一種氣體中污染物清洗凈化裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】一種氣體中污染物清洗凈化裝置
[0001]所屬領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于城市空氣環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于利用液體對(duì)包括顆粒物在內(nèi)的氣體中污染物的吸附、溶解以及與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的作用，通過(guò)將液體與室內(nèi)外空氣、或機(jī)動(dòng)車尾氣、或爐灶油煙、或煙草煙氣等含有顆粒物的氣體混合，用液體將包括顆粒物在內(nèi)的污染物從氣體中抓取分離從而獲得治污減霾效果的一種氣體中污染物清洗凈化裝置，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，可靠性高，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，實(shí)施方式靈活多樣，可廣泛應(yīng)用于城市室內(nèi)外公共區(qū)域空氣中顆粒物抑制、機(jī)動(dòng)車尾氣治理優(yōu)化、爐灶油煙凈化、室內(nèi)空氣凈化、個(gè)人及居家霧霾防護(hù)以及煙草煙氣凈化等領(lǐng)域，還可以將其集成在垃圾箱(筒)、公交車站牌以及道路照明燈具等市政設(shè)施上以使原設(shè)施增添空氣凈化功能。
【背景技術(shù)】
[0003]城市空氣環(huán)境日益惡化，不少城市已逼近不適宜人類居住的嚴(yán)重境地，治污減霾刻不容緩。工業(yè)排放、汽車尾氣、揚(yáng)塵以及各種形式的燃燒活動(dòng)是城市空氣污染的主要來(lái)源，主要污染物包括:粒徑小于10微米的可吸入顆粒物PM10，粒徑小于2.5微米的可入肺顆粒物，或稱“細(xì)顆粒物”P(pán)M2.5，以及，氮氧化物和硫氧化物，其中，顆粒物，特別是可入肺的細(xì)顆粒物PM2.5的健康危害性和“殺傷力”更大，甚至于已經(jīng)成為城市人群致病、致癌、致死的“元兇”之一，從而引發(fā)市民的焦慮、畏懼和心理恐慌，是當(dāng)前空氣污染治理的重點(diǎn)和關(guān)鍵。為積極應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的空氣環(huán)境形勢(shì)，很多城市已經(jīng)建立了空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)告體系，圍繞城市空氣環(huán)境污染和治理的應(yīng)對(duì)方案和處置措施也層出不窮。
[0004]PM2.5主要來(lái)源于二次氣溶膠，粒徑小于頭發(fā)絲的二十分之一，肉眼不可見(jiàn)，具有懸浮性，以普通濾紙或?yàn)V網(wǎng)很難有效濾除，因此，清除PM2.5并非易事。目前，在口罩、面罩等個(gè)人防護(hù)用品以及室內(nèi)空氣凈化器等辦公、居家場(chǎng)所的空氣凈化防護(hù)設(shè)備領(lǐng)域，廣泛使用活性碳及納米濾紙作為濾芯。
[0005]活性碳因富含孔隙結(jié)構(gòu)，具有透氣、透水性，加之碳元素具有極高穩(wěn)定性，不易受侵蝕變質(zhì)變形，因而長(zhǎng)久以來(lái)都是很好的過(guò)濾防護(hù)材料。納米濾紙是近年發(fā)展起來(lái)的一種新型過(guò)濾材料，由納米纖維構(gòu)成，其纖維之間的孔隙可以做到納米級(jí)，能夠在保證具有良好通透性的同時(shí)，有效阻隔過(guò)濾“細(xì)”和“極細(xì)”顆粒物，是性能優(yōu)良的過(guò)濾材料。
[0006]使用活性碳及納米濾紙制作口罩、面罩以及空氣凈化裝置，可以根據(jù)過(guò)濾程度設(shè)計(jì)或要求靈活控制碳層厚度及濾紙層數(shù)，達(dá)到有效濾除氣體中顆粒物的功效。有的設(shè)備及裝置中甚至既使用納米濾紙，同時(shí)還使用活性碳，以實(shí)現(xiàn)極佳的過(guò)濾凈化效果，特別是對(duì)普通過(guò)濾材料如棉布、羅網(wǎng)無(wú)法有效濾除的粒徑小于2.5微米的細(xì)顆粒物PM2.5，活性碳和納米濾紙正可以大展其才、大獲其用，發(fā)揮不可替代的重要作用。
[0007]但是，以活性碳和納米濾紙濾除氣體中顆粒物也有其局限和缺點(diǎn):一是為了能有效過(guò)濾細(xì)顆粒物，需要濾芯的孔隙極其細(xì)密，而這會(huì)形成較大氣阻，對(duì)氣流的通過(guò)構(gòu)成嚴(yán)重阻滯，雖然，持續(xù)工作能夠得以維系，但以活性碳或?yàn)V紙作為濾芯，并不適宜于要求快速、大流量?jī)艋瘹怏w的場(chǎng)合。例如:用作城市室外開(kāi)放空間的空氣凈化，因?yàn)闀?huì)顯得速度緩慢且力不從心；用作機(jī)動(dòng)車尾氣顆粒物凈化，會(huì)造成排氣不暢，嚴(yán)重制約機(jī)動(dòng)車動(dòng)力性能。二是活性碳及納米濾紙做成的濾芯具有污染物累積不可自動(dòng)清除、不可重復(fù)利用的“一次性”或“一過(guò)性”:首次使用的初始狀態(tài)濾芯，透氣性和過(guò)濾效果都是最佳，隨著顆粒污染物的附著和累積，透氣孔隙或網(wǎng)眼會(huì)受到堵塞，造成透氣性逐漸變差，過(guò)濾能力逐漸衰減以至于最終喪失，特別是在顆粒污染物濃度較高的場(chǎng)合，這種“變差”和“衰減”會(huì)加速進(jìn)行，使得活性碳及納米濾紙做成的濾芯很快壽終，而想要清理沉積在活性碳孔隙或納米濾紙網(wǎng)眼中的顆粒污染物，是一件比從空氣中濾除顆粒污染物更困難的事情，無(wú)論使用氣體或液體作為清理沉積物的介質(zhì)，都會(huì)因?yàn)榍謇斫橘|(zhì)通過(guò)沉積層所覆蓋的孔隙及網(wǎng)眼難度極高而使清理效果微乎其微，通常情況下，當(dāng)濾芯的透氣性變差，或者，過(guò)濾能力衰減到一定程度時(shí)，只有徹底更換濾芯。透氣性及過(guò)濾能力隨實(shí)用時(shí)長(zhǎng)的增加而變差和衰減，以及需要對(duì)濾芯整體頻繁進(jìn)行更換，是應(yīng)用活性碳和納米濾紙凈化氣體的固有局限和弊端。三是能夠?yàn)V除細(xì)顆粒物的活性碳和納米濾紙通常都具有制造工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本昂貴的特點(diǎn)，對(duì)所制成的整機(jī)而言，濾芯甚至占到總成本的一半左右，頻繁更換濾芯成為無(wú)可避免且必須承受的使用代價(jià)。初始購(gòu)置費(fèi)用高、使用維護(hù)代價(jià)大，使基于活性碳和納米濾紙的空氣凈化裝置難于盡速普及推廣，只能是富有群體的專享。四是基于活性碳及納米濾紙的空氣凈化裝置，其濾芯的潔凈程度、有效程度以及由此決定的整機(jī)凈化空氣的實(shí)時(shí)狀態(tài)和效果難以為普通用戶直觀了解和知曉，在經(jīng)歷一個(gè)實(shí)用時(shí)段后，濾芯是否仍具有濾除凈化功能以及有多大的濾除凈化效果，成為普通用戶難以界定和明確的疑慮，無(wú)論設(shè)備上設(shè)置有多么“先進(jìn)”“高級(jí)”、多么有“科技含量”的顯示指示裝置，那都是間接的檢測(cè)和呈現(xiàn)，都有可能“失真”，存在著為不良廠商利用、弄虛作假以蒙蔽和欺騙普通消費(fèi)者的可能性，如果這種情況出現(xiàn)，那么，相應(yīng)的設(shè)備和裝置就只是用戶的一種心理安慰，而并非實(shí)實(shí)在在具有凈化空氣中顆粒物的實(shí)際功效。
[0008]難道，讓城市的人們呼吸到潔凈的(退一萬(wàn)步講，無(wú)害的)空氣就這么難嗎？就必須付出高昂的成本和巨大的代價(jià)，甚至還要千方百計(jì)免除受蒙蔽、受欺騙的可能性嗎？有沒(méi)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、可靠有效的空氣凈化方案？這正是本發(fā)明試圖回答和解決的問(wèn)題。
[0009]我們想到了大自然凈化空氣的方式:“風(fēng)”和“雨”。每當(dāng)雨過(guò)天晴，我們就能看到藍(lán)天白云，呼吸到清新空氣，心情暢悅，一片朗闊氣象，絕然不同于霧霾籠罩下，終日灰蒙蒙、陰沉沉、令人窒息的抑郁情境。這鐵一樣的事實(shí)向我們表明，雨，具有滌蕩天地、清污去霾的強(qiáng)大能力。每當(dāng)重霾壓頭之際，我們總渴望“老天爺”能大發(fā)慈悲，刮起大風(fēng)、下起大雨，將這濁氣毒霾清洗干凈。但是，天意難測(cè)，更難控！隨時(shí)隨地刮風(fēng)下雨還遠(yuǎn)在人類對(duì)大自然的操控能力之外，每當(dāng)起霧成霾之后，人們能做的，似乎只有煎熬等待，等待“老天” “發(fā)威”，將霧霾移除。一次次等待，可霧霾天的風(fēng)雨卻總是不急不躁、珊珊遲來(lái)，而我們卻只能在等待中深受霧霾毒害。
[0010]雖然自然的風(fēng)雨只能等待，而人工造風(fēng)、人工降雨卻完全能夠在人的控制下、按照人的主觀意志實(shí)現(xiàn)。這里所說(shuō)的人工風(fēng)雨，并非以天空有適宜降雨云團(tuán)為前提條件的人工增雨或者人工干預(yù)天氣，而是指在一個(gè)更小的局部范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的人工風(fēng)雨。我們可以人工制成一個(gè)氣體管道，以風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)形成氣流風(fēng)洞，在氣流路徑上，可以通過(guò)噴頭噴出水滴水霧，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣流的人工“降雨”。由于水滴表面的液面張力具有物理吸附作用，可以對(duì)氣流中的顆粒物形成“抓取”和“攜帶”，從而使顆粒物離開(kāi)氣體而被液態(tài)水“帶走”。凡是粒徑小于水滴粒徑的顆粒物，在與水滴接觸時(shí)，都能被水滴吸附“俘獲”;水還有溶解作用，親水顆粒物會(huì)被溶解到水中形成水溶液，而只要是能溶于水的顆粒物，都會(huì)按照其物質(zhì)的水溶性，不同程度地溶解于水中，從而被水“攜帶”，如果認(rèn)為純水的溶解效果不是最佳，還可以通過(guò)向水中添加其他物質(zhì)、形成水溶液，以增大對(duì)各種顆粒物的溶解度；水中添加其他物質(zhì)形成水溶液，還可以與氣體中污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成新物質(zhì)，新物質(zhì)或者具有無(wú)害性，或者能溶于水中，達(dá)成被水溶液“攜帶”的結(jié)果?？傊?，通過(guò)水或水溶液的吸附、溶解和化學(xué)發(fā)應(yīng)作用，使氣體中顆粒物被水或水溶液“攜帶”、從而離開(kāi)氣體，即可實(shí)現(xiàn)減少氣體中顆粒物、凈化氣體、進(jìn)而治污減霾的效用。
[0011]這樣的人工“風(fēng)雨”裝置，能夠?qū)怏w中顆粒物起到清洗凈化作用，當(dāng)氣體源源不斷通過(guò)氣體管道、受到水或水溶液的洗禮，就相當(dāng)于這些氣體經(jīng)歷了自然界的雨水沖洗一樣，并且，由于這里的“雨”系人工造成，其成份可以人為控制，清洗效果完全可以優(yōu)于自然雨水。當(dāng)有1000立方米的氣體經(jīng)過(guò)沖洗，就相當(dāng)于1000立方米的空間區(qū)域經(jīng)歷了 “下雨”的過(guò)程；當(dāng)有10000立方米的氣體經(jīng)過(guò)沖洗，就相當(dāng)于10000立方米的空間區(qū)域經(jīng)歷了“下雨”的過(guò)程；當(dāng)這樣的人工“風(fēng)雨”裝置遍及城市大街小巷，成為一種標(biāo)準(zhǔn)的市政設(shè)施并同時(shí)開(kāi)啟后，就相當(dāng)于整座城市在經(jīng)歷下雨的過(guò)程，城市空氣質(zhì)量便可在人的主管控制下，按照人的意圖得到凈化和優(yōu)化。
[0012]這樣的人工“風(fēng)雨”裝置的原理可以被廣泛應(yīng)用于需要清洗凈化氣體中有害成分及顆粒物的各種場(chǎng)合和環(huán)境。例如:將之小型化，安裝于機(jī)動(dòng)車尾氣管上，即可對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣進(jìn)行清洗凈化；將其安裝于墻壁，讓其氣體管道連通室內(nèi)空間與室外空間，即可凈化進(jìn)入室內(nèi)的空氣，若單純應(yīng)用于室內(nèi)或車廂內(nèi)，即可做成室內(nèi)或車廂內(nèi)空氣凈化器；而用于抽油煙機(jī)，則可對(duì)爐灶烹飪油煙進(jìn)行凈化；若將這樣的人工“風(fēng)雨”裝置進(jìn)一步微型化，制成口罩或面罩，則可以對(duì)吸入和呼出的氣體進(jìn)行清洗凈化；若應(yīng)用于煙斗，則可以對(duì)煙草煙氣進(jìn)行清洗凈化?？傊@一原理適用于需要進(jìn)行氣體中有害成份及顆粒物去除凈化的幾乎所有應(yīng)用場(chǎng)合，可大可小、可簡(jiǎn)可繁，是治理氣體污染的有效方案。
[0013]本發(fā)明在人造“風(fēng)雨”思想原理指導(dǎo)下形成的氣體清洗凈化裝置，能夠克服基于活性碳和/或納米濾紙作為濾芯制成的空氣凈化器所具有的所有局限和缺點(diǎn)。首先，液體以噴霧形式與氣體管道中的氣流混合，對(duì)氣流的阻滯作用非常有限，氣體管道的通透性受液體顆粒影響較小，可以大氣流、滿負(fù)荷工作，因此，本發(fā)明適用于大空間或開(kāi)放空間的空氣凈化，或者，實(shí)用中需要有大氣流通過(guò)的應(yīng)用場(chǎng)合，特別適用于市政、廣場(chǎng)、地鐵及地下通道的通送風(fēng)系統(tǒng)等場(chǎng)合和環(huán)境。其次，以水或其他液體作為氣體清洗凈化介質(zhì)，雖然隨著液體的變“臟”變“渾”，以及，液體中所含有的“凈化物質(zhì)”(指對(duì)氣體中有害成分及顆粒物進(jìn)行溶解和/或與有害成分及顆粒物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì))的消耗，凈化力度和效率會(huì)有一定的減弱，但是，只要液體顆粒表面的物理吸附作用尚存，其對(duì)氣體中顆粒物的凈化作用就存在，這樣的“減弱”比起活性碳及納米濾紙由于顆粒污染物封堵透氣孔隙或網(wǎng)眼而造成的透氣性變差及濾除能力衰減的“惡性循環(huán)”及加速惡化，要溫和且緩慢得多，并且，即便液體的凈化能力出現(xiàn)減弱，對(duì)氣體管道的通透性卻并無(wú)顯著影響；由于液體通過(guò)循環(huán)往復(fù)清洗凈化氣體中污染物，通過(guò)加注或更換液體都可以改善其凈化能力，換回的變“臟”的水或其他液體也易于凈化處理后再次應(yīng)用于氣體清洗凈化，如果不想這么麻煩，還可以直接將這樣的“臟”水或其他液體利用掉，如將“臟”水當(dāng)作肥料澆樹(shù)澆花，可見(jiàn)，并不存在活性碳和納米濾紙那樣的濾芯“一次性”或“一過(guò)性”使用后即行“報(bào)廢”的問(wèn)題。第三，本發(fā)明使用水或水溶液或其他液體作為氣體清洗凈化介質(zhì)，其本身極易獲得且成本低廉，向水中添加物質(zhì)兌成水溶液或使用其他液體無(wú)非是希望提高凈化能力和效率，倘若因添加物或所述的其他液體成本偏高、不能接受，就可以放棄對(duì)較高凈化效率的追求，而直接使用自來(lái)水作為凈化介質(zhì)，雖然效果未必最佳，但卻能令使用及維護(hù)成本處于絕大多數(shù)用戶可接受的廉價(jià)限度內(nèi)。第四，本發(fā)明使用液體作