空氣凈化裝置對污染物凈化試驗的探討

周曉東，郭晶晶，王 京，魏 鑫

（山西新華防化裝備研究院有限公司，山西 太原 030008）

0 引言

隨著凈化技術(shù)的進(jìn)步，有限密閉空間環(huán)境污染物凈化效率的研究也進(jìn)一步深入，根據(jù)密閉環(huán)境室應(yīng)用領(lǐng)域的不同，可能含有的主要污染物大約數(shù)十種[1]，這些污染物大多是微量或者痕量存在的，若人員長期接觸也會危害身體健康[2]。目前主要利用空氣凈化裝置凈化密閉空間環(huán)境中的污染物，其對污染物凈化試驗是在模擬受污染的室內(nèi)環(huán)境的試驗工裝中開展，根據(jù)實(shí)際使用工況，需建立滿足要求的環(huán)境溫濕度、污染物濃度的試驗條件，在保證試驗工裝內(nèi)的環(huán)境氛圍的均勻控制后，開啟空氣凈化裝置進(jìn)行主動凈化試驗，根據(jù)污染物濃度測試結(jié)果判斷凈化效果。對密閉空間污染物的相關(guān)研究，胡俊[3]、丁萌萌[4]、謝天[5]等以甲醛為目標(biāo)污染物，對空氣凈化產(chǎn)品在有限密閉空間的凈化效果進(jìn)行了驗證，考察了不同的凈化技術(shù)、不同空氣凈化器過濾效率的差異等；鄧高峰[6]研究了不同類型的空氣凈化器，在借鑒同類檢測標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，提出了更加科學(xué)合理的檢測體系，為現(xiàn)有評價標(biāo)準(zhǔn)的完善提供了理論和數(shù)據(jù)支持；趙亢[7]提出3 種室內(nèi)空氣凈化器凈化效果理論方法，并詳細(xì)分析了影響因素。

我國關(guān)于空氣凈化裝置凈化性能試驗的標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T 18801—2015 空氣凈化器[8]、GB/T 18883—2002 室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[9]及JG/T 294—2010 空氣凈化器污染物凈化性能測試[10]，美國標(biāo)準(zhǔn)有ANSI/AHAM AC-1—2006 便攜式家用電器房間空氣凈化器性能的測量方法[11]，凈化試驗過程可依據(jù)或參考上述標(biāo)準(zhǔn)。因為技術(shù)人員對相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)描述的理解有誤，導(dǎo)致對潔凈空氣量、凈化效率等各項參數(shù)測試結(jié)果缺乏精準(zhǔn)的判斷，從而存在空氣凈化裝置對微量污染物凈化試驗評價的差異，造成分歧。本文以某型空氣凈化裝置對污染物凈化試驗為基礎(chǔ)，建立了多組分污染物對密閉環(huán)境下凈化試驗的評價方式，對開展凈化產(chǎn)品的相關(guān)密閉環(huán)境凈化性能試驗起到一定借鑒作用。

1 原理

在密閉環(huán)境中，模擬實(shí)際工況下的環(huán)境氛圍，即控制一定溫濕度條件、布撒一定濃度的目標(biāo)污染物，開啟空氣凈化器裝置風(fēng)機(jī)，在一定時間內(nèi)，檢測目標(biāo)污染物濃度的變化，以凈化效率指標(biāo)判斷空氣凈化裝置對密閉空間環(huán)境污染物的凈化能力。凈化效率為E=ηS-η，其中，ηs為總衰減率，%，η 為自衰減率，%。

2 試驗前準(zhǔn)備

2.1 測試點(diǎn)的選擇

污染物在密閉測試工裝內(nèi)自然揮發(fā)形成氣溶膠，由于氣溶膠自身的沉積、附聚等現(xiàn)象的發(fā)生，在長時間的試驗過程中會引起污染物濃度有所不同，測試點(diǎn)的選擇位置會影響試驗結(jié)果，應(yīng)避開空氣凈化裝置的中心位置、工裝內(nèi)壁位置，高度選擇人體呼吸區(qū)附近，選擇不同位置的濃度，增加試驗數(shù)據(jù)的可靠性。

2.2 污染物發(fā)生方式及濃度確定

為保證試驗效果，目標(biāo)污染物需要同時發(fā)生同時檢測，高沸點(diǎn)的液體目標(biāo)污染物利用自研的發(fā)生器發(fā)生，低沸點(diǎn)易揮發(fā)的目標(biāo)污染物利用鋼瓶氣發(fā)生，利用工裝自身的功能實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)環(huán)境氛圍的均勻控制，同時加速目標(biāo)污染物的釋放速率，在短時間內(nèi)快速得到試驗所需濃度指標(biāo)要求。

目標(biāo)污染物濃度變化程度大小是考核空氣凈化裝置凈化效果高低的重要參考依據(jù)，在試驗過程中會隨著空氣凈化裝置的工作而不斷降低。首先，目標(biāo)污染物濃度的檢測受限于檢測條件、試驗時間等約束，無法在實(shí)際的微量濃度下實(shí)現(xiàn)，按照GB/T 18883 中規(guī)定的濃度限值的10 倍±2 倍的加速試驗。但是對于一些專用的空氣凈化器產(chǎn)品，這樣的倍數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要供求兩方協(xié)商，確定濃度擴(kuò)大倍數(shù)，科學(xué)地進(jìn)行凈化試驗評價。

2.3 試驗環(huán)境溫濕度的控制

凈化試驗評價過程中，測試工裝處于封閉狀態(tài)，工裝內(nèi)的濕度不會與外界發(fā)生濕度交換，但是溫度會通過工裝的金屬層進(jìn)行溫度傳遞，進(jìn)而影響濕度控制，避免因外界溫度變化較大影響工裝內(nèi)溫濕度波動，通常采用調(diào)控工裝外隔間溫度的間接控制方式，保持試驗在恒溫恒濕條件下進(jìn)行，有效提高了試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.4 檢測方法

凈化試驗過程需能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定、快速地檢測目標(biāo)污染物的濃度，作為凈化效果的關(guān)鍵參數(shù)直接影響空氣凈化裝置性能，對檢測使用的所有儀器設(shè)備均經(jīng)過檢定或校準(zhǔn)。丙烯醛、苯利用氣相色譜儀檢測，硫化氫利用高精度的硫化氫分析儀檢測，盡量在1～3 min內(nèi)測試完成。

3 實(shí)驗部分

3.1 主要實(shí)驗儀器及試劑（見表1）

表1 主要儀器及試劑

3.2 實(shí)驗步驟

3.2.1 自然衰減

1）在30 m3的環(huán)境試驗工裝艙內(nèi)，設(shè)定試驗環(huán)境條件：溫度25 ℃±2 ℃，濕度50%±10%RH；

2）將一定質(zhì)量的苯、正庚烷液體加入到污染物發(fā)生裝置內(nèi)，關(guān)閉工裝內(nèi)外門，將硫化氫氣體以體積流量通入工裝內(nèi)；

3）打開攪拌風(fēng)機(jī)，約10 min，關(guān)閉風(fēng)機(jī)，穩(wěn)定5 min后，開啟采樣泵，自動抽氣檢測，當(dāng)硫化氫體積分?jǐn)?shù)15.0×10-6±1.0×10-6、苯體積分?jǐn)?shù)80×10-6±10×10-6、丙烯醛體積分?jǐn)?shù)130×10-6±10×10-6時進(jìn)行自衰減實(shí)驗，每5 min 采樣一次，試驗時間為2 h。

3.2.2 總衰減

1）按上述設(shè)定好試驗環(huán)境條件及污染物布撒；

2）當(dāng)污染物濃度達(dá)到初始濃度時，開啟凈化裝置，每10 min 間隔測試污染物濃度，直至污染物濃度10 min 內(nèi)幾乎無變化關(guān)閉凈化裝置。

4 結(jié)果與討論

本文以苯、丙烯醛、硫化氫3 種有毒有害污染物為例，在溫度為25 ℃±2 ℃，相對濕度為50%±10%條件下對某型空氣凈化裝置進(jìn)行凈化效率試驗。

4.1 自衰減試驗（結(jié)果見表2）

表2 自衰減試驗結(jié)果

對于不同污染物2 h 內(nèi)自衰減分別為：丙烯醛4.4%、苯4.8%、硫化氫7.9%，均小于10%，試驗結(jié)果表明環(huán)境試驗工裝符合試驗要求。

4.2 總衰減試驗

實(shí)驗采用間歇法進(jìn)行，一次布撒目標(biāo)污染物濃度，隨著空氣凈化裝置工作開啟，試驗工裝內(nèi)環(huán)境污染物的濃度逐漸降低，在保證濃度測量準(zhǔn)確性的前提下關(guān)閉凈化裝置風(fēng)機(jī)，結(jié)束試驗。試驗結(jié)果如表3～表5。

表3 污染物容許濃度

從表4、表5 的試驗數(shù)據(jù)可以看出，該凈化裝置對酸性氣體—硫化氫的凈化速度較為明顯，但是凈化效率相對有機(jī)物來說較高，說明該凈化裝置對無機(jī)酸性氣體的凈化能力很強(qiáng)；對苯、丙烯醛的凈化速率及凈化效果相差不大，說明該凈化裝置對苯系物、醛類有機(jī)物也有較強(qiáng)的的凈化效率。該凈化器一次凈化效率明顯高于第二次凈化效率，隨著試驗次數(shù)的增加，凈化能力下降，直到達(dá)到實(shí)驗要求的吸附容量、試驗時間后，試驗結(jié)束。按著濃度與時間的正比例關(guān)系，計算累計凈化效率。

表4 一次試驗總衰減試驗結(jié)果

表5 二次試驗總衰減試驗結(jié)果

本文將目標(biāo)污染物單一的凈化試驗設(shè)計成3 種混合污染物一次凈化的方式完成，大大縮短了凈化試驗的周期，縮短了產(chǎn)品研制時間，為今后凈化試驗方法的修訂、對密閉空間正確配置及空氣凈化器產(chǎn)品科研試驗提供參考。