CN105547936A - 一种超声波水雾去除超细颗粒物测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于空气净化领域利用超声波水雾去除超细颗粒物的测试系统。所述的测试装置主要包括气溶胶发生器、K-85中性器、超声波雾化器、水槽、凝并发生箱、HEPA过滤器、粒径谱测试仪、电脑、真空泵、环境温湿度及压力测试仪，各种连接管道及阀门。本发明测试系统清晰完整，计算分析方法正确合理，具有装置简单，处理成本低廉，运行维护容易，节能环保等优点，对于设计新型空气净化器具有重要价值。

Description

一种超声波水雾去除超细颗粒物测试系统

技术领域

本发明涉及一种空气污染物测试装置和方法，具体涉及一种超声波水雾除去颗粒物的测试系统。

背景技术

随着我国工业化和城市化进程的加快，环境污染日益严重，近年来全国各地雾霾天气频发，范围之大，持续时间之长，已经对我们的生活工作构成了极大的威胁，给人们交通出行和身体健康都带来了严重影响。随着人们环境意识的增强和生活水平的提高，越发认识到清洁空气对人身健康的重要性。

目前在我国，气溶胶颗粒物污染是绝大部分城市的首要污染物。颗粒物质(PM)是由酸类、有机化学、金属、和土壤或尘埃粒子组成的颗粒和液滴。人们根据颗粒的产生及在人体呼吸道沉积位置将颗粒分为3类：超细颗粒物(颗粒直径＜＝0.1μm)，亚微米颗粒PM1(0.1μm＜＝颗粒直径＜1μm)，粗颗粒(颗粒直径＞＝1μm)。

大气污染物中的颗粒物直径越小，对人体的危害越大，细颗粒物中，绝大部分都是直径在一个微米以下的颗粒物，即超细颗粒物。超细颗粒物分散度高、比表面积大、所以化学活性、吸附能力等也大大增强，更易吸附CO、氮氧化合物等有毒有害气体。超细颗粒由于其极小的颗粒直径能轻易进入肺泡、血液、神经系统等人体组织，给人体机能的正常运行造成极大危害。有研究表明其和白血病、心血管疾病的发生有一定关联。因此，研究如何有效去除超细颗粒物对于改善大气环境污染和保护人体健康具有非常重要的意义。对于任何净化除尘装置来说，超细颗粒物都是除尘的难点。由于其粒径太小，目前常规的净化除尘过滤器的孔径太大以至于对于空气中超细颗粒物的去除效率极低。因此，研究超细颗粒物的净化机理，对分析雾霾天气的预防应对措施以及设计新型空气净化装置具有重要意义。

凝并是细微颗粒物之间相互碰撞而团聚形成新的颗粒物的现象。超声波水雾是采用超声波技术使水雾化成微小的水滴漂浮在空气中，与超细颗粒物的直径相比，超声波雾化水滴粒径较大，其粒径在1-10μm之间，容易与粉尘颗粒结合而使颗粒物粒径变大。从目前的研究来看，要想有效去除超细颗粒物，传统的除尘技术如惯性碰撞、拦截、过滤以及静电作用效果都不大。可以考虑采取的一个有效思路是通过引入超声波雾化水滴与空气中的超细颗粒物碰撞而凝并形成新的颗粒物，增加颗粒物的粒径，再结合常规的除尘技术就可以大幅度提高常规除尘器的工作效率。在引入超声波雾化器改变其粒径谱的过程中，需要评估凝并作用的大小，主要指标就是平均粒径大小，这是超声波雾化器的安装、数量的设计依据，对于设计新型空气净化器来说非常重要。

发明内容

本发明的目的是设计一种超声波水雾去除超细颗粒物测试系统，具体技术方案如下：

一种超声波水雾除去超细颗粒物测试系统，主要包括气溶胶发生器、Kr-85中和器、超声波雾化器、凝并发生箱、真空泵、粒径谱测试仪、电脑、通讯电缆、环境温湿度及压力测试仪、各种连接管道及阀门。真空泵通过一个阀门连接到凝并发生箱，产生整个系统的流动压力。气溶胶发生器产生的气溶胶颗粒物，通过管道进入Kr-85中和器进行电荷中和化处理；处理后的气流进入凝并发生箱，凝并发生箱上部气溶胶入口处安装了超声波雾化器，利用超声波雾化器产生的水雾与气溶胶颗粒物产生碰撞凝并效应，增大颗粒体积，提高过滤效率。粒径谱测试仪通过阀门切换可以测量超声波水雾作用前后的颗粒物粒径分布，所测得数据通过通讯电缆传输到电脑；环境温湿度及压力测试仪放置在箱体内检测箱体内的温度、湿度及压力。

本发明通过气溶胶发生器生成多分散的气溶胶颗粒物，气溶胶颗粒物生成数量的多少可由气溶胶发生器控制。

所述的气溶胶发生器产生的颗粒物数浓度范围在0～10⁸个/cm³。

所述的粒径谱测试仪测量的细微颗粒物浓度范围在0～10⁸个/cm³，测量的颗粒物粒径范围在5nm～1μm，粒径谱分段数在32个以上。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：1)凝并发生箱洁净：关闭气溶胶发生器及通道阀门，打开HEPA阀门，启动真空泵，并启动粒径谱测试仪监测凝并箱体内颗粒物数浓度的同时，从外部进入的空气经过HEPA净化后进入箱体内，当粒径谱测试仪监测到箱体内数浓度接近于零的时候，可以认为密闭箱体已经被净空，这时关闭真空泵以及连接阀门，关闭HEPA通道阀门，关闭粒径谱测试仪。

2)无超声波水雾去除效率测试：启动气溶胶发生器，打开阀门，同时启动粒径谱测试仪，当发现凝并发生箱上部细颗粒物数浓度值达到10⁶个/cm³级别时，开始记录数据，每间隔5秒切换监测凝并发生箱入口处和出口处的颗粒物数浓度，持续3分钟左右，确定GMD(几何平均直径)，按照下面公式计算超声波水雾作用下的去除效率η₁。

${\mathrm{\η}}_1=\frac{c_1}{c_2}$

上面公式中，c₁为无超声波水雾作用时凝并发生箱上部入口处颗粒物总数浓度，单位个/cm³；c₂为无超声波水雾作用时凝并发生箱下部出口处颗粒物总数浓度，单位个/cm³。

重复步骤1，洁净凝并发生箱。

超声波水雾去除效率测试：启动气溶胶发生器，打开阀门，同时启动粒径谱测试仪，当发现凝并发生箱上部细颗粒物数浓度值达到10⁶个/cm³级别时，启动超声波发射器，开始记录数据，每间隔5秒切换监测凝并发生箱入口处和出口处的颗粒物数浓度，持续3分钟左右，确定GMD(几何平均直径)，同样按照下面公式计算超声波水雾作用下的去除效率η₂。

${\mathrm{\η}}_2=\frac{c_3}{c_4}$

上面公式中，c₃为有超声波水雾作用时凝并发生箱上部入口处颗粒物总数浓度，单位个/cm³；c₄为有超声波水雾作用时凝并发生箱下部出口处颗粒物总数浓度，单位个/cm³。

让气溶胶发生器产生不同浓度和不同分布的气溶胶，或者改变超声波雾化器参数，比如安装个数和位置，超声波水雾的数量，单个水雾的体积等，可以测试得到各种情况的去除效率，对比有无超声波水雾作用下的去除效率η₁和η₂就可以得出超声波水雾对于去除效率的影响情况。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种超声波水雾去除超细颗粒物测试系统，装置简单，处理成本低廉，运行维护容易，节能环保，由效率公式计算出有、无超声波水雾作用的气溶胶超细颗粒物去除效率，并通过测试仪器得到经过超声波水雾作用后GMD的变化。本发明所提供的测试系统和方法可用于设计超声波水雾除尘设计以及新型空气净化器洁净效率分析。

附图说明

图1是测试系统结构示意图。

图中1气溶胶发生器、2阀门a、3K-85中性器、4阀门b、5水槽、6超声波雾化器、7凝并发生箱、8阀门c、9干燥管a、10HEPA过滤器a、11三通阀门、12粒径谱测试仪、13电脑、14真空泵、15阀门d、16干燥管a、17HEPA过滤器b、18环境温湿度及压力测试仪。

具体实施方式

下面结合附图，用实施例来进一步说明本发明。但这个实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这个实施例的限制。

如图1所示，一种超声波水雾去除超细颗粒物测试系统主要包括1气溶胶发生器、2阀门a、3K-85中性器、4阀门b、5水槽、6超声波雾化器、7凝并发生箱、8阀门c、9干燥管a、10HEPA过滤器a、11三通阀门、12粒径谱测试仪、13电脑、14真空泵、15阀门d、16干燥管a、17HEPA过滤器b、18环境温湿度及压力测试仪。真空泵14通过阀门d15连接到凝并发生箱7，产生整个系统的流动压力。气溶胶发生器1产生的气溶胶颗粒物，通过管道进入Kr-85中和器3进行电荷中和化处理；处理后的气流进入凝并发生箱7，上部气溶胶入口处安装了超声波雾化器6和水槽5，超声波雾化器产生水雾与气溶胶超细颗粒物发生碰撞凝并效应，超细颗粒物与雾化水滴凝并颗粒直径增大经过HEPA过滤器b17，大颗粒物被过滤器过滤去除。粒径谱测试仪12通过三通阀门11切换可以测量超声波水雾作用应前后的颗粒物粒径分布和颗粒物数浓度，所测得数据通过通讯电缆传输到电脑13；环境温湿度及压力测试仪18接入凝并发生箱箱7检测箱体内的温度、湿度及压力。

本发明的操作步骤如下：

1)凝并发生箱体7洁净：关闭气溶胶发生器1及通道阀门a2，打开阀门c8，打开阀门d15，启动真空泵14，并启动粒径谱测试仪12监测凝并发生箱7内颗粒物数浓度的同时，从外部进入的空气经过HEPA过滤器10净化后进入凝并发生箱7内，当粒径谱测试仪12监测到箱体内数浓度接近于零的时候，可以认为箱体内已经被净空，这时关闭阀门d15及真空泵14，关闭阀门c8，关闭粒径谱测试仪12。

2)无超声波水雾去除效率测试：启动气溶胶发生器，打开阀门，同时启动粒径谱测试仪，当发现凝并发生箱上部超细颗粒物数浓度值达到10⁶个/cm³级别时，开始记录数据，每间隔5秒切换监测测凝并发生箱入口处和出口处的颗粒物数浓度，持续3分钟左右，确定GMD(几何平均直径)，按照下面公式计算超声波水雾作用下的去除效率。

${\mathrm{\η}}_1=\frac{c_1}{c_2}---\left(1\right)$

上面公式中，c₁为凝并发生箱上部入口处颗粒物总数浓度，单位个/cm³；c₂为凝并发生箱下部出口处颗粒物总数浓度，单位个/cm³。

重复步骤1，洁净凝并箱体发生器6。

超声波水雾去除效率测试：启动气溶胶发生器，打开阀门，同时启动粒径谱测试仪，当发现凝并发生箱上部颗粒物数浓度值达到10⁶个/cm³级别时，启动超声波发射器，开始记录数据，每间隔5秒切换监测测凝并发生箱入口处和出口处的颗粒物数浓度，持续3分钟左右，确定GMD(几何平均直径)，同样按照下面公式计算超声波水雾作用下的去除效率η₂。

${\mathrm{\η}}_2=\frac{c_3}{c_4}---\left(2\right)$

上面公式中，c₃为凝并发生箱上部入口处颗粒物总数浓度，单位个/cm³；c₄为凝并发生箱下部出口处颗粒物总数浓度，单位个/cm³。

让气溶胶发生器产生不同浓度和不同分布的气溶胶，或者改变超声波雾化器参数，比如安装个数和位置，超声波水雾的数量，单个水雾的体积等，可以测试得到各种情况的去除效率，可以为设计不同的新型空气净化器提供依据。

Claims (3)

1.一种超声波水雾去除超细颗粒物测试系统，主要包括1气溶胶发生器、2阀门a、3K-85中性器、4阀门b、5水槽、6超声波雾化器、7凝并发生箱、8阀门c、9干燥管a、10HEPA过滤器a、11三通阀门、12粒径谱测试仪、13电脑、14真空泵、15阀门d、16干燥管a、17HEPA过滤器b、18环境温湿度及压力测试仪。真空泵14通过阀门d15连接到凝并发生箱7，产生整个系统的流动压力。气溶胶发生器1产生的气溶胶颗粒物，通过管道进入Kr-85中和器3进行电荷中和化处理；处理后的气流进入凝并发生箱7，上部安装了超声波雾化器6和水槽5，超声波雾化器产生水雾与气溶胶超细颗粒物发生碰撞凝并效应，超细颗粒物与雾化水滴凝并颗粒直径增大经过HEPA过滤器b17，大颗粒物被过滤器过滤去除后流出凝并发生箱7。粒径谱测试仪12通过三通阀门11切换可以测量超声波水雾作用前后的超细颗粒物粒径分布和颗粒物数浓度，所测得数据通过通讯电缆传输到电脑13；环境温湿度及压力测试仪18接入凝并发生箱箱7检测箱体内的温度、湿度及压力。

2.根据权利要求1所述本发明的测试装置，其特征在于：通过气溶胶发生器1生成超细颗粒物，经过K-85中性器3中和后，与超声波雾化器6发生碰撞凝并效应后，超细颗粒物与雾化水滴凝并颗粒直径增大经过HEPA过滤器b17，大颗粒物被过滤器过滤去除后流出凝并发生箱7，由粒径谱测试仪12记录实验数据，根据公式(1)计算超声波水雾作用下的去除效率。

3.一种超声波水雾去除超细颗粒物测试系统，其特征在于，包括下述步骤，本发明的操作步骤如下：

1)凝并发生箱7洁净：关闭气溶胶发生器1及通道阀门a2，打开阀门c8，打开阀门d15，启动真空泵14，并启动粒径谱测试仪12监测凝并发生箱7内颗粒物数浓度的同时，从外部进入的空气经过HEPA过滤器10净化后进入凝并发生箱7内，当粒径谱测试仪12监测到箱体内数浓度接近于零的时候，可以认为箱体内已经被净空，这时关闭阀门d15及真空泵14，关闭阀门c8，关闭粒径谱测试仪12。

2)无超声波水雾去除效率测试：启动气溶胶发生器1，打开阀门a2，同时启动粒径谱测试仪12，当发现凝并发生箱7上部颗粒物数浓度值达到10⁶个/cm³级别时，开始记录数据，每间隔5秒切换监测凝并发生箱7入口处和出口处的颗粒物数浓度，持续3分钟左右，确定GMD(几何平均直径)，按照公式(1)计算无超声波水雾作用下的去除效率；

3)重复步骤1，洁净凝并发生箱7

4)超声波水雾去除效率测试：启动气溶胶发生器1，打开阀门a2，同时启动粒径谱测试仪10，当发现凝并发生箱6上部颗粒物数浓度值达到10⁶个/cm³级别时，启动超声波雾化器6，开始记录数据，每间隔5秒切换监测凝并发生箱入口处和出口处的颗粒物数浓度，持续3分钟左右，确定GMD(几何平均直径)，按照公式(2)计算超声波水雾作用下的去除效率。