空氣潔凈技術-----課件總結

1、空氣潔凈技術緒 論一、空氣潔凈技術的概念在科學研究、工業(yè)生產以及人們的日常生活中，往往需要對某一特定空間內的空氣溫度、濕度、潔凈度和氣流速度提出技術要求，并采取一定的技術手段創(chuàng)造和維持這一空間的空氣環(huán)境，以滿足生產工藝過程和人體舒適要求。這就是通常所說的空氣調節(jié)。在應用空氣調節(jié)系統(tǒng)的建筑中，由于環(huán)境場合不同，對空氣的溫度、濕度、潔凈度、氣流速度的要求側重點則不同。一般來說，空氣調節(jié)任務的側重點是對空氣溫度、濕度以及空氣速度的調節(jié)，對空氣潔凈度沒有過高的特殊要求。而對于有些工業(yè)生產車間，如半導體、微電子工業(yè)、食品、制藥、衛(wèi)生等領域，不僅僅對其環(huán)境的空氣溫度、濕度、氣流速度有一定的技術要求，更重要

2、的是對空氣潔凈度（即生產環(huán)境空氣中含塵濃度的高低）有嚴格和特殊的要求。為達到這一目的，所采取的技術措施稱為空氣潔凈技術（俗稱潔凈技術或凈化技術）。所以，空氣潔凈技術的任務，是在滿足室內環(huán)境空氣溫度和濕度要求的前提下，將受控環(huán)境空氣介質中的含塵懸浮微粒除掉，并且使其達到生產要求的環(huán)境條件，也就是我們常說的空氣凈化。對于采用了空氣潔凈技術使空氣中懸浮微粒濃度、含菌濃度受控而達到某種要求的房間（或限定的空間），稱為潔凈室。二、空氣潔凈技術的由來空氣潔凈技術是隨著科學技術以及現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展逐步形成的一門科學。從18世紀開始人們對潔凈技術已經有了初步的認識。隨著國際戰(zhàn)爭的爆發(fā)，不斷刺激著軍事工業(yè)的發(fā)展，

3、于是對產品的微型化、高精度、高純度、高質量、高可靠性等性能方面提出了更高的要求，這就需要有一個高潔凈度的生產環(huán)境。而且生產技術越發(fā)展對生產環(huán)境的潔凈度要求越高。因此空氣潔凈技術以及所需的設備和過濾材料隨即產生并迅速發(fā)展。20世紀20年代，美國首先在航空業(yè)的陀螺儀制造過程中提出了生產環(huán)境的凈化要求，為消除空氣中塵埃對航空儀表齒輪、軸承的污染，他們在制造車間和實驗室建立了“控制裝配區(qū)”，把軸承的裝配工序與其他的生產、操作區(qū)隔開，同時供給一定量的經過過濾處理的空氣。飛速發(fā)展的軍事工業(yè)，無論是提高原材料的純度、零部件加工和裝配、提高元器件和整機的可靠性與使用壽命，都要求有一個高品質的生產環(huán)境。據(jù)說，美

4、國一家導彈公司曾發(fā)現(xiàn)，在普通的車間內裝配慣性制導用陀螺儀時，平均每生產10個產品就要反工120次。當在控制空氣中塵埃污染的環(huán)境中裝配后，返工率降低至2次。對在無塵和有塵（塵粒平均直徑為3m，塵粒數(shù)為1000pc/m3）兩種環(huán)境中裝配轉速為1200r/min的陀螺儀軸承進行比較，其產品的使用壽命竟相差100倍。從這些生產實踐中，人們認識到空氣凈化在軍事工業(yè)中的重要性和迫切性，也構成了當時發(fā)展空氣潔凈技術的推動力。20世紀50年代初，美國發(fā)明生產了高效空氣粒子過濾器，取得了在潔凈技術上的第一次飛躍性成就，使美國在軍事工業(yè)和人造衛(wèi)星制造領域建立了一批工業(yè)潔凈室，并相繼在航空、航海的導航裝置、加速器、

5、陀螺儀、電子儀器等生產廠廣泛應用。在美國潔凈技術快速發(fā)展的同時，世界各發(fā)達國家也開始了潔凈技術的研究和應用。20世紀50年代，英國在陀螺儀生產等工廠中建立了潔凈室。20世紀50年代，日本在半導體工業(yè)應用潔凈技術。20世紀60年代初，在美國工業(yè)潔凈室進入廣泛應用時期，開始嘗試利用工業(yè)潔凈室進行生物無菌實驗。通過研究和實驗，人們認識到空氣中的細菌和病毒是附著在塵埃上以群體存在的。人體、其它動物體以及土壤中產生的細菌、病毒，會附著在塵粒、皮屑、毛發(fā)、水滴上隨空氣傳播。由此可見，塵埃是傳播細菌和病毒的媒介?？諝庵械膲m埃越多，細菌和病毒的傳播機會越多。如果對空氣中的塵埃粒子進行了控制和處理，就是控制了細

6、菌和病毒。在這個理論基礎上，20世紀70年代初，美國等技術先進的國家大規(guī)模地把工業(yè)潔凈室技術用于防止以空氣為媒介的微生物污染的領域，從而誕生了現(xiàn)代生物潔凈室，使制藥工業(yè)、化妝品工業(yè)、食品工業(yè)的產品質量大為提高。在醫(yī)療部門的手術室和特殊病房以及生物安全方面，潔凈室的推廣和應用，使人們的疾病治療、手術和抗感染控制得到了保障。由此可見，在目前空氣潔凈技術的應用可分為兩個方面：1.工業(yè)潔凈。以工業(yè)生產工藝為目的的空氣潔凈過程，其控制對象為空氣中的塵埃微粒，如灰塵等。對于這類房間，是以控制空氣中的塵埃微粒為主要目的的，通常稱為工業(yè)潔凈室。2.生物潔凈。以保健、衛(wèi)生為目的的空氣潔凈過程，其控制對象為空氣中

7、的細菌、病毒等微粒。對于這類房間，由于采取了無菌化處理，而且是以防止微生物污染為主要目的的，通常稱為生物潔凈室。三、潔凈技術的發(fā)展自18世紀人們對潔凈技術開始認識，到20世紀20年代美國在軍事工業(yè)上應用，潔凈技術都是伴隨著科學技術的發(fā)展而發(fā)展的，并隨著潔凈技術的應用，工業(yè)產品也得到了不斷的提高和進步。其工業(yè)產品更向著微型化、精密化、高質量、高純度和高可靠性方向發(fā)展?，F(xiàn)代工業(yè)更是如此，航空、航天、電子工業(yè)以及醫(yī)藥、醫(yī)療、生物工程等諸多領域，無不在應用潔凈技術。尤其是電子、微電子、集成電路產品，從最初在數(shù)間房間內組合安裝，到現(xiàn)在的超大集成電路的微型化，對空氣中受控粒子粒徑的要求從0.30.5m發(fā)展

8、到0.05m甚至更小，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)對潔凈技術的需求。在制藥工業(yè)方面，藥品的質量反映在療效、安全性和藥品穩(wěn)定性等要素上。影響這三個要素的重要環(huán)節(jié)是藥品的配方和生產方法。而生產方法又包含了生產技術和生產環(huán)境兩個方面。生產環(huán)境是環(huán)境控制的各項措施綜合作用的結果。如制藥車間的建筑設計、裝修，空調凈化系統(tǒng)的設計、運行、維護管理等。其環(huán)境控制的目的是為了防止藥品因污染或交叉污染等任何危及產品質量的情況發(fā)生。臨床經驗證明，當用于靜脈注射和滴眼藥等制劑，在生產過程中被塵埃微粒污染并進入人體血液，可能會出現(xiàn)以下癥狀：1某些較大粒徑的微粒隨藥液進入血管，可能會直接造成血管阻塞，引起肌體局部缺水而萎縮或水腫；

9、2. 如果紅細胞聚集在侵入的微粒等異物上，可能形成血栓，導致血管閉塞和靜脈炎等病癥；3. 微粒侵入組織，在巨噬細胞的包圍和培植下還可能引起異物肉芽腫；4. 微粒等異物的相互作用，可能引起過敏反應、血小板減少等癥狀。當藥劑在生產過程中被微生物污染，不僅會導致藥效降低或藥品變質，還會引起臨床預料不到的疾病。如由微生物所產生的多糖物引起患者的熱原反應；細菌污染藥品可能引起敗血癥、內毒素中毒等。片劑、散劑等普通藥劑在生產過程中污染所引起的臨床感染病癥，在國外也已有實例報道。 醫(yī)院是病人就診、治療和康復的特殊場合，也是病毒、細菌的滋生和傳播源。醫(yī)院內一旦發(fā)生感染和交叉感染，則關系到更多的就診者和醫(yī)護人員

10、。發(fā)生在2003年春季的全球SARS（俗稱非典）感染，就說明了在醫(yī)院采取對空氣環(huán)境控制的重要性。 基于應用空氣潔凈技術的重要性，潔凈技術的發(fā)展已成為現(xiàn)代工業(yè)生產和科學實驗活動不可缺少的重要標志之一。如果說20世紀60年代潔凈技術在美國、歐洲等發(fā)展國家的廣泛應用，是潔凈技術的大發(fā)展時期，那么此后就是潔凈技術在全球各個領域快速和規(guī)范發(fā)展階段。1961年美國制定了國際上最早的潔凈室標準（美國空軍技術條令203）。并把編制聯(lián)邦政府標準的任務交給了原子能委員會的出版機構。同時基本完善了單向流潔凈技術，建造了100級潔凈室。1963年底美國頒布了第一個軍用部分的聯(lián)邦標準FS-209。從此聯(lián)邦標準“209”

11、不僅是美國的著名潔凈技術標準，而且成為國際上普遍通用的潔凈技術標準。1966年美國頒布了修訂后的FS-209A。1973年美國頒布了聯(lián)邦標準FS209B；1976年美國對聯(lián)邦標準FS209B進行了修訂；1988年美國頒布了聯(lián)邦標準FS209D；1992年美國頒布了聯(lián)邦標準FS209E。在此期間，前民主德國、法國、前蘇聯(lián)、日本、英國、澳大利亞、俄羅斯等國家相繼頒布和制定了各國的潔凈技術標準和藥品生產質量管理規(guī)范（GMP）。表0-1 世界一些國家頒布的潔凈室標準公布時間各 國 標 準1961.3美國空軍技術條令TO.00-25-2031963.7美國空軍技術條令TO.00-25-203第一次修訂本

12、1963.12美國聯(lián)邦標準FS-2091964(前)蘇聯(lián)標準(計重法)1965.8美國空軍技術條令TO.00-25-203第二次修訂本1965(前)蘇聯(lián)標準CH317-65(計數(shù)法)1966.6聯(lián)邦德國標準1966.8美國聯(lián)邦標準FS-209A1967.8美國國家航空與航天管理局NASA標準NHB5340.21968民主德國標準(續(xù)表)1972法國標準ASPEC Communication 72021973.4美國聯(lián)邦標準FS-209B1973(前)蘇聯(lián)標準OCT11-170-050.001-731975日本工業(yè)標準B99201976.5美國聯(lián)邦標準FS-209B修訂1976,1977聯(lián)邦德國

13、標準VDI 20831976英國標準1976澳大利亞標準1987.10美國聯(lián)邦標準FS-209C1988日本工業(yè)標準JIS B 9920潔凈室懸浮微粒的測定方法和潔凈室潔凈度的評價方法（修訂案）1988日本空氣潔凈協(xié)會標準1988.6美國聯(lián)邦標準FS-209D1992.11美國聯(lián)邦標準FS-209E1996俄羅斯標準GOSTR 50766-951999.5國際標準ISO 14644-1表0-2 世界一些國家、地區(qū)、組織頒布的藥品生產質量管理規(guī)范（GMP）公布時間頒布規(guī)范的國家、地區(qū)、組織1973日本藥品生產質量管理規(guī)范(JGMP)1983英國藥品生產質量管理規(guī)范(橙色指南)1984加拿大藥品生

14、產質量管理規(guī)范1984韓國藥品生產質量管理規(guī)范1985中國藥品生產質量管理規(guī)范1988東南亞國家聯(lián)盟藥品生產質量管理規(guī)范(ASEAN GMP)1989中國獸藥生產質量管理規(guī)范(試行)1990藥品生產檢查互相承認公約的藥品生產質量管理規(guī)范(PIC GMP)1990修訂)中國臺灣地區(qū)“優(yōu)良藥品制造標準”1991美國現(xiàn)行藥品生產質量管理規(guī)范(CFR GMP)1991美國FDA生物技術檢查指南1991美國FDA原料藥檢查指南1992世界衛(wèi)生組織藥品生產質量管理規(guī)范(WHO GMP)1992歐洲共同體藥品生產質量管理規(guī)范(EEC GMP)1992修訂)中國藥品生產質量管理規(guī)范1997歐洲聯(lián)盟藥品生產質量

15、管理規(guī)范(EU GMP)1998修訂)中國藥品生產質量管理規(guī)范我國的潔凈室技術研究開始于20世紀60年代初，70年代潔凈室技術主要用于我國的電子工業(yè)，尤其是半導體集成電路生產用潔凈室，相繼建成了一批潔凈廠房，并研制成功5級（100級）、6級（1000級）單向流工業(yè)潔凈室和手術潔凈室。在我國雖然潔凈技術研究起步較晚，但發(fā)展較快。不僅逐步完善了潔凈技術理論，而且潔凈廠房用設備和材料，如高效過濾器、潔凈工作臺、層流罩、空氣吹淋室、潔凈傳遞窗等相繼研制成功并投入生產。到20世紀70年代末，我國潔凈室設計、建造和潔凈技術的發(fā)展走向成熟階段。1984年我國頒布了國家標準潔凈廠房設計規(guī)范（GBJ731984

16、）；1991年頒布了行業(yè)標準潔凈室施工及驗收規(guī)范（JGJ7190）；1994年頒布了實驗動物環(huán)境與設施（GB/T149251994）；1996年國家醫(yī)藥管理局頒布了醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設計規(guī)范（GMP97）；2001年修訂了原潔凈廠房設計規(guī)范（GBJ731984），頒布了新的國家標準潔凈廠房設計規(guī)范（GB500732001）；2002年頒布了國家標準醫(yī)院潔凈手術部建筑技術規(guī)范GB503332002；高潔凈度潔凈室的建成和技術規(guī)范的相繼頒布，標志著我國的潔凈技術發(fā)展進入了一個新階段。四、潔凈技術的應用領域潔凈技術在世界各國的廣泛應用已經經歷了半個多世紀的發(fā)展，從軍事工業(yè)開始到電子工業(yè)，并逐步發(fā)展到其

17、他行業(yè)，其應用范圍越來越廣泛，技術要求也越來越高，應用領域已涉及軍事、電子、食品、醫(yī)藥、衛(wèi)生、生物實驗等方面。1.電子（微電子）工業(yè)電子工業(yè)已從過去的電子管發(fā)展到半導體分離器件、集成電路乃至超大規(guī)模集成電路，因此也大大地促進了空氣潔凈技術的發(fā)展，實踐證明，集成電路制造工藝中，集成度越高，圖形尺寸越細，對潔凈室控制的空氣塵埃微粒粒徑尺寸也越小，且空氣中含塵量要求越低。表03為大規(guī)模集成電路的工藝發(fā)展狀況。表0-4為超大規(guī)模集成電路的發(fā)展及相應控制微粒的粒徑。集成電路芯片的成品合格率與芯片的缺陷密度有關。而缺陷密度與空氣中塵埃粒子個數(shù)有關。若假設芯片缺陷密度中有10%為空氣中塵埃粒子沉降到硅片上引

18、起的，則可以推算出每平方米芯片上空氣塵埃粒子的最大允許值，如表0-5。因此，集成電路的高速發(fā)展，不僅對空氣中控制粒子的尺寸有更高的要求，而且對塵埃粒子的數(shù)量也有控制要求，即對生產環(huán)境的空氣潔凈度等級有控制要求。除此以外，集成電路生產環(huán)境對化學污染控制也有十分嚴格的要求，如表0-6所示。 表0-3 大規(guī)模集成電路的工藝發(fā)展狀況 年份工藝特征19801984198719901993199619992004硅片直徑/mm75100125150200200200300DRAM技術64K256K1M4K16M64M256M1G特征尺寸/m21.510.80.50.350.250.20.1工藝步數(shù)1001

19、50200300400500600700800潔凈度等級1000-1001001010.1 m0.1 m0.1 m0.1 m 表0-4 超大規(guī)模集成電路的發(fā)展及相應控制微粒的粒徑投產年度項目1997199920012003200620092012集成度 (DRAM)256M1G1G4G16G64G256G線寬/m0.250.180.150.130.100.070.05控制粒子直徑/m0.1250.090.0750.0650.050.0350.025 表0-5 每平方米芯片上空氣塵埃粒子的最大允許值集成度成品率Y(%)64M256M1G4G16G64G9055382516118801248456

20、3724770195132控制粒子尺寸/m0.0350.0250.0180.0130.010.007 表0-6 化學污染物控制指標 年份項目19951997199819992001200320042006200720092010DRAM集成度64M256M1G4G16G64G線寬/m0.350.250.18-0.150.130.100.07硅片直徑/m200200300300400450400450受控粒子尺寸/m0.120.080.060.040.030.02粒子數(shù)（柵清洗）/(pc/m2)1400950500250200150重金屬(Fe)/(原子/cm2)5×10102.5&#

21、215;10101×10105×1092.5×1092.5×109有機物(C)/(原子/ cm2)1×10145×10133×10131×10135×10123×1012 2.食品工業(yè)食品工業(yè)的工藝主要有發(fā)酵、釀造、加工、灌封、包裝等。在這些過程中，空氣的潔凈除菌是保證產品質量的關鍵之一。如灌封、包裝過程中，如果包裝容器除菌不徹底而帶有細菌，那么食品的保質期必然縮短，嚴重時會影響食用者的身體健康。實踐證明，我們不僅要重視對食品內容物和灌包裝容器的滅菌，而且不能輕視空氣的污染。空氣的污染一般來自兩

22、個方面，一是從室外進入室內的空氣未經凈化處理，帶有大量微生物。另一方面，在食品加工車間的地面、墻壁、頂棚上，因為沾有糖分、淀粉、蛋白質等粒子，當溫度、濕度適宜時，細菌就會在這些表面繁殖，并隨著空氣流吹散到房間的各個角落。因此食品生產工藝需要無菌操作。食品生產的無菌操作不僅是對產品的防腐保質期限的影響，更重要的是空氣潔凈技術在食品生產中，尤其是在釀造、發(fā)酵中對酵母菌的純種培育、分離、接種、擴種以及防止雜菌體的污染，提高產品質量保持食品在色、香、味、營養(yǎng)等方面有著重要的作用。3.醫(yī)療如前所述，在醫(yī)院這個特殊環(huán)境中，對空氣環(huán)境進行控制是非常重要的。所謂的對空氣環(huán)境控制包括兩方面，其一是提高環(huán)境的舒適

23、性。舒適的空調環(huán)境是治療與康復的一個重要因素，在某些情況下，甚至是主要的治療方法。大量的醫(yī)學臨床研究證明，病人在適宜的空調環(huán)境中，通常比在非控制環(huán)境中體質的恢復更快。例如，相對干燥和適宜的空氣溫度，可防止手術或外傷病人因皮膚出汗而感染傷口。另一方面，通過對空氣環(huán)境的控制，可以防止病毒、細菌的傳播，特別是某些特殊病房尤為重要，如手術室、白血病治療室、燒傷病房、臟器移植病房等。4. 生物實驗在遺傳工程、病理檢驗、細胞組織培養(yǎng)、疫苗培養(yǎng)等研究方面，常常需要在無菌無塵的環(huán)境中進行操作，一方面要求試件不受其他微生物的污染以保證實驗的精度，另一方面要求所研究的材料如病毒、高危險度病原菌、放射性物質不外溢，

24、防止危害操作者的健康及污染環(huán)境。對于這類實驗用潔凈室，除一般潔凈室所必須的設置要求外，還要求具有兩級隔離。第一級通常是用生物安全工作柜使工作人員與病原體等危險試件隔離；第二級是將實驗區(qū)與其他環(huán)境區(qū)隔離。同時實驗室處于負壓狀態(tài)。5. 實驗動物飼養(yǎng)為了臨床試驗的需要，某些醫(yī)院或科研單位往往設置一定規(guī)模的實驗動物飼養(yǎng)房，飼養(yǎng)某些特定的實驗動物，用于對使用于人體的醫(yī)療設備、手術方案、藥品制劑等的試驗，以監(jiān)測其安全性。在實驗動物中，控制微生物是特別重要的，也是借以研究其對人類生命健康影響的手段。如果實驗動物感染了致病性微生物、病毒或寄生蟲，就可能導致試驗全部失敗。因此，對于影響實驗動物飼養(yǎng)房的環(huán)境因素，

25、諸如空氣溫度、濕度、氣流速度、微生物和塵埃顆粒物等，須按照動物種類和設施環(huán)境要求予以控制?？諝鉂崈艏夹g還廣泛應用于宇航、儀器儀表、精密機械制造等生產行業(yè)。第一章 環(huán)境污染物及污染源空氣污染是與空氣潔凈相對應的概念。所謂“污染”是指作為研究對象的物體或物質，由于某些物質如塵埃微粒、微生物等的混入、粘附和作用，而使研究對象本身所具有的功能和性能受到不良影響，或不良影響所導致的狀態(tài)。通常我們把引起污染的物質稱為污染物或污染物質。產生污染物的根源稱為污染源?？諝鉂崈舻哪康模褪且獦O大程度地將空氣介質中的污染物除掉。因此空氣潔凈包括兩個方面，一是指對空氣的凈化“行為和過程”；二是指潔凈空氣所處的潔凈“狀

26、態(tài)”，或維持空氣的潔凈狀態(tài)。為實現(xiàn)這兩個目的，潔凈空調系統(tǒng)及設施就必須能夠有效地阻止室外污染物進入室內，同時迅速有效地排除室內產生的污染物，創(chuàng)造并維持一個潔凈的空氣環(huán)境。在空氣潔凈技術中，含有懸浮微粒的空氣介質是一種分散體系，我們把它稱為氣溶膠，把空氣中的微粒稱為分散相。以分散相處于懸浮狀態(tài)的微粒粒子稱為氣溶膠粒子。根據(jù)國際標準化組織ISO的定義，氣溶膠是指沉降速度可以忽略的固體微粒、液體微?；蚬腆w和液體粒子在氣體介質中的懸浮體。第一節(jié) 污染物的分類我們所接觸的環(huán)境包括室外大氣環(huán)境和室內環(huán)境。當環(huán)境地點、工廠產品種類及生產過程不同時，其污染物的種類不同，污染性質也不同。通常所指的空氣污染物主要

27、有以下三類：1. 懸浮在空氣中的粒狀污染物。包括固體和液體微粒。2. 懸浮在空氣中的細菌、病毒等微生物。3. 各種對環(huán)境、人體或生產過程有害的氣體。當潔凈室的使用用途不同時，其所要凈化的污染物也不同。對于一般工業(yè)潔凈室需要凈化的污染物主要是懸浮在空氣中的塵埃微粒；對于醫(yī)院病房、手術室、生物實驗室等建筑，包括細菌、病毒在內的空氣中的微生物把塵埃微粒作為載體附著，因此這一類生物潔凈室除對塵埃微粒凈化外，還應控制微生物在空氣中的數(shù)量。微粒的分類方法一般有以下幾種：一、 按微粒的形成過程分1. 分散性微粒。固體或液體物質在分裂、破碎、氣流、振蕩等作用下變成懸浮狀態(tài)而形成。其中固體分散性微粒是形狀不規(guī)則

28、的粒子，或是由集結不緊、凝并松散的粒子組合形成的類球形粒子。2. 凝集性微粒。通過物質的燃燒、升華和蒸汽凝結以及氣體反應而形成。包括固態(tài)凝集性微粒和液態(tài)凝集性微粒。其中固態(tài)凝集性微粒是由數(shù)目較多的、有著規(guī)則結晶形狀或者球狀的原生粒子結成的松散集合體組成；液體凝集性微粒是比液態(tài)分散性微粒小得多、多分散性也小的粒子組成。大氣中非生物性粒狀物質大多是由固體、液體的破碎、蒸發(fā)、燃燒、凝集產生的，其形成過程有物理作用也有化學作用。經機械粉碎加工形成的粒子形狀多為不規(guī)則形體，而經化學結晶作用形成的粒子形狀為物質的結晶狀，和物質的化學成分有關。液體粒子一般多為球狀。二、 按微粒的大小分空氣中懸浮微粒的粒徑范

29、圍一般為10-710-1cm，在這個范圍內，隨著微粒粒徑大小的變化，它的物理性質和規(guī)律都將發(fā)生變化。1. 可見微粒。微粒直徑為d >10m，通過肉眼可以觀察到這些微粒。2. 顯微微粒。微粒直徑為d =0.2510m，在普通顯微鏡下可以看見。3. 超顯微微粒。微粒直徑為d <0.25m，在超顯微鏡或電子顯微鏡下可以看見。以上是人們按照觀察手段對微粒分類的習慣劃分方法。在ISO14644-1標準中，為了和空氣潔凈度相聯(lián)系，把0.10.5m的粒子稱為微粒，把<1m的粒子稱為超微粒子，把>0.5m的粒子稱為大粒子。三、 按微粒的來源分1. 有機性微粒。如：植物纖維、動物毛、發(fā)、

30、角質、皮屑、化學染料和塑料等。2. 無機性微粒。如：金屬塵粒、礦物塵粒和建材塵粒。3. 生物微粒。如：各種藻類、細菌、菌類、原生動物和病毒等微生物。在這些微粒中，和空氣凈化關系最直接的是細菌、菌類（如真菌）和病毒。微生物不僅在空氣中，而且在水中、土壤中，在動、植物的體內和體表面都有生存。環(huán)境地點溫、濕度條件不同其微生物量不同。表1-1 不同環(huán)境的微生物量環(huán) 境土壤/pc·g-1水/pc·g-1空氣/pc·g-1人體皮膚/pc·cm-2地板/pc·m-2微生物量104101014104610131047空氣中的微生物主要附著在塵埃粒子上，微生物與

31、其它污染物的最大區(qū)別在于它是有生命的，具有生長、繁殖及延續(xù)生物學全過程的能力。只要條件適宜就會通過細胞分裂繁殖生長。以細胞為例，在溫度、濕度適宜的條件下，一般每2030分鐘就可分裂繁殖一次，其一晝夜的繁殖量可達21624個；微生物的另一個重要特征是生存能力強。許多微生物對惡劣環(huán)境有極強的抵抗力，可以耐高溫、高寒，還能抗陽光輻射和紫外線等。當長期使用某一種殺菌劑后，有些細菌還會產生耐藥性。微生物是個群體概念，大約有50萬種之多，所以微生物的粒徑范圍很寬。目前對微生物進行研究的單位較多，并對微生物的粒徑進行了測定。由于測試條件、手段、時間、地點的不同，其測定結果有很大的差異。一般認為，約在0.00

32、230m之間，細菌的顆粒粒徑為0.335m；病毒顆粒粒徑為0.0030.45m。而室外大氣中的懸浮塵埃微粒的粒徑在0.0112m之間，一般塵埃的粒徑則在101000m之間。當細菌、病毒在內的各種微生物附著在塵埃粒子上，并以塵埃粒子中的水分及營養(yǎng)維持生命懸浮在空氣中時，污染物的顆粒粒徑遠大于微生物的自身尺寸。實驗證明，空氣中與疾病有關的帶菌粒子直徑一般為420m，來自人體的微生物主要附著在1215m的塵埃上。由此可以得出如下推論，在空氣凈化系統(tǒng)中使用空氣過濾器過濾塵埃時，對菌類的過濾效率高于對塵埃的過濾效率，只要控制了潔凈室內空氣的塵埃濃度，也就控制了細菌的濃度。這一推論奠定了在潔凈空調系統(tǒng)中可

33、以使用空氣過濾器除塵并達到除菌目的的方向。表1-2 部分常見病原微生物特征名稱粒徑/m生存環(huán)境條件對抗生素的敏感性引發(fā)病癥舉例備注溫度Ph值病毒0.020.3適宜生長溫度2560，大部分在5565不到1小時被滅活一般對酸性環(huán)境不敏感，對堿性環(huán)境敏感不敏感流感、水痘、甲肝、乙肝和SARS部分嗜超熱菌在75以上依然生存良好細菌0.53.0適宜生長溫度2560在ph值410范圍內可以生存，一般要求中性或偏堿性敏 感痢疾、百日咳、霍亂、流感、破傷風真菌210適宜生長溫度2337，最高溫度為60大部分生長在ph值6.5以下的酸性環(huán)境中不敏感濕疹性皮炎、慢性肉芽腫樣炎癥、潰瘍四、 微粒的通俗分類在日常生活

34、和工作中，人們往往采用諸如“灰塵”、“煙”、“霧”等術語來表述空氣的污染狀況。這些術語在空氣潔凈技術中也常常被采用。這些術語就是對微粒的通俗分類。1. 灰塵 包括所有固態(tài)分散性微粒。這類微粒在空氣中的運動受到重力、擴散等多種因素的作用。是空氣潔凈技術中接觸最多的一種微粒，也稱為粉塵。這類微粒在工業(yè)區(qū)的空氣中含量較多。如水泥廠、鋼鐵廠、石料粉碎、礦物裝卸場等地點。2. 煙。包括所有固態(tài)凝集性微粒以及液態(tài)粒子和固態(tài)粒子因凝集作用而產生的微粒。還有從液態(tài)粒子過渡到結晶粒子而產生的微粒；“煙”通常是指由冶金過程形成的固體粒子氣溶膠。它是由熔融物質揮發(fā)后生成的氣體物質的氣凝物，在生成過程中總是伴有諸如氧

35、化類的化學反應。一般情況下，煙的微粒大小遠在0.5m以下（如燃煤、木材、燃油等物質燃燒產生的煙）。在空氣中主要呈布朗運動，有相當強的擴散能力，在空氣中很難沉降。3. 霧。包括所有液態(tài)分散性微粒和液態(tài)凝集微粒?！办F”系指屬于氣體中液滴的懸浮體的總稱。其運動性質主要受斯托克斯定律支配。如SO2氣體產生的硫酸霧；因加熱和壓縮空氣的作用產生的油霧。4. 煙霧。包括所有液態(tài)和固態(tài)微粒，既含有分散性微粒又含有凝集性微粒。微粒大小從十分之幾微米到幾十微米。最典型的是工業(yè)區(qū)空氣中由煤粉塵、二氧化硫一氧化碳和水蒸汽所形成的結合體。如鋼鐵廠產生的氧化鐵煙霧。 表1-3 按微粒形成過程的分類微粒分類名 詞粒徑/m形

36、成過程固態(tài)灰塵（粉塵）1001固體物質的粉碎、裝卸凝結固體煙霧10.1燃燒、升華、蒸發(fā)或化學反應產生的蒸汽的凝結煙0.30.001燃料燃燒液態(tài)靄(煙霧)1001蒸汽凝結、化學反應、液體噴霧霧505水蒸汽凝結第二節(jié) 微粒粒徑的量度在日常工作和生活所處的環(huán)境中，不含任何懸浮微粒的理想潔凈空氣是不存在的。也就是說我們所接觸的空氣都是處于氣溶膠的狀態(tài)。氣溶膠粒子在空氣中如何運動和分布，是空氣潔凈技術的重要基礎。氣溶膠粒子的性質及在空氣中的懸浮狀態(tài)取決于以下因素：1. 空氣的流動速度。 2. 粒子的大小尺度和密度。 3. 粒子尺寸大小的分布。 4. 粒子的化學成分。5. 空氣的粘性和空氣分子布朗運動影響

37、。在空氣靜止或在室內空氣流速較小可以忽略狀態(tài)下，微粒的大小尺度和密度是影響顆粒重力沉降速度的主要因素。微粒的尺度增加，重力沉降速度增加，不容易形成氣溶膠；相反，小尺寸的微粒受空氣粘滯力和空氣分子布朗運動的影響，在空氣中容易產生擴散。如果微粒的擴散速度大于其重力沉降速度，微粒就可能處于懸浮狀態(tài)。有一部分微小的粒子也會由于相互間的碰撞而凝聚在一起。當尺寸增大到一定程度時，就可能沉降下來。因此，對空氣中微粒的評價和測定以及在選定空氣凈化系統(tǒng)時，首先要涉及到微粒尺度大小的問題。除微小液滴粒子在空氣中成球形外，其它粒子為結晶狀、塊狀、針狀、片狀、線狀等形狀各異。因此必須對微粒的尺度給予確定。一、微粒的粒

38、徑微粒的尺度大小通常以粒徑表示。但是微粒特別是灰塵粒子并不都具有規(guī)則的外形。因此，通常所稱微粒的“粒徑”并不是真正意義的微粒直徑?！傲健钡囊饬x通常是指通過微粒內部的某一個長度因次。常用的粒徑有：定方向切線徑、投影最大線距、當量直徑、沉降直徑等。二、平均粒徑由于微粒形狀極不相同，按上述方法得到的粒徑，對于一個微粒群來說也是不一樣的。這在實際應用中就很不方便。因此，必須確定一個能反映全部微粒特征的粒徑的平均數(shù)值。這就是“平均粒徑”。它是用特殊的方法表示全部微粒某種特征的一個假設的微粒直徑。設實際的全部微粒粒徑為d1, d2,dn, 它們的某種特性（如光的散射特性）可用f(d1), f(d2)，f

39、(dn)來表示，則這一群微粒所具有的這種特性f(d)和各個微粒的這種特性應有如下關系：f(d) = f(d1) + f (d2) + + f (dn)假想另有一群具有相同粒徑D1的微粒，和實際的微粒群有著相同的某種特性（如光的散射特性），那么就應該有：f(d) = f(D1) 成立。粒徑D1，就是針對某種特性而言的這群微粒的平均粒徑。我們一般認為假想的微粒群是一群相同大小的球體。平均粒徑有：算術平均直徑、比長度直徑、中值直徑、等。13微粒的統(tǒng)計分布在一群微粒中，如果微粒大小的尺寸集中而為單一的尺寸或接近某一尺寸，這種微粒稱為單分散相微粒，其集中度最高。如果微粒大小尺寸分散，這種微粒稱為多分散相

40、微粒，其集中度低。一、粒徑的分布曲線在確定微粒的特性時，往往要確定粒徑的分布規(guī)律，粒徑分布曲線是指微粒按粒徑大小范圍分組后重復出現(xiàn)的次數(shù)（或頻率）所形成的關系曲線。某一尺寸范圍粒子群的微粒占總體數(shù)量或重量的百分數(shù)稱為粒子群的分散度。二、微粒的統(tǒng)計分布1. 按粒徑的正態(tài)分布和對數(shù)正態(tài)分布2. 在雙對數(shù)紙上的粒徑分布3. 按密度的分布 微 粒 的 平 均 直 徑 表11符號名 稱意 義算 式Dmod模型直徑標本或試樣中大多數(shù)的微粒的直徑，是所有借頻率分布算出的直徑中最小的從粒徑頻率分布曲線最高點求得D50或Dm中值（或中位）直徑大于此直徑的微粒數(shù)恰好等于小于此直徑的微粒數(shù)，為粒數(shù)中值直徑；大于此直

41、徑的微粒重量（質量）恰好等于小于此直徑的微粒重量（質量），為重量（質量）中值直徑從粒徑累積頻率分布曲線上50%的微粒數(shù)（重量或質量）處求得或D1算術（或粒數(shù)）平均直徑是一種算術平均值，也是習慣上最常使用的粒徑。但是由于作為氣溶膠的微粒群中小顆粒常占多數(shù)，即使重量小，也能大大降低算得的平均值，所以在反映微粒群中微粒的真實大小和該微粒群的物理性質上有很大局限性 ni為各粒徑的粒數(shù)ni為總粒數(shù)D2比長度（或長度平均）直徑是由各微粒的投影面積除以相應的直徑的和的總數(shù)而得，即單位長度的平均直徑D3比面積（或面積平均）直徑是由各微粒的總體積除以相應的斷面積的和的總數(shù)而得，即單位面積的平均直徑D4比重量（或

42、重量平均、質量平均、體積平均）直徑基于單位重量的表面積而得，即單位重量（體積、質量）的平均直徑，比其它各徑都大Ds平均面積直徑是按微粒粒數(shù)平均面積的直徑DV平均體積（重量或質量）直徑是按微粒粒數(shù)平均體積（重量或質量）的直徑Dg幾何平均直徑是對數(shù)正態(tài)分布時，頻率最大的粒徑，等于中值直徑。總是等于或小于算術平均值從對數(shù)正態(tài)分布曲線的最高點求得 第二章 大氣中的懸浮微粒大氣塵 大氣塵是空氣凈化的直接處理對象，所謂大氣塵是指大氣中的懸浮微粒。既包含固體微粒也包含液體微粒的多分散氣溶膠。大氣塵的粒徑一般小于10m。21 大氣塵的發(fā)生源及組成一、自然發(fā)生源和人為發(fā)生源1.自然發(fā)生源如：海風帶入空氣中的海鹽

43、微粒、風吹起的土壤微粒、植物花粉等；2.人為發(fā)生源 在人為發(fā)生源中，近代工業(yè)技術發(fā)展所造成的大氣污染占主要地位。如燃煤、燃油產生的灰分、SO2、煙霧等。大氣塵污染源 表21發(fā)塵裝置粉塵性質鍋爐焦渣、飛灰、煤粉水泥窯石粉、水泥礦石燒結爐金屬硫氧化物、飛灰、礦石粉熔礦爐礦石粉、焦炭粉、礦渣煉鋼平爐氧化鐵窯飛灰、煤粉轉爐渣燒廢爐渣、飛灰、炭渣硫酸設備硫酸煙霧礦石粉碎礦石粉二、大氣塵的組成1. 無機性非金屬微粒主要有礦物（包括砂土）的碎屑、煤粉、碳黑和金屬。2. 金屬微粒大氣塵中金屬成分和工業(yè)發(fā)展有很大關系。在一些工業(yè)發(fā)達國家的大氣塵中發(fā)現(xiàn)金屬特別是重金屬（鉛、鎘、鈹、錳、鐵等）的含量增加。3. 有機

44、性微粒在大氣塵的有機性微粒部分，植物花粉是很重要的組成部分。其花粉的數(shù)量與季節(jié)有關。春夏之交是花粉最多的時候。 大氣塵的一般組成 表22組成含有率礦物碎片、燃燒物的渣滓1090煙、花粉020棉等植物纖維540腐敗植物、皮屑010煤、碳、水泥、混凝土等細粉040金 屬00.5微生物（藻類、菌類、病毒）極 微22大氣塵的濃度一、大氣塵濃度1. 計數(shù)濃度以單位體積空氣中含有的塵粒個數(shù)表示，記作粒升。2. 計重濃度（質量濃度）以單位體積空氣中含有的塵粒質量表示，記作mg /m3。3. 沉降濃度以單位時間單位面積上自然沉降下來的塵粒個數(shù)或重量表示 (粒/厘米2·時或噸/公里2·月)。

45、4. 粒徑顆粒濃度單位體積空氣中含有的某一粒徑范圍內的灰塵顆粒數(shù) (粒/m3或粒/升)。大氣塵的濃度變化很大，為了科學地確定大氣塵的濃度，應該區(qū)分是瞬時（一次）值還是平均值，是最大值還是最小值，或是同時給出平均、最大 、最小三個數(shù)值。在平均值里還應區(qū)分是1小時平均、24小時（日）平均或月平均。時間越長其平均值越小。必要使還應指明連續(xù)平均的時間。例如連續(xù)48小時的1小時平均值，或每天白天8小時的1小時平均值。最大、最小值也同樣應指出其時間性，即每日最大（?。┗蛎吭伦畲螅ㄐ。┲?。從環(huán)境衛(wèi)生角度，大氣塵的濃度均采用計重濃度輔助以沉降濃度。在空氣潔凈技術中采用計數(shù)濃度，但計重濃度也有一定的參考價值。如

46、計算過濾器負荷時還要用到它。一部分國家大氣塵標準見表23。我國大氣環(huán)境質量標準(GB309582)區(qū)分了飄塵（指10m以下的微粒）濃度和總懸浮微粒（T.S.P，指100m以下的微粒）濃度，并規(guī)定飄塵濃度為參考指標。把級別劃分為三級：一級標準 為保護自然生態(tài)和人群健康，在長期接觸情況下不發(fā)生任何危害影響的空氣質量要求。二級標準 為保護人群健康和城市、鄉(xiāng)村的動植物，在長期和短期接觸情況下不發(fā)生傷害的空氣質量要求。三級標準 為保護人群不發(fā)生急、慢性中毒和城市一般動植物（敏感者除外）正常生長的空氣質量要求。該標準規(guī)定，國家規(guī)定的自然保護區(qū)、風景游覽區(qū)、名勝古跡和療養(yǎng)地等為一類區(qū)，執(zhí)行一級標準。 一部分

47、國家大氣塵標準表23 國別標準制定部門含塵濃度（ mg / Nm3）規(guī)定不超過允許限度時間（%）注24小時平 均1小時平 均限度平均時間美國1971年空氣質量國家標準 類 類農 村居住區(qū)工業(yè)區(qū)0.260.150.130.150.21年中99.7%1年中99.7%1年中95%1年中95%1年中95%日本環(huán)境控制標準1971年大氣污染防止法0.150.10.2連續(xù)24小時的1小時平均，離住宅約25米以內任何情況下蘇聯(lián)0.150.530分鐘100%法國建議指示值：巴黎類特種保護區(qū)0.150.3597.8%意大利0.30.7530分鐘50%8小時內94%瑞典1970年準備的標準0.1一個月99%西德建

48、議指示值0.4830分鐘中國1982年國家標準GB3095-82：大氣環(huán)境質量標準總懸浮微粒一級標準二級標準三級標準飄塵一級標準二級標準三級標準0.150.300.500.050.150.250.301.001.500.150.500.70任何一次任何一次任何一次任何一次任何一次任何一次城市規(guī)劃中確定的居民區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)，文化區(qū)、名勝古跡和廣大農村等為二類區(qū)，執(zhí)行二級標準。大氣污染程度比較重的城鎮(zhèn)、工業(yè)區(qū)及城市交通樞紐、干線等為三類區(qū)，執(zhí)行三級標準。由于大氣塵濃度值的大小直接影響人體健康，所以各國都有自己的大氣塵計重標準。很多國家都把0.2或0.15 mg/m3看成污染的濃度極限。在空

49、氣潔凈技術中，最常用的是以d0.5m的微粒數(shù)量為準的計數(shù)濃度。以最干凈的同溫層（距地表10km）來說，這樣的微粒約有20粒/升。二、影響大氣塵濃度和分布的因素1.風的影響在現(xiàn)代城市中大氣塵發(fā)生源的主要形式可分為點（煙囪等排放裝置）、線（機動車密集的道路）和面（工業(yè)區(qū)），而起傳播污染作用的主要是風。就大部分情況來說，由于污染物在大氣中的排放濃度與總排放量成正比，而與平均風速成反比，所以風速增加一倍，下風側污染物濃度則可減少一半。當風速從0變化到4m/s時，含塵濃度變化見表24。 大氣含塵濃度與風速的變化關系 表24風 速（m / s）024大氣塵濃度（粒/升）34600023000084000

50、從實測結果也可以看到，濃度和風速的同步性非常明顯。而且可以看出濃度稍有一點滯后。在最大風速過去之后可以出現(xiàn)濃度的最低值。也就是說濃度和風速成反比。在我國的大部分地區(qū)，尤其是東部季風區(qū)，一般全年有兩個盛行風向。由于有些地區(qū)出現(xiàn)了兩個或兩個以上主導風向，則主導風向上風側可以避免污染的概念就失去了實際意義。同時風的影響不僅取決于風頻，而且取決于風速。當風頻小而風速也小時，其下風側的污染可能增大。因此有關資料提出了污染風頻的概念：污染風頻=定向盛行風頻×全年平均風速定向盛行平均風速污染風頻對于潔凈室在總圖上的位置有著重要意義。當只有一個主要盛行風向時，潔凈室或潔凈區(qū)要盡量布置在盛行風的上風側

51、；當有兩個盛行風時，則應布置在一側（見圖21、22）。圖中污染區(qū)域：包括鍋爐房、煤場、建筑工地、排放污染的車間等； 一般區(qū)域：包括一般生產車間、辦公設施等。2.濕度的影響廣義的大氣塵包括固態(tài)微粒和液態(tài)微粒兩部分。而粒徑從0.1m直至0.001m之間的微粒雖也屬于永久大氣塵的范圍，但是被專門叫做凝結核。凝結核包括（1）溶解性凝結核：吸水性很強且能溶于水。如氯化鈉、硫酸鹽等； （2）吸濕性凝結核：不溶于水但能被水濕潤。如土壤粒子、礦石粒子、煙灰粒子等。硫酸鹽一類溶解性凝結核的產生量，主要是在水汽參與下由SO2到硫酸霧的形成多少所決定。所以空氣中水汽的含量即絕對濕度是影響這類微粒數(shù)量的重要因素。溶解

52、性凝結核吸濕后開始溶解為溶液，并使自身不斷增大。對于非溶解性凝結核，水汽在其上凝結主要取決于表面過飽和度（Er mE）/E(Er m為液滴上的飽和水汽壓，E為空氣的飽和水汽壓)。凝結核越大，發(fā)生凝結時所要求的表面過飽和度越小。即允許E越大，也就是空氣的相對濕度可以越小。反之，相對濕度越大，則可使更小的凝結核吸濕增大。因此，認為只有相對濕度或絕對濕度是影響大氣塵濃度的因素是不全面的。結論：絕對濕度主要影響溶解性凝結核初始的吸濕，而凝結核進一步的溶解和增大（后者包括非溶解性凝結核）則主要取決于相對濕度。由于計數(shù)測塵儀器一般都有一個粒徑下限，當凝結核吸濕而增大以后，使大量小的不可測的微粒超過這一下限

53、而進入到可測的范圍，這就不僅使測得的大氣塵計數(shù)濃度升高，而且小微粒的比重也變大了。因此早晨的濕度較高時其大氣塵濃度較高。3.高度的影響離地面高度不同，對所測大氣塵濃度也有很大影響。由于具體環(huán)境不同，在含塵濃度的垂直分布中其值也可能不同，甚至可能有一層、二層甚至三層最大值，一般是離地515米處的含塵濃度受地面影響較小，較穩(wěn)定。日本環(huán)境廳在有關規(guī)定中提出大氣塵采樣高度以510米為最好。1979年由中國醫(yī)學科學院環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測站編訂的全球大氣監(jiān)測工作條例（草案），也規(guī)定采擇口應在34米高度以上。4.綠化的影響綠化對降低大氣塵濃度有一定作用。根據(jù)研究，一般葉片寬大、平展、硬挺而風吹不易晃動、葉面粗糙多茸毛，總葉量又大的樹木，有利于滯塵。下表是實際測定的空曠地帶與綠化地帶大氣含塵濃度的比較?？諘绲貛c綠化地帶大氣含塵濃度比較 表25與污染源的距離及方向綠 化 情 況大氣塵濃度(mg/m3)綠化減塵率（%）東南（測定時處于下風側）360米空曠地1.553.3懸鈴木（郁閉度0.9）林下0.7西南（測定時處于下風側）360米空曠地2.437.1刺楸樹叢背后1.4東（測定時處于下風側）250米空曠地0.560懸鈴木林帶（高15米寬20米郁閉度0.9