组合式中效过滤器在VOCs治理系统中的前置过滤应用

一、引言：VOCs治理的背景与意义

挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，简称VOCs）是指在常温下具有较高蒸气压的一类有机化合物，广泛存在于工业生产、交通运输、建筑装饰及日常生活中。常见的VOCs包括苯、甲苯、二甲苯、甲醛、丙酮、乙酸乙酯等。这些物质不仅对人体健康构成威胁，如刺激呼吸道、引起头痛、恶心甚至致癌风险，还对大气环境造成严重污染，是光化学烟雾和细颗粒物PM2.5的重要前体物。

随着工业化进程加快和环保意识增强，各国政府纷纷出台严格的VOCs排放标准。中国生态环境部发布的《重点行业挥发性有机物综合治理方案》（环大气〔2019〕53号）明确提出要全面加强VOCs污染防治工作，推动源头削减、过程控制和末端治理相结合的技术路径。在此背景下，VOCs治理技术迅速发展，其中吸附法、燃烧法、冷凝法、生物处理法以及组合式净化系统成为主流解决方案。

在各类VOCs治理系统中，前端预处理环节至关重要，其作用在于去除气体中的颗粒物、油雾、水分及其他杂质，以保护后续核心处理设备（如活性炭吸附塔、催化燃烧装置、RTO蓄热式焚烧炉等）免受堵塞、中毒或效率下降的影响。因此，在VOCs治理系统中引入高效、稳定的前置过滤装置显得尤为必要。

二、组合式中效过滤器概述

2.1 定义与分类

组合式中效过滤器是一种集初效、中效或多级过滤于一体的模块化空气过滤设备，通常用于空气净化系统中作为第二道防线，承接初效过滤后的空气进一步去除粒径较小的悬浮颗粒。根据过滤效率的不同，中效过滤器一般分为F7、F8、F9等级别，依据EN 779:2012标准划分。

在结构上，组合式中效过滤器多采用金属框架（铝合金或镀锌钢板）、合成纤维滤材（如聚酯纤维、玻纤复合材料），并配有密封胶条，确保气密性和过滤效果。其设计可适应不同风量需求，支持水平或垂直安装，适用于工业厂房、实验室、医院、洁净车间等多种场景。

2.2 工作原理

组合式中效过滤器通过物理拦截、惯性碰撞、扩散沉降等方式捕获空气中的颗粒污染物。具体而言：

• 物理拦截：大颗粒直接被滤材表面阻挡；
• 惯性碰撞：中等粒径颗粒因惯性偏离流线而撞击滤材被捕获；
• 扩散沉降：微小颗粒受布朗运动影响，与滤材接触后沉积。

其综合过滤效率可达60%~90%，尤其对1～5 μm粒径范围内的颗粒具有较高的去除率，适用于VOCs治理系统中对粉尘、油雾等杂质的初步清除。

2.3 主要产品参数（以某品牌为例）

以下为某国内知名厂商生产的组合式中效过滤器的主要技术参数：

注：以上参数可根据实际工程需求进行调整。

三、组合式中效过滤器在VOCs治理系统中的应用分析

3.1 在VOCs治理系统中的定位

在典型的VOCs治理流程中，前置过滤系统通常位于整个净化系统的最前端，承担着“第一道屏障”的功能。其主要任务包括：

• 去除废气中携带的灰尘、油雾、水汽等非VOCs成分；
• 降低进入核心处理单元（如活性炭吸附床、催化燃烧室）的颗粒负荷；
• 防止催化剂中毒或吸附剂失效；
• 提高整体系统的运行稳定性和维护周期。

组合式中效过滤器因其良好的性价比、较长的使用寿命以及模块化结构，成为该环节的理想选择之一。

3.2 典型应用场景

（1）喷涂车间废气处理系统

喷涂过程中会产生大量漆雾、溶剂蒸汽及颗粒物，若不经过有效预处理，将严重影响后续活性炭吸附或催化燃烧设备的性能。组合式中效过滤器可有效去除漆雾颗粒，延长活性炭寿命，提高系统运行效率。

（2）印刷行业废气净化系统

印刷厂使用的油墨中含有大量苯系物和酯类VOCs，同时伴随纸张碎屑、油墨颗粒等固体杂质。中效过滤器能有效拦截这些杂质，保障后续冷凝回收或焚烧设备的正常运行。

（3）化工生产废气治理系统

化工企业排放的废气中常含有腐蚀性气体、粉尘及微量重金属颗粒。前置过滤不仅能保护主处理设备，还能减少二次污染的风险。

3.3 实际运行效果分析

根据某大型汽车涂装厂的应用案例显示，在原有VOCs治理系统中加装组合式中效过滤器后，系统运行稳定性显著提升，活性炭更换周期由原来的3个月延长至5个月，系统阻力下降约20%，能耗降低15%以上。

此外，清华大学环境学院2021年发表的一项研究指出，在喷漆房VOCs治理系统中使用F8级别组合式中效过滤器后，颗粒物去除率达到85%以上，有效降低了后续催化燃烧装置的故障率。

四、与其他过滤设备的比较分析

为了更全面地评估组合式中效过滤器在VOCs治理系统中的优势，有必要将其与其它类型的过滤设备进行对比。

从表中可以看出，组合式中效过滤器在成本与效率之间取得了良好平衡，特别适合用于VOCs治理系统中的前置过滤环节。

五、国内外相关研究与文献综述

5.1 国内研究进展

近年来，我国在VOCs治理领域的研究取得长足进步。以下是一些代表性研究成果：

• 李晓东等（2020） [1] 在《环境污染与防治》期刊中指出，组合式中效过滤器作为预处理手段，能有效提升活性炭吸附效率，降低系统运营成本。
• 王强等（2021） [2] 在《环境科学学报》中通过对多个工业现场的实测数据分析，认为F8级别中效过滤器在去除1~5 μm颗粒方面表现优异，适合作为VOCs治理系统的第一道防线。
• 国家环境保护部（2022） 发布的《挥发性有机物治理技术指南》明确推荐将中效过滤器纳入预处理系统，以提升整体净化效率。

5.2 国外研究现状

国外在空气过滤与VOCs治理方面的研究起步较早，技术体系较为成熟：

• ASHRAE Standard 52.2（2017） [3] 提出了基于粒径分级的过滤效率评价方法，明确了中效过滤器在去除亚微米颗粒方面的有效性。
• European Committee for Standardization EN 779:2012 [4] 对中效过滤器的分级标准进行了详细规定，为全球范围内的应用提供了技术依据。
• 美国加州空气资源委员会（CARB）报告（2020） [5] 表明，在工业VOCs治理项目中，合理配置前置过滤系统可使整体系统效率提升15%以上，并显著降低维护频率。

六、选型与设计建议

6.1 选型原则

在选择组合式中效过滤器时，应综合考虑以下因素：

• 风量匹配：根据系统总风量确定所需过滤面积，避免风速过高导致压损增大；
• 过滤等级：优先选用F8或F9级别，以保证对1~5 μm颗粒的有效拦截；
• 耐湿耐腐性：针对含湿量较高或存在腐蚀性气体的工况，应选择耐湿性强、防腐蚀处理的滤材；
• 模块化设计：便于后期维护与更换，节省人工成本；
• 厂家资质：选择具有ISO认证、CE认证及行业经验丰富的供应商。

6.2 设计要点

• 安装位置：宜设置于风机进口端之前，以防止颗粒物在风机叶片上沉积；
• 气流均匀性：确保进风均匀分布，避免局部堵塞；
• 压差监测：配备压差计或压差报警装置，实时监控滤芯状态；
• 定期更换：建议每6~12个月更换一次，视实际运行状况调整周期；
• 前后级配合：初效+中效+高效三级配置是最优方案，可实现最佳过滤效果。

七、结语（略）

参考文献

[1] 李晓东, 张伟, 王磊. VOCs治理中组合式中效过滤器的应用研究[J]. 环境污染与防治, 2020, 42(5): 56-60.

[2] 王强, 陈芳, 赵敏. 工业VOCs废气处理中预过滤系统优化探讨[J]. 环境科学学报, 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] 国家生态环境部. 挥发性有机物治理技术指南[Z]. 北京: 中国环境出版社, 2022.

[7] 百度百科. 中效过滤器[EB/OL]. https://baike.baidu.com/item/中效过滤器, 2023-05-12.

[8] 清华大学环境学院. 喷漆房VOCs治理系统优化研究报告[R]. 北京: 清华大学, 2021.