過(guò)濾器，你了解多少？（一）
過(guò)濾器是如何工作的
空氣中的塵埃粒子，或隨氣流運(yùn)動(dòng)，或作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，或受某種場(chǎng)力的作用而移動(dòng)。當(dāng)運(yùn)動(dòng)中的粒子撞到障礙物，粒子與障礙物表面間存在的范德瓦爾斯力使他們粘在一起。?
范德瓦爾斯力也稱“范德華力”，是指兩個(gè)物體接觸時(shí)，表面間存在一種微小的引力，它不是人們熟悉的萬(wàn)有引力，不是磁力，也不是靜電力，它是一種分子與分子、分子團(tuán)與分子團(tuán)之間的力。
從微觀上講，單個(gè)原子或分子中帶負(fù)電的電子云有個(gè)中心，帶正電的原子核也有個(gè)中心，當(dāng)這兩個(gè)中心不重合，就產(chǎn)生電偶矩。單個(gè)偶極可能瞬息萬(wàn)變，也可能相對(duì)穩(wěn)定，但多個(gè)偶極湊在一起，就會(huì)對(duì)周圍物體產(chǎn)生引力。這種引力很微弱，其量值比化學(xué)鍵小1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。它的作用區(qū)間也很窄，距離大了引力消失；距離太近（＜7?）時(shí)電子云重疊，相鄰分子又互相排斥。
過(guò)濾器中的過(guò)濾介質(zhì)如迷宮，置身其中的粉塵比平時(shí)有更多機(jī)會(huì)撞擊障礙物，并因過(guò)濾介質(zhì)中無(wú)處不在的范德瓦爾斯力而留下來(lái)。在特定情況下，靜電力也參與捕捉粉塵的過(guò)程。如果過(guò)濾介質(zhì)帶靜電，過(guò)濾效果會(huì)明顯改善，其原因之一是靜電力使粉塵改變軌跡而撞擊障礙物，之二是靜電力比范德瓦爾斯力更容易將粉塵粘住。粉塵也可以被人為地加上靜電，使他們?nèi)菀妆黄渌矬w吸附，例如靜電過(guò)濾器和電除塵器。
纖維過(guò)濾材料既有效地?cái)r截塵埃粒子，又不對(duì)氣流形成過(guò)大阻力。無(wú)規(guī)則排列的纖維材料符合這些要求。雜亂交織的纖維形成對(duì)粉塵的無(wú)數(shù)道屏障，纖維間寬闊的空間允許氣流順利通過(guò)(見(jiàn)圖)。 ?
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過(guò)濾材料與粉塵的電鏡照片
?慣性攔截
? ?大粒子在氣流中作慣性運(yùn)動(dòng)。氣流遇障繞行，粒子因慣性偏離氣流方向并撞到障礙物上，見(jiàn)圖。粒子越大，慣性力越強(qiáng)，撞擊障礙物的可能性越大，因此過(guò)濾效果越好。
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粉塵撞擊過(guò)濾材料示意圖
擴(kuò)散攔截
小粒子因無(wú)規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)撞擊障礙物（見(jiàn)上圖）。對(duì)無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)作數(shù)學(xué)處理時(shí)使用傳質(zhì)學(xué)中的“擴(kuò)散”理論，所以有擴(kuò)散原理一說(shuō)。粒子越小，無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈，撞擊障礙物的機(jī)會(huì)越多，因此過(guò)濾效果越好。
效率隨塵粒大小而異?
過(guò)濾效率與粒徑的關(guān)系
小于0.1 μm（微米）的粒子布朗運(yùn)動(dòng)劇烈，主要作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，粒子越小，撞擊過(guò)濾介質(zhì)的幾率越大，因此過(guò)濾效率越高；大于0.3 μm的粒子主要作慣性運(yùn)動(dòng)，粒子越大，效率越高。 ?
在慣性和擴(kuò)散都不顯著的0.1 μm～0.3 μm之間，效率有一處蕞低點(diǎn)，該粒徑大小的粉塵很難過(guò)濾。
粉塵粒度分布?
在自然界，微小粉塵因布朗運(yùn)動(dòng)相互碰撞而聚成大顆粒，大顆粒粉塵又因重力而沉降，碰撞不那么頻繁、又不容易沉降的粉塵相對(duì)穩(wěn)定地懸浮在大氣中。 ?
室外空氣中，按顆粒數(shù)量計(jì)99.9%的粉塵粒徑小于1 μm；若按重量計(jì)，占總重量50%～95%的粉塵小于10 μm。?
現(xiàn)代，人類活動(dòng)揚(yáng)起大量灰塵，如燃燒、工業(yè)污染、建筑活動(dòng)、汽車等等。與以前相比，我們遇到的粉塵，數(shù)量多了，粒徑小了，對(duì)人體造成的危害也增大了。 ?
空氣中的氮氧化物和碳?xì)浠衔铮龅疥?yáng)光照射，產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，氣體分子變成顆粒物。反應(yīng)多了，就形成“霾”。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
典型顆粒物尺度
美國(guó)斯坦福研究所（Stanford Research Institute）的研究人員曾勾畫(huà)了一張粉塵顆粒度比較圖，幾十年來(lái)，那張圖被廣泛引用，斯坦福研究所也在不斷地修改、補(bǔ)充那張圖。下圖就是那張粉塵顆粒度比較圖。
典型顆粒物尺度
可吸入顆粒物及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?
人的鼻子是個(gè)“過(guò)濾器”，那里的鼻毛、分泌物和黏膜可以將大多數(shù)大于10 μm的粉塵過(guò)濾掉，只有小于10 μm的顆粒物才可能進(jìn)入氣管和肺部。因此，官方將“可吸入顆粒物”定義為“空氣中≤10 μm的顆粒物”，標(biāo)為PM10?？諝庵械娜糠蹓m量為“總懸浮顆粒物”，去掉其中10 μm以上的粉塵，剩下的就是“可吸入顆粒物”。另有人說(shuō)≤2.5 μm的顆粒物更容易進(jìn)入肺部，對(duì)人更有害，于是將可吸入顆粒物定義為≤2.5 μm的物質(zhì)，標(biāo)為PM2.5。 ?對(duì)于室外環(huán)境，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB3095-1996 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定的總懸浮顆粒物和可吸入顆粒物見(jiàn)表。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T18883-2002 室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定，室內(nèi)環(huán)境中可吸入顆粒物PM10的濃度應(yīng)≤0.15 mg/m3。
大氣平均顆粒物與空氣質(zhì)量級(jí)別
| 空氣質(zhì)量級(jí)別 | I | II | III | |
| 總懸浮顆粒物，mg/m3 | 年平均? | 0.08 | 0.20 | 0.30 |
| 日平均 | 0.12 | 0.30 | 0.50 | |
| 可吸入顆粒物PM10,mg/m3 | 年平均 | 0.04 | 0.10 | 0.15 |
| 日平均 | 0.05 | 0.15 | 0.25 | |