高效过滤器滤菌效率的理论和实验研究

论文摘要

今年由北美爆发的A/H1N1流感病毒(猪流感)呼吸性传染病席卷全球,造成了全球性的恐慌,严重威胁了人们的正常生活和健康。另外,随着生物安全实验室、医药、反恐以及传染病疫情控制需求的增加,使得纤维过滤器对微生物气溶胶的过滤理论和实验的研究日益迫切。本课题从经典的过滤理论入手,针对微生物在形状和动力学特性等方面的不同。对微生物粒径进行了修正,其修正粒径与微生物颗粒的形状因子有关。通过对经典的过滤模型进行了修正,得到了纤维滤料对微生物的过滤模型。应用修正的效率理论模型,从理论上分析了滤速对物理和微生物气溶胶过滤效率的影响。实验分析验证了Laskin和Collison两种发尘器发生邻苯二酸二辛酯(DOP)气溶胶和粘质沙雷(Serratia marcescens)气溶胶的粒径分布。实验结果显示,对于DOP气溶胶,在同等发尘条件下,Laskin的发尘量要大于Collison发尘量。而对于微生物气溶胶, Laskin的发尘量要小于Collison发尘量。实验结果显示,增加菌悬液浓度,其发生的微生物气溶胶浓度不一定增加。最后,通过搭建微生物过滤效率试验台,分别采用DOP和粘质沙雷气溶胶对修正的过滤理论进行验证,并就滤速对物理气溶胶和微生物气溶胶过滤效率的影响进行了实验研究。实验发现,无论是物理气溶胶还是微生物气溶胶,各个粒径通道的过滤效率均随测试滤速的增大而降低;相同风速下,高效过滤器对DOP气溶胶的过滤效率要低于微生物气溶胶。粒径为1μm时,滤料对微生物的过滤效率要高出1个数量级。课题对高效空气过滤器进行了扫描效率检测和20%风量检漏,结果发现,同物理气溶胶一样,过滤器对微生物气溶胶的扫描效率要低于其全效率。微生物气溶胶作为尘源时,20%风量检测可以鉴别出过滤器的漏点。另外,课题通过细针在过滤器上扎洞来模拟过滤器的漏点,并采用两种不同的气溶胶对过滤器局部效率进行了测试。实验发现,漏点处的局部效率降低很明显,这说明扫描检漏能够容易的检测出过滤器的渗漏点。渗漏处,过滤器对微生物气溶胶的过滤效率大于对物理气溶胶的效率。随着风速的越低,漏点处的局部效率越低,这种趋势正好与未渗漏处的趋势相反。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 微生物气溶胶的危害
• 1.1.2 微生物气溶胶的防护
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题研究内容与意义
• 1.3.1 课题研究的内容
• 1.3.2 课题研究的意义
• 第二章 微生物气溶胶过滤理论模型
• 2.1 物理气溶胶单纤维效率
• 2.1.1 拦截效应
• 2.1.2 惯性效应
• 2.1.3 扩散效应
• 2.1.4 重力效应
• 2.1.5 单纤维对颗粒的总捕集效率
• 2.1.6 纤维非均匀分布对单纤维效率的影响
• 2.1.7 高效纤维过滤纸（器）总捕集效率的计算
• 2.2 非球形颗粒过滤理论
• 2.3 微生物气溶胶过滤效率
• 2.3.1 微生物粒径分布
• 2.3.2 过滤器对微生物和普通物理气溶胶过滤效率的区别
• 2.4 过滤器漏点
• 2.4.1 过滤器全效率与局部效率
• 2.4.2 不同气溶胶判断过滤器漏点
• 2.5 本章小结
• 第三章 微生物气溶胶过滤实验系统与实验方案
• 3.1 微生物过滤实验系统简介
• 3.1.1 机械扫描机构
• 3.1.2 气溶胶发生装置
• 3.1.3 过滤器原位检漏装置及控制系统
• 3.1.4 气溶胶采样装置和缓冲装置
• 3.1.5 最小检测容量
• 3.1.6 实验材料和实验方法
• 3.2 系统性能评价
• 3.2.1 风速均匀性
• 3.2.2 气溶胶空间一致性
• 3.2.3 物理气溶胶时间一致性
• 3.2.4 系统零效率验证
• 3.2.5 不同种发尘器发生气溶胶的粒径分布比较
• 3.2.6 系统对微生物气溶胶的可靠性
• 3.3 实验系统和实验内容
• 3.3.1 不同种发尘器发生不同气溶胶的粒径分布比较
• 3.3.2 风速对过滤器效率的影响
• 3.3.3 高效过滤器滤菌扫描效率
• 3.4 本章小结
• 第四章 实验误差分析
• 4.1 激光粒子计数器计数误差
• 4.2 测试采样管路的误差分析
• 4.2.1 扩散损失
• 4.2.2 沉降损失
• 4.2.3 碰撞损失
• 4.2.4 凝并损失
• 4.2.5 扫描头非等动力采样误差
• 4.2.6 采样值的95%置信度
• 4.3 随机误差
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验结果分析
• 5.1 气溶胶粒径分布实验结果
• 5.1.1 不同发尘器对物理气溶胶粒径分布的影响
• 5.1.2 不同发尘器对微生物气溶胶粒径分布的影响
• 5.1.3 同种发尘器发生不同气溶胶的粒径分布关系
• 5.2 风速对过滤器效率影响的实验分析
• 5.2.1 风速对物理气溶胶过滤效率的影响
• 5.2.2 风速对微生物气溶胶过滤效率的影响
• 5.2.3 相同滤速下两种气溶胶的过滤效率
• 5.2.4 20%风量检漏
• 5.3 高效过滤器扫描滤菌效率
• 5.3.1 无漏点时过滤器扫描效率
• 5.3.2 过滤器漏点局部效率
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录1 阳性孔计数法程序
• 附录2 粒子扩散系数
• 附录3 各种微生物形状和长径比
• 附录4 不同粒子形状的空气动力学形状因子
• 致谢