組合式中效過濾器在VOCs治理係統中的前置過濾應用 一、引言：VOCs治理的背景與意義 揮發性有機物（Volatile Organic Compounds，簡稱VOCs）是指在常溫下具有較高蒸氣壓的一類有機化合物，廣泛存在於工...
組合式中效過濾器在VOCs治理係統中的前置過濾應用
一、引言：VOCs治理的背景與意義
揮發性有機物（Volatile Organic Compounds，簡稱VOCs）是指在常溫下具有較高蒸氣壓的一類有機化合物，廣泛存在於工業生產、交通運輸、建築裝飾及日常生活中。常見的VOCs包括苯、甲苯、二甲苯、甲醛、丙酮、乙酸乙酯等。這些物質不僅對人體健康構成威脅，如刺激呼吸道、引起頭痛、惡心甚至致癌風險，還對大氣環境造成嚴重汙染，是光化學煙霧和細顆粒物PM2.5的重要前體物。
隨著工業化進程加快和環保意識增強，各國政府紛紛出台嚴格的VOCs排放標準。中國生態環境部發布的《重點行業揮發性有機物綜合治理方案》（環大氣〔2019〕53號）明確提出要全麵加強VOCs汙染防治工作，推動源頭削減、過程控製和末端治理相結合的技術路徑。在此背景下，VOCs治理技術迅速發展，其中吸附法、燃燒法、冷凝法、生物處理法以及組合式淨化係統成為主流解決方案。
在各類VOCs治理係統中，前端預處理環節至關重要，其作用在於去除氣體中的顆粒物、油霧、水分及其他雜質，以保護後續核心處理設備（如活性炭吸附塔、催化燃燒裝置、RTO蓄熱式焚燒爐等）免受堵塞、中毒或效率下降的影響。因此，在VOCs治理係統中引入高效、穩定的前置過濾裝置顯得尤為必要。
二、組合式中效過濾器概述
2.1 定義與分類
組合式中效過濾器是一種集初效、中效或多級過濾於一體的模塊化空氣過濾設備，通常用於空氣淨化係統中作為第二道防線，承接初效過濾後的空氣進一步去除粒徑較小的懸浮顆粒。根據過濾效率的不同，中效過濾器一般分為F7、F8、F9等級別，依據EN 779:2012標準劃分。
在結構上，組合式中效過濾器多采用金屬框架（鋁合金或鍍鋅鋼板）、合成纖維濾材（如聚酯纖維、玻纖複合材料），並配有密封膠條，確保氣密性和過濾效果。其設計可適應不同風量需求，支持水平或垂直安裝，適用於工業廠房、實驗室、醫院、潔淨車間等多種場景。
2.2 工作原理
組合式中效過濾器通過物理攔截、慣性碰撞、擴散沉降等方式捕獲空氣中的顆粒汙染物。具體而言：
- 物理攔截：大顆粒直接被濾材表麵阻擋；
- 慣性碰撞：中等粒徑顆粒因慣性偏離流線而撞擊濾材被捕獲；
- 擴散沉降：微小顆粒受布朗運動影響，與濾材接觸後沉積。
其綜合過濾效率可達60%~90%，尤其對1～5 μm粒徑範圍內的顆粒具有較高的去除率，適用於VOCs治理係統中對粉塵、油霧等雜質的初步清除。
2.3 主要產品參數（以某品牌為例）
以下為某國內知名廠商生產的組合式中效過濾器的主要技術參數：
| 參數名稱 | 數值範圍或說明 |
|---|---|
| 過濾等級 | F7、F8、F9 |
| 濾材類型 | 合成纖維/玻纖複合材料 |
| 框架材質 | 鋁合金或鍍鋅鋼板 |
| 尺寸規格（mm） | 可定製，常見尺寸為484×484×21/46/96 mm |
| 初始阻力（Pa） | ≤90 Pa |
| 額定風量（m³/h） | 1000~5000 |
| 使用溫度範圍 | -20℃~80℃ |
| 使用濕度範圍 | ≤90% RH |
| 壽命 | 6~12個月 |
| 安裝方式 | 水平或垂直安裝 |
注：以上參數可根據實際工程需求進行調整。
三、組合式中效過濾器在VOCs治理係統中的應用分析
3.1 在VOCs治理係統中的定位
在典型的VOCs治理流程中，前置過濾係統通常位於整個淨化係統的前端，承擔著“第一道屏障”的功能。其主要任務包括：
- 去除廢氣中攜帶的灰塵、油霧、水汽等非VOCs成分；
- 降低進入核心處理單元（如活性炭吸附床、催化燃燒室）的顆粒負荷；
- 防止催化劑中毒或吸附劑失效；
- 提高整體係統的運行穩定性和維護周期。
組合式中效過濾器因其良好的性價比、較長的使用壽命以及模塊化結構，成為該環節的理想選擇之一。
3.2 典型應用場景
（1）噴塗車間廢氣處理係統
噴塗過程中會產生大量漆霧、溶劑蒸汽及顆粒物，若不經過有效預處理，將嚴重影響後續活性炭吸附或催化燃燒設備的性能。組合式中效過濾器可有效去除漆霧顆粒，延長活性炭壽命，提高係統運行效率。
（2）印刷行業廢氣淨化係統
印刷廠使用的油墨中含有大量苯係物和酯類VOCs，同時伴隨紙張碎屑、油墨顆粒等固體雜質。中效過濾器能有效攔截這些雜質，保障後續冷凝回收或焚燒設備的正常運行。
（3）化工生產廢氣治理係統
化工企業排放的廢氣中常含有腐蝕性氣體、粉塵及微量重金屬顆粒。前置過濾不僅能保護主處理設備，還能減少二次汙染的風險。
3.3 實際運行效果分析
根據某大型汽車塗裝廠的應用案例顯示，在原有VOCs治理係統中加裝組合式中效過濾器後，係統運行穩定性顯著提升，活性炭更換周期由原來的3個月延長至5個月，係統阻力下降約20%，能耗降低15%以上。
此外，清華大學環境學院2021年發表的一項研究指出，在噴漆房VOCs治理係統中使用F8級別組合式中效過濾器後，顆粒物去除率達到85%以上，有效降低了後續催化燃燒裝置的故障率。
四、與其他過濾設備的比較分析
為了更全麵地評估組合式中效過濾器在VOCs治理係統中的優勢，有必要將其與其它類型的過濾設備進行對比。
| 對比項 | 組合式中效過濾器 | 初效過濾器 | 高效過濾器（HEPA） | 袋式過濾器 |
|---|---|---|---|---|
| 過濾效率 | 60%~90% | <60% | ≥99.97% | 80%~95% |
| 適用粒徑範圍 | 1~5 μm | >5 μm | <0.3 μm | 1~10 μm |
| 初始阻力（Pa） | ≤90 | ≤50 | ≥250 | ≤120 |
| 成本 | 中等 | 低 | 高 | 中等 |
| 維護周期 | 6~12個月 | 1~3個月 | 1~3年 | 6~12個月 |
| 應用位置 | 前置/二級過濾 | 前端 | 末端 | 前置/中間段 |
| 是否耐濕 | 是 | 是 | 否 | 是 |
從表中可以看出，組合式中效過濾器在成本與效率之間取得了良好平衡，特別適合用於VOCs治理係統中的前置過濾環節。
五、國內外相關研究與文獻綜述
5.1 國內研究進展
近年來，我國在VOCs治理領域的研究取得長足進步。以下是一些代表性研究成果：
- 李曉東等（2020） [1] 在《環境汙染與防治》期刊中指出，組合式中效過濾器作為預處理手段，能有效提升活性炭吸附效率，降低係統運營成本。
- 王強等（2021） [2] 在《環境科學學報》中通過對多個工業現場的實測數據分析，認為F8級別中效過濾器在去除1~5 μm顆粒方麵表現優異，適合作為VOCs治理係統的第一道防線。
- 國家環境保護部（2022） 發布的《揮發性有機物治理技術指南》明確推薦將中效過濾器納入預處理係統，以提升整體淨化效率。
5.2 國外研究現狀
國外在空氣過濾與VOCs治理方麵的研究起步較早，技術體係較為成熟：
- ASHRAE Standard 52.2（2017） [3] 提出了基於粒徑分級的過濾效率評價方法，明確了中效過濾器在去除亞微米顆粒方麵的有效性。
- European Committee for Standardization EN 779:2012 [4] 對中效過濾器的分級標準進行了詳細規定，為全球範圍內的應用提供了技術依據。
- 美國加州空氣資源委員會（CARB）報告（2020） [5] 表明，在工業VOCs治理項目中，合理配置前置過濾係統可使整體係統效率提升15%以上，並顯著降低維護頻率。
六、選型與設計建議
6.1 選型原則
在選擇組合式中效過濾器時，應綜合考慮以下因素：
- 風量匹配：根據係統總風量確定所需過濾麵積，避免風速過高導致壓損增大；
- 過濾等級：優先選用F8或F9級別，以保證對1~5 μm顆粒的有效攔截；
- 耐濕耐腐性：針對含濕量較高或存在腐蝕性氣體的工況，應選擇耐濕性強、防腐蝕處理的濾材；
- 模塊化設計：便於後期維護與更換，節省人工成本；
- 廠家資質：選擇具有ISO認證、CE認證及行業經驗豐富的供應商。
6.2 設計要點
- 安裝位置：宜設置於風機進口端之前，以防止顆粒物在風機葉片上沉積；
- 氣流均勻性：確保進風均勻分布，避免局部堵塞；
- 壓差監測：配備壓差計或壓差報警裝置，實時監控濾芯狀態；
- 定期更換：建議每6~12個月更換一次，視實際運行狀況調整周期；
- 前後級配合：初效+中效+高效三級配置是優方案，可實現佳過濾效果。
七、結語（略）
參考文獻
[1] 李曉東, 張偉, 王磊. VOCs治理中組合式中效過濾器的應用研究[J]. 環境汙染與防治, 2020, 42(5): 56-60.
[2] 王強, 陳芳, 趙敏. 工業VOCs廢氣處理中預過濾係統優化探討[J]. 環境科學學報, 2021, 41(3): 112-118.
[3] ASHRAE Standard 52.2-2017, Method of Testing General Ventilation Air-Cleaning Devices for Removal Efficiency by Particle Size[S]. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., 2017.
[4] CEN EN 779:2012, Particulate air filters for general ventilation – Determination of the filtration performance[S]. European Committee for Standardization, 2012.
[5] California Air Resources Board (CARB). Best Available Control Technology (BACT) Guidance Document for Volatile Organic Compound (VOC) Emissions from Industrial Sources[R]. Sacramento, CA, USA, 2020.
[6] 國家生態環境部. 揮發性有機物治理技術指南[Z]. 北京: 中國環境出版社, 2022.
[7] 百度百科. 中效過濾器[EB/OL]. http://baike.baidu.com/item/中效過濾器, 2023-05-12.
[8] 清華大學環境學院. 噴漆房VOCs治理係統優化研究報告[R]. 北京: 清華大學, 2021.
