化學(xué)過濾器在SPF級實驗動物房凈化空調(diào)中的應(yīng)用

　　摘要：本文介紹了化學(xué)過濾器的凈化原理、吸附材料、結(jié)構(gòu)，以及在實驗動物房排氣及循環(huán)風(fēng)中的應(yīng)用，它能有效去除動物房中產(chǎn)生的有害氣體和異味，從而節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境。

　　關(guān)鍵詞：化學(xué)過濾器SPF凈化空調(diào)系統(tǒng)實驗動物房

　　0引言

　　實驗動物科學(xué)是生物醫(yī)學(xué)乃至整個生命科學(xué)的基礎(chǔ)和重要的支撐條件，人們越來越重視對實驗動物的應(yīng)用和研究。國家也相繼制定了實施了《實驗動物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范》[1]和《實驗動物環(huán)境及設(shè)施》[2]等法規(guī)，醫(yī)藥生產(chǎn)企業(yè)和研究部門都需要建造符合規(guī)范的實驗動物設(shè)施。實驗動物環(huán)境會產(chǎn)生許多有害氣體，如氨氣、硫化氫、硫醇、丁醇等，這些氣體排出后對周圍環(huán)境造成污染，同時大量的恒溫恒濕的潔凈空氣直接從排風(fēng)口排出，造成很大的能源浪費。因此，如何將恒溫恒濕的潔凈空氣進(jìn)行過濾，去除其中有害氣體、粉塵等，然后循環(huán)利用，成為一個很關(guān)鍵的問題。這會大大降低通風(fēng)系統(tǒng)的能耗，減少能源浪費。

　　1實驗動物環(huán)境凈化空調(diào)技術(shù)現(xiàn)狀和問題

　　試驗動物環(huán)境可以分為普通環(huán)境、屏障環(huán)境和隔離環(huán)境[2]，普通環(huán)境適用于飼養(yǎng)教學(xué)等用途的普通實驗動物，屏障環(huán)境適用于飼育清潔實驗動物及無特定病原體(SPF，SpecificPathogenFree)實驗動物，隔離環(huán)境適用于飼育無特定病原體(SPF)、悉生(Gnotobiotic)及無菌(Germfree)實驗動物。為了滿足了實驗動物環(huán)境指標(biāo)要求，目前，實驗動物飼養(yǎng)室多采用全新風(fēng)、直排式通風(fēng)系統(tǒng)，即100%新風(fēng)零回風(fēng)。室外空氣只有經(jīng)過升溫或降溫、加濕或除濕、過濾等過程才能進(jìn)入室內(nèi)。而室內(nèi)潔凈空氣又要100%排放出去，造成巨大能源浪費。而且，排放的廢氣還會污染環(huán)境，困擾居民。

　　在通風(fēng)系統(tǒng)中使用高效化學(xué)過濾器，可以很好的解決環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源的問題。通過吸附、化學(xué)反應(yīng)的方式，化學(xué)過濾器中的顆粒媒介可以顯著降低污染氣體的濃度，從而使回風(fēng)成為可能，節(jié)約了能源，同時減少了污染。美國華盛頓大學(xué)醫(yī)療樓在通風(fēng)系統(tǒng)安裝化學(xué)過濾器后，采用81%的回風(fēng)，大大節(jié)省了電能，同時解決了異味擾民的問題。

　　2化學(xué)過濾原理

　　由于固態(tài)，液態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)物理特性的不同，標(biāo)準(zhǔn)的粉塵過濾器可以過濾掉液態(tài)和部分固態(tài)污染物，但是對氣態(tài)污染物卻無能為力。化學(xué)過濾器可以高效清除空氣中的氣體污染物[3]，如異味、惡臭、腐蝕性氣體、有毒氣體，堪稱氣態(tài)污染物的克星，廣泛應(yīng)用于各種集中通風(fēng)系統(tǒng)[4]，家用空氣凈化器中也常配置化學(xué)過濾元件。

　　化學(xué)過濾器有選擇地吸附氣體，而不是機械地“過濾”雜質(zhì)。吸附是固體物質(zhì)表面對氣體(或液體分子)的吸著現(xiàn)象。其中固體物質(zhì)是吸附劑，被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附主要靠的是范德華力，常在較低的溫度下進(jìn)行，吸附量隨氣體溫度下降而增加，該過程是可逆過程。為提高吸附材料對特定氣體(如氨氣、甲醛)的吸附能力，往往對吸附劑進(jìn)行化學(xué)處理。經(jīng)化學(xué)處理的吸附材料與有害氣體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的吸附稱為化學(xué)吸附。它是一種選擇性吸附，即一種吸附劑只對特定的一種或幾種物質(zhì)有吸附作用�；瘜W(xué)吸附過程是不可逆的。吸附劑靠范德華力吸附氣體分子，進(jìn)而化學(xué)填加劑與污染分子起化學(xué)反應(yīng)，使有害氣體變成了無害的固體存儲在吸附劑的巨大的微孔內(nèi)部。使用過程中，吸附能力會不斷減弱，當(dāng)減弱到某一程度時，過濾器會報廢。

　　3化學(xué)吸附材料

　　化學(xué)過濾器的吸附材料有多種，如活性炭、氧化鋁、沸石、硅膠、離子交換樹脂等。活性炭具有巨大的比表面積(可以高達(dá)3000m2/g)、廣譜吸附性、來源豐富和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點，在化學(xué)過濾器中被廣泛應(yīng)用。為提高對特定污染氣體的去除能力，將適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)品添加到吸附劑中，俗稱“改性”(或“浸漬”)。比如，5%氫氧化鉀和10%氯化鐵改性的活性炭可消除硫化氫和硫醇。核電站除放射性甲基碘的核級炭用2%碘化鉀+2%三乙烯二胺改性[5]。

　　4過濾器結(jié)構(gòu)

　　在空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中，化學(xué)過濾器主要凈化新風(fēng)(或循環(huán)風(fēng)凈化)或污染程度小的排放氣體，以滿足生產(chǎn)、生活需要和環(huán)保要求，并且要求凈化的風(fēng)量大、阻力低。因此，必須用較薄的吸附層(厚度一般在10~50mm)，將過濾器設(shè)計成空氣的通道在最小空間內(nèi)具有最大面積，設(shè)備連接容易，更換方便的形式。圓筒型過濾器和V型過濾器是典型的代表。如某垃圾轉(zhuǎn)運站[8]，為了防止垃圾臭味污染周圍的空氣，安裝了3420只筒式活性炭過濾器，初始除臭的效率為95%。每天在垃圾收集車回站內(nèi)運轉(zhuǎn)時，將空氣凈化系統(tǒng)開啟2小時，風(fēng)量為144840m3/h，4年更換一次活性炭。

　　5化學(xué)過濾器在實驗動物房通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　在動物房特別是SPF級以上的動物房通風(fēng)系統(tǒng)中部分使用循環(huán)風(fēng)，只需在循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)中加裝高效化學(xué)過濾器，通過吸附、化學(xué)反應(yīng)的方式，可以顯著降低污染氣體的濃度，從而使二次回風(fēng)成為可能，節(jié)約了能源，同時減少了污染。2010年，山東省A公司的SPF級動物房凈化空調(diào)面積約1100m2，共有16間動物房，按照《實驗動物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范》(GB50447­2008)，空調(diào)的設(shè)計參數(shù)見表2(靜態(tài))。在通風(fēng)系統(tǒng)中，送風(fēng)系統(tǒng)采用新風(fēng)+50%回風(fēng)、部分排風(fēng)系統(tǒng)，換氣次數(shù)為20次/h。

　　送風(fēng)機組采用了2套變頻調(diào)速的空氣處理機，一開一備，24h連續(xù)運行，每套處理機組內(nèi)設(shè)初、中效過濾器、表冷段、加濕段、消音段，末端設(shè)高效過濾器送風(fēng)口。動物房SPF區(qū)域內(nèi)設(shè)一套排風(fēng)系統(tǒng)，排風(fēng)機組位于空調(diào)機房內(nèi)，排風(fēng)機組內(nèi)設(shè)初、中效過濾器、圓筒式化學(xué)過濾器以及顯熱回收盤管，二臺變頻調(diào)速風(fēng)機，一開一備。經(jīng)過濾后的空氣50%作為二次回風(fēng)利用，其余經(jīng)15m高排氣筒排放。在該項目中，裝有圓筒式化學(xué)過濾器960只，初始去除氨氣的效率為95%，5~9個月更換一次YTM­505混合吸附劑。經(jīng)2年多實際運行，運行能耗比全新風(fēng)能耗降低約40%。

　　6結(jié)語

　　1)為了滿足實驗動物環(huán)境指標(biāo)要求，實驗動物飼養(yǎng)室多采用全新風(fēng)、直排式通風(fēng)系統(tǒng)，即100%新風(fēng)零回風(fēng)。這種通風(fēng)方式造成巨大能源浪費。在通風(fēng)系統(tǒng)中使用高效化學(xué)過濾器，可以很好的解決節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的問題。2)用于空調(diào)領(lǐng)域典型的化學(xué)過濾器是圓筒型和V型，活性炭、氧化鋁、沸石等是常用的吸附材料。3)實驗動物房的排風(fēng)和回風(fēng)系統(tǒng)中安裝高效化學(xué)過濾器，使二次回風(fēng)成為可能，是一項值得推廣的節(jié)能環(huán)保新技術(shù)。4)一開一備的機組運行方式充分保證了系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的可靠性，對于高要求的SPF動物房來說很有必要。

　　參考資料

　　[1]王清勤,趙力,秦川,等.實驗動物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范(GB50447­2008)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008

　　[2]榮瑞章,邵強,劉德惠,等.實驗動物環(huán)境及設(shè)施(GB/T14925­2001)[S].2001

　　[3]蔣維鈞.新型傳質(zhì)分離技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011

　　[4]蔡杰.空氣過濾ABC[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008[5]鄭其庚.活性炭的應(yīng)用[M].上海:華東理工大學(xué)出版社,2002

　　建筑論文投稿刊物：《建筑科技》將面向工程建設(shè)、城市建設(shè)、住宅建設(shè)、環(huán)境建設(shè)等建設(shè)領(lǐng)域，傳播先進(jìn)建筑技術(shù)與產(chǎn)品，介紹建筑科技應(yīng)用實例，服務(wù)我國建筑行業(yè)學(xué)術(shù)交流和技術(shù)進(jìn)步。主要欄目包括建筑資訊、人物訪談、主題策劃，建筑施工、建筑規(guī)劃、建筑結(jié)構(gòu)：智能建筑、建筑工業(yè)化、建筑檢驗、建筑環(huán)境、綠色建材(固體廢棄物再生利用)等。

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