一種微小的引力,它不是人們熟悉的萬有引力,不是磁力,也不是靜電力,它是一種分子與分子、分子團與分子團之間的力。

        ? ? 從微觀上講,單個原子或分子中帶負電的電子云有個中心,帶正電的原子核也有個中心,當這兩個中心不重合,就產生電偶矩。單個偶極可能瞬息萬變,也可能相對穩定,但多個偶極湊在一起,就會對周圍物體產生引力。這種引力很微弱,其量值比化學鍵小1~2個數量級。它的作用區間也很窄,距離大了引力消失;距離太近(<7?)時電子云重疊,相鄰分子又互相排斥。

        ? ? 過濾器中的過濾介質如迷宮,置身其中的粉塵比平時有更多機會撞擊障礙物,并因過濾介質中無處不在的范德瓦爾斯力而留下來。在特定情況下,靜電力也參與捕捉粉塵的過程。如果過濾介質帶靜電,過濾效果會明顯改善,其原因之一是靜電力使粉塵改變軌跡而撞擊障礙物,之二是靜電力比范德瓦爾斯力更容易將粉塵粘住。粉塵也可以被人為地加上靜電,使他們容易被其他物體吸附,例如靜電過濾器和電除塵器。

        ? ?纖維過濾材料既有效地攔截塵埃粒子,又不對氣流形成過大阻力。無規則排列的纖維材料符合這些要求。雜亂交織的纖維形成對粉塵的無數道屏障,纖維間寬闊的空間允許氣流順利通過(見圖)。 ?

        ? ? ?油霧過濾器案例

        過濾材料與粉塵的電鏡照片

        ?慣性攔截

        ? ?大粒子在氣流中作慣性運動。氣流遇障繞行,粒子因慣性偏離氣流方向并撞到障礙物上,見圖。粒子越大,慣性力越強,撞擊障礙物的可能性越大,因此過濾效果越好。

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        粉塵撞擊過濾材料示意圖

        擴散攔截

        ? ?小粒子因無規則的布朗運動撞擊障礙物(見上圖)。對無規則運動作數學處理時使用傳質學中的“擴散”理論,所以有擴散原理一說。粒子越小,無規則運動越劇烈,撞擊障礙物的機會越多,因此過濾效果越好。

        效率隨塵粒大小而異?

        過濾效率與粒徑的關系

        ? ?小于0.1 μm(微米)的粒子布朗運動劇烈,主要作擴散運動,粒子越小,撞擊過濾介質的幾率越大,因此過濾效率越高;大于0.3 μm的粒子主要作慣性運動,粒子越大,效率越高。 ?

        ? ?在慣性和擴散都不顯著的0.1 μm~0.3 μm之間,效率有一處最低點,該粒徑大小的粉塵最難過濾。

        粉塵粒度分布?

        ? ?在自然界,微小粉塵因布朗運動相互碰撞而聚成大顆粒,大顆粒粉塵又因重力而沉降,碰撞不那么頻繁、又不容易沉降的粉塵相對穩定地懸浮在大氣中。 ?

        ? ?室外空氣中,按顆粒數量計99.9%的粉塵粒徑小于1 μm;若按重量計,占總重量50%~95%的粉塵小于10 μm。?

        ? ?現代,人類活動揚起大量灰塵,如燃燒、工業污染、建筑活動、汽車等等。與以前相比,我們遇到的粉塵,數量多了,粒徑小了,對人體造成的危害也增大了。 ?

        ? ?空氣中的氮氧化物和碳氫化合物,遇到陽光照射,產生光化學反應,氣體分子變成顆粒物。反應多了,就形成“霾”。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

        典型顆粒物尺度

        ? ?美國斯坦福研究所(Stanford Research Institute)的研究人員曾勾畫了一張粉塵顆粒度比較圖,幾十年來,那張圖被廣泛引用,斯坦福研究所也在不斷地修改、補充那張圖。下圖就是那張著名的粉塵顆粒度比較圖。

        典型顆粒物尺度

        可吸入顆粒物及國家標準?

        ? ?人的鼻子是個“過濾器”,那里的鼻毛、分泌物和黏膜可以將大多數大于10 μm的粉塵過濾掉,只有小于10 μm的顆粒物才可能進入氣管和肺部。因此,官方將“可吸入顆粒物”定義為“空氣中≤10 μm的顆粒物”,標為PM10??諝庵械娜糠蹓m量為“總懸浮顆粒物”,去掉其中10 μm以上的粉塵,剩下的就是“可吸入顆粒物”。另有人說≤2.5 μm的顆粒物更容易進入肺部,對人更有害,于是將可吸入顆粒物定義為≤2.5 μm的物質,標為PM2.5。 ?對于室外環境,國家標準(GB3095-1996 環境空氣質量標準)規定的總懸浮顆粒物和可吸入顆粒物見表。國家標準(GB/T18883-2002 室內空氣質量標準)規定,室內環境中可吸入顆粒物PM10的濃度應≤0.15 mg/m3。

        大氣平均顆粒物與空氣質量級別

        空氣質量級別 I II III
        總懸浮顆粒物,mg/m3 年平均? 0.08 0.20 0.30
        日平均 0.12 0.30 0.50
        可吸入顆粒物PM10,mg/m3 年平均 0.04 0.10 0.15
        日平均 0.05 0.15 0.25
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