化学过滤器在SPF级实验动物房净化空调中的应用

　　摘要：本文介绍了化学过滤器的净化原理、吸附材料、结构，以及在实验动物房排气及循环风中的应用，它能有效去除动物房中产生的有害气体和异味，从而节约能源和保护环境。

　　关键词：化学过滤器SPF净化空调系统实验动物房

　　0引言

　　实验动物科学是生物医学乃至整个生命科学的基础和重要的支撑条件，人们越来越重视对实验动物的应用和研究。国家也相继制定了实施了《实验动物设施建筑技术规范》[1]和《实验动物环境及设施》[2]等法规，医药生产企业和研究部门都需要建造符合规范的实验动物设施。实验动物环境会产生许多有害气体，如氨气、硫化氢、硫醇、丁醇等，这些气体排出后对周围环境造成污染，同时大量的恒温恒湿的洁净空气直接从排风口排出，造成很大的能源浪费。因此，如何将恒温恒湿的洁净空气进行过滤，去除其中有害气体、粉尘等，然后循环利用，成为一个很关键的问题。这会大大降低通风系统的能耗，减少能源浪费。

　　1实验动物环境净化空调技术现状和问题

　　试验动物环境可以分为普通环境、屏障环境和隔离环境[2]，普通环境适用于饲养教学等用途的普通实验动物，屏障环境适用于饲育清洁实验动物及无特定病原体(SPF，SpecificPathogenFree)实验动物，隔离环境适用于饲育无特定病原体(SPF)、悉生(Gnotobiotic)及无菌(Germfree)实验动物。为了满足了实验动物环境指标要求，目前，实验动物饲养室多采用全新风、直排式通风系统，即100%新风零回风。室外空气只有经过升温或降温、加湿或除湿、过滤等过程才能进入室内。而室内洁净空气又要100%排放出去，造成巨大能源浪费。而且，排放的废气还会污染环境，困扰居民。

　　在通风系统中使用高效化学过滤器，可以很好的解决环境保护和节约能源的问题。通过吸附、化学反应的方式，化学过滤器中的颗粒媒介可以显著降低污染气体的浓度，从而使回风成为可能，节约了能源，同时减少了污染。美国华盛顿大学医疗楼在通风系统安装化学过滤器后，采用81%的回风，大大节省了电能，同时解决了异味扰民的问题。

　　2化学过滤原理

　　由于固态，液态和气态物质物理特性的不同，标准的粉尘过滤器可以过滤掉液态和部分固态污染物，但是对气态污染物却无能为力。化学过滤器可以高效清除空气中的气体污染物[3]，如异味、恶臭、腐蚀性气体、有毒气体，堪称气态污染物的克星，广泛应用于各种集中通风系统[4]，家用空气净化器中也常配置化学过滤元件。

　　化学过滤器有选择地吸附气体，而不是机械地“过滤”杂质。吸附是固体物质表面对气体(或液体分子)的吸着现象。其中固体物质是吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。吸附可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附主要靠的是范德华力，常在较低的温度下进行，吸附量随气体温度下降而增加，该过程是可逆过程。为提高吸附材料对特定气体(如氨气、甲醛)的吸附能力，往往对吸附剂进行化学处理。经化学处理的吸附材料与有害气体产生化学反应的吸附称为化学吸附。它是一种选择性吸附，即一种吸附剂只对特定的一种或几种物质有吸附作用。化学吸附过程是不可逆的。吸附剂靠范德华力吸附气体分子，进而化学填加剂与污染分子起化学反应，使有害气体变成了无害的固体存储在吸附剂的巨大的微孔内部。使用过程中，吸附能力会不断减弱，当减弱到某一程度时，过滤器会报废。

　　3化学吸附材料

　　化学过滤器的吸附材料有多种，如活性炭、氧化铝、沸石、硅胶、离子交换树脂等。活性炭具有巨大的比表面积(可以高达3000m2/g)、广谱吸附性、来源丰富和经济等优点，在化学过滤器中被广泛应用。为提高对特定污染气体的去除能力，将适当的化学品添加到吸附剂中，俗称“改性”(或“浸渍”)。比如，5%氢氧化钾和10%氯化铁改性的活性炭可消除硫化氢和硫醇。核电站除放射性甲基碘的核级炭用2%碘化钾+2%三乙烯二胺改性[5]。

　　4过滤器结构

　　在空调通风系统中，化学过滤器主要净化新风(或循环风净化)或污染程度小的排放气体，以满足生产、生活需要和环保要求，并且要求净化的风量大、阻力低。因此，必须用较薄的吸附层(厚度一般在10~50mm)，将过滤器设计成空气的通道在最小空间内具有最大面积，设备连接容易，更换方便的形式。圆筒型过滤器和V型过滤器是典型的代表。如某垃圾转运站[8]，为了防止垃圾臭味污染周围的空气，安装了3420只筒式活性炭过滤器，初始除臭的效率为95%。每天在垃圾收集车回站内运转时，将空气净化系统开启2小时，风量为144840m3/h，4年更换一次活性炭。

　　5化学过滤器在实验动物房通风系统中的应用

　　在动物房特别是SPF级以上的动物房通风系统中部分使用循环风，只需在循环风系统中加装高效化学过滤器，通过吸附、化学反应的方式，可以显著降低污染气体的浓度，从而使二次回风成为可能，节约了能源，同时减少了污染。2010年，山东省A公司的SPF级动物房净化空调面积约1100m2，共有16间动物房，按照《实验动物设施建筑技术规范》(GB50447­2008)，空调的设计参数见表2(静态)。在通风系统中，送风系统采用新风+50%回风、部分排风系统，换气次数为20次/h。

　　送风机组采用了2套变频调速的空气处理机，一开一备，24h连续运行，每套处理机组内设初、中效过滤器、表冷段、加湿段、消音段，末端设高效过滤器送风口。动物房SPF区域内设一套排风系统，排风机组位于空调机房内，排风机组内设初、中效过滤器、圆筒式化学过滤器以及显热回收盘管，二台变频调速风机，一开一备。经过滤后的空气50%作为二次回风利用，其余经15m高排气筒排放。在该项目中，装有圆筒式化学过滤器960只，初始去除氨气的效率为95%，5~9个月更换一次YTM­505混合吸附剂。经2年多实际运行，运行能耗比全新风能耗降低约40%。

　　6结语

　　1)为了满足实验动物环境指标要求，实验动物饲养室多采用全新风、直排式通风系统，即100%新风零回风。这种通风方式造成巨大能源浪费。在通风系统中使用高效化学过滤器，可以很好的解决节约能源和环境保护的问题。2)用于空调领域典型的化学过滤器是圆筒型和V型，活性炭、氧化铝、沸石等是常用的吸附材料。3)实验动物房的排风和回风系统中安装高效化学过滤器，使二次回风成为可能，是一项值得推广的节能环保新技术。4)一开一备的机组运行方式充分保证了系统运转的可靠性，对于高要求的SPF动物房来说很有必要。

　　参考资料

　　[1]王清勤,赵力,秦川,等.实验动物设施建筑技术规范(GB50447­2008)[S].北京:中国建筑工业出版社,2008

　　[2]荣瑞章,邵强,刘德惠,等.实验动物环境及设施(GB/T14925­2001)[S].2001

　　[3]蒋维钧.新型传质分离技术[M].北京:化学工业出版社,2011

　　[4]蔡杰.空气过滤ABC[M].北京:中国建筑工业出版社,2008[5]郑其庚.活性炭的应用[M].上海:华东理工大学出版社,2002

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