【正文】 (3)負離子發(fā)生過程 : 負離子的作用 :① 調節(jié)了空氣中的離子平衡 。 高濃度的負離子同空氣中的有毒化學物質和病菌懸浮顆粒物相碰撞使其帶負電 。 這種積聚過程一直持續(xù)到顆粒物的重量足以使它降落在地面為止 。 調節(jié)空氣中的離子平衡 ,使負離子濃度保持在適當的水平 ,這對改善空氣品質有著重要的意義 。 深入研究非平衡等離子體降解有機物的機理及其應用是一個重要的研究方向 。 ① 空腔式反應器 根據空腔式反應器中的電極的結構形式 ,分為 ① 線 筒式 ,② 線 板式 ,如圖 。 ② 填充式反應器 這種反應器是用不同的絕緣介質為填充物的極電反應器 ,如圖 。 當對反應器施 室內污染控制與潔凈技術 非平衡等離子體凈化 圖 空腔式等離子體反應器 加高脈沖或交變電壓時 ,顆粒會被部分極化 ,在顆粒與顆粒的接觸點附近將形成強電場 ,導致該處附近的氣體發(fā)生局部放電而形成非平衡等離子體空間 ,當被處理氣體通過相對較窄的等離子體區(qū)時很容易被氧化降解 。 室內污染控制與潔凈技術 非平衡等離子體凈化 圖 填充式等離子體反應器 空腔式反應器與填充式反應器性能的對比，其結果如表 。 室內污染控制與潔凈技術 非平衡等離子體凈化 影響 非平衡等離子體凈化主要因素 研究表明 ,影響脈沖電暈放電技術凈化效率的因素主要有脈沖電源電參數 、 脈沖電源與反應器的匹配 、 電暈電極的形狀及材料 、 脈沖極性 、 空氣濕度 、 電場強度 、 氣體流速 、 初始濃度 、 停留時間等 。 ② 凈化效率隨脈沖峰值電壓的增大而提高 。 ④ 凈化效率隨脈沖上升時間的增大而降低 。 當電容值大于最佳值時 ,脈沖能量相對較大 ,但脈沖沿較寬 ,凈化效率降低 。 但是各種電源電參數的變化是相互制約的 ,并且各種電源電參數對凈化效率的影響程度大小不一 。 室內污染控制與潔凈技術 非平衡等離子體凈化 從表 ,① 當脈沖電壓一定時 ,電暈線直徑較細的反應器中甲苯的凈化效率較高 ,且以絞線的凈化效率最高 。② 當脈沖電壓峰值升高時 ,不同電暈極結構的凈化甲苯效率逐漸接近 ,說明此時電暈極的形狀對反應器的影響減小 。 (2)反應器直徑的影響 如圖 。② 而在直徑較大的反應器中則一直呈上升趨勢 。④ 在峰值電壓相同時 ,反應器的直徑越大 ,凈化甲苯效率越低 。反應器直徑太大時 ,不僅甲苯的凈化效率偏低 ,且所需使用的峰值電壓過高 ,對電源及運行的安全性提出了較高的要求 。 圖 峰值電壓與反應器直徑對凈化甲苯效率的影響圖 圖 峰值電壓與外筒材料對凈化甲苯效率的影響圖 室內污染控制與潔凈技術 非平衡等離子體凈化 在峰值電壓較低時 ,陶瓷管凈化效率比金屬管略低 ,峰值電壓為 24kV時約低 5%, 當電壓高于 30kV后 ,陶瓷管凈化效率逐漸高于金屬管 ,在 48kV時高出近 20％ 。 從玻璃管與陶瓷管反應器的比較可以看出 ,對甲苯的凈化效果卻不如用陶瓷管好 。 陶瓷管為疏松結構 ,其多孔性的表面對氣體中甲苯分子的吸附量較大 ,而吸附態(tài)的甲苯分子可與活性粒子繼續(xù)反應 ,相應地增強了甲苯的凈化效率 。 室內污染控制與潔凈技術 非平衡等離子體凈化 (4)反應器長度的影響 當氣體流量一定時 ,考察反應器長度對凈化甲苯效率的影響 ,如圖 。不過 ,當反應器長度增加到一定程度后 ,凈化效率隨長度增加變化緩慢 。 隨著電暈極間距的縮小 ,甲苯的凈化效率隨之上升 。 然而 ,當電暈極間距減小到 l0mm時 ,反應器的效果卻比間距為20mm的反應器差 。 室內污染控制與潔凈技術 非平衡等離子體凈化 電暈線間距 /mm 電暈線 /根 電壓峰值 /kv 凈化甲苯效率 /% 10 13 42 20 7 42 40 4 42 60 3 42 表 線 板式反應器的電暈線間距對凈化甲苯效率的影響 (6)放電間隙的影響 見表 。 對于間隙為 l0mm的反應器 ,當峰值電壓達 36kV時 ,凈化甲苯效率約為67%, 峰值電壓再升高時反應器出現火花放電 ,凈化甲苯效率也因此而下降 。 這種匹配關系在電參數上表現為電源電壓 、 電流和能量的波形 。 室內污染控制與潔凈技術 非平衡等離子體凈化 放電間隙 /mm 氣體體積流量 /(ml/min) 不同峰值電壓甲苯的凈化效率 /% 30kv 36kv 42kv 48kv 10 330 15 500 20 670 表 反應器放電間隙對凈化甲苯效率的影響 3）氣體特性的影響 (1)初始濃度的影響 污染物初始濃度是影響非平衡等離子體凈化揮發(fā)性有機物效果的一個重要因素。 圖 初始質量濃度對凈化甲苯效率的影響 室內污染控制與潔凈技術 非平衡等離子體凈化 (2)氣體流量 (停留時間 )的影響 從圖 :隨著氣體停留時間的增大 ,VOCs的去除率增大 ,從理論上來說 ,氣體在反應器中停留時間越長 ,則氣體分子與高能電子 、 氧等離子體 、 臭氧等活性粒子碰撞的機會就越大 ,因此停留時間也是影 響處理效果的一個重要因 素 ,所以設計一個合適的反 應容器是提高去除率的一 個重要因素 ,選擇合適的氣 體在反應器內的停留時間 及流速可以提高去除率和 能量利用率 。 由于 H2O受高能電子碰撞 后產生的 OH基與有 機物反應是去除有 機物的重要機制之 一 ,因此氣流中水 汽含量的增加有利 于增強反應過程 。 該技術具有工藝簡單 、 應用范圍廣 、 不產生二次污染等優(yōu)點 。 目前 ,該技術主要用于燃煤煙氣脫硫脫硝及揮發(fā)性廢氣處理等領域 。 目前 ,從事低溫等離子體去除室內污染物這方面研究主要取得以下成果： ①放電形式及反應器結構； ②影響氣體凈化效率的因素。通過不斷的技術創(chuàng)新和開發(fā) ,尋找開發(fā)能與催化劑進行最佳配置的等離子體反應器、合適催化劑以及研究放電對消除過程中的中間產物或最終產物的影響 ,使用該技術凈化室內空氣污染物將具有非常樂觀的前景。 一部分正 、 負空氣離子將周圍 10～ 15個中性氣體分子吸附在一起形成輕空氣離子 。 中 、重空氣離子多為灰塵 、 煙霧等結合而成的 。 中離子的大小及活動性介于輕、 重離子之間 。 空氣離子的帶電量為 1010V。 由于空氣離子荷電的極性不同 ,對人體的生理效應不同 ,所以在實際應用上還必須分別測定正 、 負離子的濃度 。 室內污染控制與潔凈技術 負離子凈化 通常在大氣低層 (接近地面 )中 ,1ml空氣含離子 500～ 3000個 。 由于空氣負離子受地面排斥 ,而正離子受地面吸引 ,所以在近地面層大氣中 ,正離子多于負離子 ,輕離子中離子的數量和單級系數可因各種條件而發(fā)生變化 。 Deleanu測定室外較清潔空氣中的正 、 負輕離子濃度為： 65 1 18 7, 56 6 13 9 , 1. 15n n q??? ? ? ? ? 而在關閉的室內空氣 (即使人均占有空間達到 75～ 100m3)中 ,則輕離子濃度顯著降低 (n+=91177。 25),而單極系數升高 (q=)。 室內污染控制與潔凈技術 負離子凈化 空氣離子與人體健康效應 空氣的清潔度與空氣中負離子的濃度密切相關 。 雷電過后 ,產生大量的負離子 ,使空氣格外清新 。 相反 ,空氣中過多的正離子會引起失眠 、頭疼 、 心煩 、 血壓升高等反應 。 空氣中的負離子不僅能使空氣格外新鮮 ,還可以殺菌和消除異味 。 另外 ,負氧離子在幫助人體恢復其正常的平衡 ,促進人體的生長發(fā)育和防治疾病方面還具有許多積極作用 : 室內污染控制與潔凈技術 負離子凈化 ① 改善肺器官功能 ,改善呼吸系統絨毛的清潔工作效率 。 ② 降低血壓 ,增強心肌功能 。 ③ 具有較高的活性 ,有很強的氧化還原作用 。 ⑤ 負離子還對于呼吸道 、 支氣管疾病 、 慢性鼻炎 、 鼻竇炎 、 偏頭痛 、 更年期綜合癥 、 慢性皮膚病等具有顯著的輔助治療作用 ,使身體各器官的功能更為有效 ,且無任何副作用 。 室內污染控制與潔凈技術 負離子凈化 空氣負離子的產生技術 由于空氣負離子對于改善人體健康和室內空氣環(huán)境方面的積極作用 ,空氣負離子產生技術便成為人們?yōu)橹Φ姆较?。 將充分高的電壓施加于一對電極上 ,其中高壓負極連接在一根極細的針狀導線或具有很小曲率半徑的其他導電體上 ,在放電極附近的強電極區(qū)域內 ,氣體中原有的少量自由電子被加速產生 ,并進一步碰撞電離。 而在電暈外區(qū) ,則形成大量的氣體負離子 。 因此 ,在一般情況下不宜使用 。 水滴帶電是通過外加力剝離水滴形成水霧 (細小水霧 ),水霧從水滴表面脫離時帶上負電荷 。 室內污染控制與潔凈技術 負離子凈化 空氣負離子的凈化效應 空氣負離子是借助凝結和吸附作用 ,附著在固相或液相污染物微粒上 ,從而形成大離子并沉降下來 ,從而降低空氣污染物濃度 ,起到凈化空氣的作用 。 故在此環(huán)境下 ,需要人為產生負離子來補償不斷被污染物消耗掉的負離子 :一方面能維持正負離子的平衡 。 圖 關系。而懸浮的重離子在降落過程中 ,依然附著在室內家具，電視機屏幕、墻壁等物品上 ,當人活動時又會使其再次飛揚到空氣中 ,造成室內空氣的污染 ,所以負離子發(fā)生器只是附著灰塵 ,并不能清除空氣污染物或將其排出室外。 100多年來 ， 各國在開發(fā)和利用臭氧技術方面作了大量研究 ， 臭氧凈化技術在室內環(huán)境污染治理中已被大量使用 。 臭氧是由 1個氧分子 (O2)攜帶 1個氧原子 (O)組成 , ： ①常溫下是呈淡藍色、帶草腥味氣體 。 ③臭氧在水中的溶解度是氧的 10～ 15倍 ,但穩(wěn)定性較差 。 O O??： 表 。常用的原料氣體有氧氣、空氣 ,以及含有氧、氮、二氧化碳、氬等其他稀釋氣體的循環(huán)氣體。 同時原子氧和電子也同臭氧反應形成氧氣 : 322O O O??32e O O O e??? ? ? ?室內污染控制與潔凈技術 臭氧凈化 在無聲放電法中 ,臭氧發(fā)生器的產量比較大 ,可以大量地工業(yè)化生產。 這種方法存在著設備龐大 ,投資費用高 ,且移動不便的缺點 ,同時產生的臭氧體積分數也只有 1%～ 6%。 紫外線輻射法具有重現性好 ,對濕度不敏感以及便于通過對燈功率的線形控制來調節(jié)臭氧的產量等優(yōu)點 。 目前 ,最流行的電化學產生臭氧技術是采用固體聚合物電解質 (SPE)膜復合電極電解水產生臭氧 。但目前的電化學法臭氧產生裝置依然還存在較多的缺陷 :β 型二氧化鉛在高電壓和酸性條件下易重結晶 ,造成陽極催化層 β 型二氧化鉛催化效率不穩(wěn)定 ?，F有的膜電極催化層制備工藝不夠穩(wěn)定 ,造成臭氧發(fā)生裝置的臭氧產量波動較大 。 ②臭氧在污染治理、消毒、滅菌過程中 ,還原成氧氣和水 ,故在環(huán)境中不存在殘留物。 ③臭氧在室內空氣凈化中的應用是將臭氧直接與室內混合或將臭氧直接釋放到室內空氣中 ,利用臭氧極強的氧化作用 ,達到滅菌消毒的目的。 ④臭氧除了具有滅菌消毒作用外 ,其強氧化性可快速分解帶有臭味及其他氣味的有機或無機物質 ,可迅速消除室內各種有機揮發(fā)性化合物的毒害。 室內污染控制與潔凈技術 臭氧凈化 2)臭氧技術應用中的注意事項 ①放置在高處 因為臭氧密度比空氣大 ,將臭氧發(fā)生器放置在高處有利于臭氧的下沉散播。在相對濕度低于 30％時效果較差 ,一般使用中 ,特別是無菌室使用應注意這一點。 ③控制臭氧濃度 掌握好時間和濃度是充分發(fā)揮空氣型臭氧發(fā)生器效果的關鍵。如果用于室內滅菌消毒則一般控制濃度在 ～ mg／ m3。這些濃度是指整個空間的散播濃度 ,而不是局部濃度。 短期的臭氧供應即使?jié)舛雀?,也會收效不佳 。 有研究表明 ,臭氧可在 5min內殺死 99％ 以上的繁殖體 ,并可以除臭 。 但是由于臭氧的強氧化性 ,其濃度過高時就會危害人體健康 ,引起上呼吸道的炎癥病變 ,削弱上呼吸道的抵抗力 。 當臭氧濃度達到 mg／ m3時 ,短時間接觸即可出現呼吸道刺激癥狀 、 咳嗽 、 頭疼 。 我國 《 室內空氣中臭氧衛(wèi)生標準 》 (GB/T18262—1997)規(guī)定 ,室內臭氧濃度限值為 ／ m3(1h平均最高容許濃度