CN107344047A - 一种微泡水洗雾霾降低pm2.5的装置及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置及其应用方法，该装置包括壳体，所述壳体内设有进气室、排气室、水洗室和电机室，所述进气室上设有进气口，所述排气室上设有出气口，进气室内设有吸气泵，所述水洗室内设有微泡曝气管环，所述微泡曝气管环上设有若干个微小气孔，所述电机室内设有大扭矩变速电机，所述大扭矩变速电机的转轴伸入水洗室内，所述转轴的端部连接一万向轴，所述微泡曝气管环安装在所述万向轴上，所述吸气泵的输出端通过一进气管与万向轴相连接，所述进气管与微泡曝气管环相连通。该装置净化效率高、所需设备价格便宜、操作简单、能耗低、应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及除雾霾降PM2.5设备技术领域，具体涉及一种微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置及其应用方法。
背景技术
自1952年12月，“雾都”伦敦万人死于呼吸系统疾病以来，雾霾天气、PM2.5指标、空气质量等问题引起了人类的高度重视。对此，各国纷纷展开了对雾霾空气、PM2.5的研究并且采取了各种节能减排的措施，甚至颁布相关法律力求改善空气质量，降低空气中PM2.5的含量，给人类提供一个舒适、安心的生存环境。然而，由于工业化的发展以及PM2.5污染源的复杂性，人类对PM2.5的研究历史不长，研究问题的复杂多样，迄今为止仍没有找到降低大气中PM2.5含量的切实有效的方法。
现在国内外去除空气中PM2.5含量的方法比较通用的主要有：过滤法(将空气通过过滤网达到去除PM2.5的目的)；喷雾法(以高压的方式将微小水滴向空气中喷洒)；植物吸收法(通过植物的呼吸作用，吸附PM2.5)。
与国外相比较之下，我国还没有较为有效的措施控制空气中PM2.5含量，我国的PM2.5污染现状较为严峻，2010年各监测试点城市的PM2.5，超标天数占全部监测天数的比例在1.9％～48.9％之间，超标状况较为严重。据统计，全国362座城市的PM2.5平均浓度为60.7μg/m3，其中共有310座城市的PM2.5平均浓度未达到《环境空气质量标准》中的二级浓度限值。
基于现如今国内空气污染严重，PM2.5含量超标的严峻现象，如今室外处理雾霾空气方法都有其弊端：
(1)过滤法：仅适用于小范围，且需要定期更换滤网膜；
(2)喷雾法：使空气长时间处于高湿度的状态，不利于人类的身体健康，也不利于交通；
(3)植物吸收法：效率低。
室内处理雾霾空气的方法及其特点如下：
(1)机械过滤法：只能有效去除空气中一定粒径范围的颗粒污染物，对气态污染物却无法去除.滤网需定期更换。
(2)静电式法：对粒径较大的颗粒污染物的净化效果较好，但是无法净化气态污染物，同时，还会产生臭氧等二次污染物。
(3)负离子法：有一定的杀菌和净化颗粒污染物的作用，但无法净化气态污染物，同时也会产生臭氧等二次污染物。
雾霾的主要成分是二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒(以PM2.5最为严重)前两者为气态污染物，最后一项是加重雾霾天气的罪魁祸首。雾霾空气的处理以及PM2.5含量指标的降低有待进一步研究解决，以找到一种高效、经济、实用的方法来处理雾霾空气，降低空气中PM2.5的含量以改善空气质量，为人类的生存环境提供进一步保障。
发明内容
本发明的目的在于，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种净化效率高、所需设备价格便宜、操作简单、能耗低、应用范围广的微泡水洗降低雾霾PM2.5的装置及其应用方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置，包括壳体，所述壳体内设有进气室、排气室、水洗室和电机室，所述进气室上设有进气口，所述排气室上设有出气口，进气室内设有吸气泵，所述水洗室内设有微泡曝气管环，所述微泡曝气管环上设有若干个微小气孔，所述电机室内设有大扭矩变速电机，所述大扭矩变速电机的转轴伸入水洗室内，所述转轴的端部连接一万向轴，所述微泡曝气管环安装在所述万向轴上，所述吸气泵的输出端通过一进气管与万向轴相连接，所述进气管与微泡曝气管环相连通。
本发明通过在水洗室内设置微泡曝气管环，将微泡曝气管环与进气管连通，并通过大扭矩变速电机驱动微泡曝气管环在水中高速旋转。雾霾气体通过吸气泵泵送到微泡曝气管环，气体以微小气泡从微泡曝气管环上的微小气孔溢出，大扭矩变速电机带动曝气管环高速旋转运动，微小气泡溢出后在水中做高速旋切运动，使得微小气泡进一步碎化成微纳米气泡。根据Stokes定律(斯托克斯定律)，气泡在水中的上升速度与气泡直径的平方成正比，微纳米气泡从水体底部缓缓排放，由于微纳米气泡在水体中与水的接触面大，上浮流速慢，接触时间长，比表面积大，PM2.5颗粒去除效果明显。对于雾霾中的气态污染物而言，氮氧化物的主要成分是二氧化氮，而二氧化氮会催化二氧化硫转化为三氧化硫，三氧化硫具有极强的亲水性，通过水洗即可将其有效去除。本发明的装置弥补了现有室外雾霾去除方法中的过滤法仅适用于小范围，且需要定期更换滤网膜的不足；克服了喷雾法使空气长时间处于高湿度的状态，不利于人类的身体健康，也不利于交通的缺点；避免了植物吸收法效率低下的弊端；同时也克服了现有室内雾霾去除PM2.5方法中的机械过滤法需要定时更换滤网，静电式法和负离子法无法净化气态污染物且产生臭氧等二次污染物的问题。采用本发明微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置进行雾霾气体去除PM2.5的效果明显，无二次污染，所需设备价格便宜，操作简单，能耗低。通过改变装置的规格大小，可以用于户外或室内，如大型火力发电厂或者其他大型工厂内都可以适应。用于室内还可以对家装中普遍存在的污染气体甲醛(具有极好的亲水性)等起到很好的清除效果。
作为对上述技术方案的进一步改进：
优选的，所述排气室和所述水洗室之间设有一过滤层。经净化后的气体通过该过滤层，去除气体中过多的水分，降低净化后气体的湿度。
优选的，所述大扭矩变速电机的转轴通过一滚动轴承穿设在水洗室的底板上。采用滚动轴承，摩擦力小、功耗低。
更优选的，所述大扭矩变速电机的转轴、万向轴和滚动轴承三轴同心设置，避免偏心转动而制造噪音过大和增加能耗的问题。
优选的，所述壳体上于所述水洗室处设有进水管和出水管，所述进水管设于水洗室的上部，所述出水管设于水洗室的下部。通过该进水管和出水管可适时更换水洗室内的水体，确保良好的净化效果；将出水管设于水洗室的下部有利于将水洗室底部的沉积物排出。
优选的，所述微泡曝气管环包括环管以及四根连接管，所述万向轴上设有一四通接头，四根所述连接管的一端分别与所述四通接头的一个接口相连接，四根连接管的另一端分别通过一三通接头与环管连通，环管上以及每根连接管上均开有若干个微小气孔。
优选的，所述进气室内设有一进气PM2.5检测器，所述排气室内设有一排气PM2.5检测器。通过该进气PM2.5检测器和排气PM2.5检测器可方便地检测进气PM2.5浓度和排气PM2.5浓度，便于实时了解该装置的净化效果。
更优选的，所述微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置还包括一控制器，所述进气PM2.5检测器和排气PM2.5检测器均与所述控制器的输入端电连接，所述吸气泵和大扭矩变速电机均与控制器的输出端电连接。通过进气PM2.5检测器检测气体中PM2.5的含量，若进气PM2.5含量达到设定值时，由控制器控制开启吸气泵和大扭矩变速电机对雾霾气体进行净化；若进气PM2.5含量低于设定值时，说明空气质量优良，无需净化，则控制器控制关闭吸气泵和大扭矩变速电机。如此，实现了该装置的自动控制。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置的应用方法，包括以下步骤：
S1、雾霾气体由吸气泵经进气管泵送到微泡曝气管环中，雾霾气体从微泡曝气管环上的微小气孔喷出，在水中形成众多的微小气泡；
S2、大扭矩变速电机带动微泡曝气管环做高速旋转运动，使得微小气泡在水中做高速旋切运动，将微小气泡进一步碎化成微纳米气泡；
S3、微纳米气泡在水洗室的水中逐渐上浮，在此过程中通过水对雾霾气体进行净化，经过净化后的气体从水洗室中溢出，再经排气室排出。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在水洗室内设置微泡曝气管环，将微泡曝气管环与进气管连通，并通过大扭矩变速电机驱动微泡曝气管环在水中高速旋转，从微小气孔中喷出的微小气泡在高速旋切作用下，进一步碎化成微纳米气泡，微纳米气泡比普通微小气泡的直径更小，其比表面积更大，大大增加了气泡在水体中与水的接触面积，降低了气泡在水中的上浮速度，延长了气泡与水的接触时间，从而有效提高了对气体中PM2.5颗粒的去除效果。该装置净化效率高、无二次污染、所需设备价格便宜、操作简单、能耗低，且适用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明微泡水洗降低雾霾PM2.5的装置的结构示意简图。
图2为微泡曝气管环的结构示意简图。
图3为万向轴与进气管连接处的结构示意简图。
图4为沿图3中A-A面的剖视放大示意图。
图例说明：
1、壳体；2、进气室；3、排气室；4、水洗室；5、电机室；6、进气口；7、出气口；8、吸气泵；9、微泡曝气管环；10、微小气孔；11、大扭矩变速电机；12、万向轴；13、进气管；14、过滤层；15、滚动轴承；16、进水管；17、出水管；18、四通接头；19、三通接头；20、进气PM2.5检测器；21、排气PM2.5检测器；22、支座；901、环管；902、连接管。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例：
如图1至图4所示，一种本发明的微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置，包括壳体1，在壳体1内由下至上依次设置有电机室5和水洗室4，在水洗室4的上方设置有一个过滤层14，该过滤层14的上方为排气室3，排气室3的一侧设有进气室2。该进气室2上设有进气口6。在排气室3上设有出气口7。进气室2内设有吸气泵8。水洗室4内设有微泡曝气管环9。在电机室5内设有一个支座22，在支座22上设有一台大扭矩变速电机11，该大扭矩变速电机11的转轴伸入水洗室4内。大扭矩变速电机11的转轴通过一个滚动轴承17穿设在水洗室4的底板上。转轴的端部连接一根万向轴12。微泡曝气管环9安装在该万向轴12上，吸气泵8的输出端连接一根进气管13，该进气管13穿过过滤层14伸入水洗室4内，并与万向轴12相连接。进气管13与微泡曝气管环9相连通。该微泡曝气管环9包括环管901以及四根连接管902。万向轴12上设有一个四通接头18，四根连接管902的一端分别与该四通接头18的一个接口相连接。四根连接管902的另一端分别通过一个三通接头19与环管901连通。在环管901上以及每根连接管902上均开设有若干个微小气孔10。壳体1上于水洗室4处设置有进水管15和出水管16。其中，进水管15设于水洗室4的上部，而出水管16设于水洗室4的下部。
本实施例中，为了减小装置运行时的噪音，并降低设备能耗，优选将大扭矩变速电机11的转轴、万向轴12以及滚动轴承17三轴同心设置。为了方便实时了解进气和排气的气体质量，了解装置的净化效果，优选在进气室2内设置一个进气PM2.5检测器20，在排气室3内设置一个排气PM2.5检测器21。进一步的，为了实现该装置的智能控制，在该装置上还设置一个控制器(图中未示出)，并且将进气PM2.5检测器20和排气PM2.5检测器21与该控制器的输入端电连接，将吸气泵8和大扭矩变速电机11与该控制器的输出端电连接，根据空气的质量来控制该装置的开启或关闭。
该微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置的使用方法及净化气体的原理如下：气体由进气口6进入进气室2，进气PM2.5检测器20检测进气室2内气体中的PM2.5浓度，当PM2.5浓度达到设定值时，由控制器控制启动吸气泵8和大扭矩变速电机11；雾霾气体由吸气泵8经进气管13泵送到微泡曝气管环9中，雾霾气体从微泡曝气管环9上的微小气孔10喷出，在水中形成众多的微小气泡；大扭矩变速电机11带动微泡曝气管环9做高速旋转运动，使得微小气泡在水中做高速旋切运动，将微小气泡进一步碎化成微纳米气泡；微纳米气泡在水洗室4的水体中逐渐上浮，在此过程中通过水对雾霾气体的PM2.5及水溶性气体污染物进行净化；经过净化后的气体从水洗室4的水体中溢出，通过过滤层14除去其中的多余水分后进入排气室3，然后通过出气口7排出，雾霾气体得到净化，通过排气PM2.5检测器21检测净化后气体中的PM2.5含量；若进气室2内气体的PM2.5浓度未达到设定值，说明空气质量良好，则关闭吸气泵8和大扭矩变速电机11，该装置停止运行。
以下通过实验对该装置去除雾霾气体中PM2.5的效果进行检测和分析。具体实验结果见表1所示。
表1本实施例的装置在不同情况下对气体净化效果的实验数据
由表1可见，在使用该装置处理19～30分钟后，PM2.5颗粒浓度去除率在60.8％～87.4％之间，去除率较高，并且净化前后气体的湿度变化不明显。
另外，在试验中通过用烧杯测定水槽中水的澄清时间来评价微纳米气泡的碎化效果，试验结果表明水样从乳白色微细气泡混合液到完全澄清所用的时间为1.0～1.5分钟。根据Stokes定律，气泡在水体中的上升速度与气泡直径的平方成正比，普通宏观气泡在水体中产生后，会迅速上升，由于压强减小，体积膨胀气泡上升到水面并破裂消失，气泡存在的时间非常短。但是微小气泡，在水中上升的速度较慢，在上升过程中，由于气泡与水的接触比表面积大，气泡中的气体不断溶入水中，体积会不断收缩并于水中最终溶解消失，从产生到破裂的历程通常达到几十秒甚至几分钟。根据文献资料，现有日本HONDA PUMPS的BUSP大型微纳米气泡泵产生的微细气泡直径分布在1μm到50μm，其微细气泡混合液的气泡悬浮时间为1分钟。由此可见，本发明的装置工作时经高速旋切碎化产生的气泡中存在大量直径小于50μm的微纳米气泡。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置，包括壳体(1)，其特征在于：所述壳体(1)内设有进气室(2)、排气室(3)、水洗室(4)和电机室(5)，所述进气室(2)上设有进气口(6)，所述排气室(3)上设有出气口(7)，进气室(2)内设有吸气泵(8)，所述水洗室(4)内设有微泡曝气管环(9)，所述微泡曝气管环(9)上设有若干个微小气孔(10)，所述电机室(5)内设有大扭矩变速电机(11)，所述大扭矩变速电机(11)的转轴伸入水洗室(4)内，所述转轴的端部连接一万向轴(12)，所述微泡曝气管环(9)安装在所述万向轴(12)上，所述吸气泵(8)的输出端通过一进气管(13)与万向轴(12)相连接，所述进气管(13)与微泡曝气管环(9)相连通。
2.根据权利要求1所述的微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置，其特征在于：所述排气室(3)和所述水洗室(4)之间设有一过滤层(14)。
3.根据权利要求1所述的微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置，其特征在于：所述大扭矩变速电机(11)的转轴通过一滚动轴承(15)穿设在水洗室(4)的底板上。
4.根据权利要求3所述的微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置，其特征在于：所述大扭矩变速电机(11)的转轴、万向轴(12)和滚动轴承(15)三轴同心设置。
5.根据权利要求1所述的微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置，其特征在于：所述壳体(1)上于所述水洗室(4)处设有进水管(16)和出水管(17)，所述进水管(16)设于水洗室(4)的上部，所述出水管(17)设于水洗室(4)的下部。
6.根据权利要求1所述的微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置，其特征在于：所述微泡曝气管环(9)包括环管(901)以及四根连接管(902)，所述万向轴(12)上设有一四通接头(18)，四根所述连接管(902)的一端分别与所述四通接头(18)的一个接口相连接，四根连接管(902)的另一端分别通过一三通接头(19)与环管(901)连通，环管(901)上以及每根连接管(902)上均开有若干个微小气孔(10)。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置，其特征在于：所述进气室(2)内设有一进气PM2.5检测器(20)，所述排气室(3)内设有一排气PM2.5检测器(21)。
8.根据权利要求7所述的微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置，其特征在于：所述微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置还包括一控制器，所述进气PM2.5检测器(20)和排气PM2.5检测器(21)均与所述控制器的输入端电连接，所述吸气泵(8)和大扭矩变速电机(11)均与控制器的输出端电连接。
9.一种如权利要求1～8中任一项所述的微泡水洗雾霾降低PM2.5的装置的应用方法，包括以下步骤：
S1、雾霾气体由吸气泵(8)经进气管(13)泵送到微泡曝气管环(9)中，雾霾气体从微泡曝气管环(9)上的微小气孔(10)喷出，在水中形成众多的微小气泡；
S2、大扭矩变速电机(11)带动微泡曝气管环(9)做高速旋转运动，使得微小气泡在水中做高速旋切运动，将微小气泡进一步碎化成微纳米气泡；
S3、微纳米气泡在水洗室(4)的水中逐渐上浮，在此过程中通过水对雾霾气体进行净化，经过净化后的气体从水洗室(4)中溢出，再经排气室(3)排出。
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