化學過濾器在SPF級實驗動物房凈化空調中的應用

　　摘要：本文介紹了化學過濾器的凈化原理、吸附材料、結構，以及在實驗動物房排氣及循環風中的應用，它能有效去除動物房中產生的有害氣體和異味，從而節約能源和保護環境。

　　關鍵詞：化學過濾器SPF凈化空調系統實驗動物房

　　0引言

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

　　1實驗動物環境凈化空調技術現狀和問題

　　試驗動物環境可以分為普通環境、屏障環境和隔離環境[2]，普通環境適用于飼養教學等用途的普通實驗動物，屏障環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境指標要求，目前，實驗動物飼養室多采用全新風、直排式通風系統，即100%新風零回風。室外空氣只有經過升溫或降溫、加濕或除濕、過濾等過程才能進入室內。而室內潔凈空氣又要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境，困擾居民。

　　在通風系統中使用高效化學過濾器，可以很好的解決環境保護和節約能源的問題。通過吸附、化學反應的方式，化學過濾器中的顆粒媒介可以顯著降低污染氣體的濃度，從而使回風成為可能，節約了能源，同時減少了污染。美國華盛頓大學醫療樓在通風系統安裝化學過濾器后，采用81%的回風，大大節省了電能，同時解決了異味擾民的問題。

　　2化學過濾原理

　　由于固態，液態和氣態物質物理特性的不同，標準的粉塵過濾器可以過濾掉液態和部分固態污染物，但是對氣態污染物卻無能為力。化學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，堪稱氣態污染物的克星，廣泛應用于各種集中通風系統[4]，家用空氣凈化器中也常配置化學過濾元件。

　　化學過濾器有選擇地吸附氣體，而不是機械地“過濾”雜質。吸附是固體物質表面對氣體(或液體分子)的吸著現象。其中固體物質是吸附劑，被吸附的物質稱為吸附質。吸附可分為物理吸附和化學吸附。物理吸附主要靠的是范德華力，常在較低的溫度下進行，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，往往對吸附劑進行化學處理。經化學處理的吸附材料與有害氣體產生化學反應的吸附稱為化學吸附。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有吸附作用。化學吸附過程是不可逆的。吸附劑靠范德華力吸附氣體分子，進而化學填加劑與污染分子起化學反應，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部。使用過程中，吸附能力會不斷減弱，當減弱到某一程度時，過濾器會報廢。

　　3化學吸附材料

　　化學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3000m2/g)、廣譜吸附性、來源豐富和經濟等優點，在化學過濾器中被廣泛應用。為提高對特定污染氣體的去除能力，將適當的化學品添加到吸附劑中，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過濾器結構

　　在空調通風系統中，化學過濾器主要凈化新風(或循環風凈化)或污染程度小的排放氣體，以滿足生產、生活需要和環保要求，并且要求凈化的風量大、阻力低。因此，必須用較薄的吸附層(厚度一般在10~50mm)，將過濾器設計成空氣的通道在最小空間內具有最大面積，設備連接容易，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運轉時，將空氣凈化系統開啟2小時，風量為144840m3/h，4年更換一次活性炭。

　　5化學過濾器在實驗動物房通風系統中的應用

　　在動物房特別是SPF級以上的動物房通風系統中部分使用循環風，只需在循環風系統中加裝高效化學過濾器，通過吸附、化學反應的方式，可以顯著降低污染氣體的濃度，從而使二次回風成為可能，節約了能源，同時減少了污染。2010年，山東省A公司的SPF級動物房凈化空調面積約1100m2，共有16間動物房，按照《實驗動物設施建筑技術規范》(GB50447­2008)，空調的設計參數見表2(靜態)。在通風系統中，送風系統采用新風+50%回風、部分排風系統，換氣次數為20次/h。

　　送風機組采用了2套變頻調速的空氣處理機，一開一備，24h連續運行，每套處理機組內設初、中效過濾器、表冷段、加濕段、消音段，末端設高效過濾器送風口。動物房SPF區域內設一套排風系統，排風機組位于空調機房內，排風機組內設初、中效過濾器、圓筒式化學過濾器以及顯熱回收盤管，二臺變頻調速風機，一開一備。經過濾后的空氣50%作為二次回風利用，其余經15m高排氣筒排放。在該項目中，裝有圓筒式化學過濾器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2年多實際運行，運行能耗比全新風能耗降低約40%。

　　6結語

　　1)為了滿足實驗動物環境指標要求，實驗動物飼養室多采用全新風、直排式通風系統，即100%新風零回風。這種通風方式造成巨大能源浪費。在通風系統中使用高效化學過濾器，可以很好的解決節約能源和環境保護的問題。2)用于空調領域典型的化學過濾器是圓筒型和V型，活性炭、氧化鋁、沸石等是常用的吸附材料。3)實驗動物房的排風和回風系統中安裝高效化學過濾器，使二次回風成為可能，是一項值得推廣的節能環保新技術。4)一開一備的機組運行方式充分保證了系統運轉的可靠性，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.實驗動物設施建筑技術規范(GB50447­2008)[S].北京:中國建筑工業出版社,2008

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

　　[3]蔣維鈞.新型傳質分離技術[M].北京:化學工業出版社,2011

　　[4]蔡杰.空氣過濾ABC[M].北京:中國建筑工業出版社,2008[5]鄭其庚.活性炭的應用[M].上海:華東理工大學出版社,2002

　　建筑論文投稿刊物：《建筑科技》將面向工程建設、城市建設、住宅建設、環境建設等建設領域，傳播先進建筑技術與產品，介紹建筑科技應用實例，服務我國建筑行業學術交流和技術進步。主要欄目包括建筑資訊、人物訪談、主題策劃，建筑施工、建筑規劃、建筑結構：智能建筑、建筑工業化、建筑檢驗、建筑環境、綠色建材(固體廢棄物再生利用)等。

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