避难硐室空气净化及有毒有害气体去除研究及计算.docVIP

避难硐室空气净化及有毒有害气体去除研究与计算 张雁峰 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083 本避难硐室设定的条件：100人仓，净高不低于2m，面积按0.7㎡/人18.5%—23.0%，二氧化碳浓度不大于1.0%，一氧化碳浓度不大于0.0024%，处理二氧化碳的能力不低于0.5升/分钟·人，处理一氧化碳的能力应能保证在20分钟内将浓度由0.04%降到0.0024%以下。 （一）有毒有害气体的来源与毒害性 二氧化碳： 碳完全燃烧生成二氧化碳。 空气中包含一定浓度的二氧化碳。见表1: 表1 : 空气的主要成分 氮气 氧气 稀有气体 二氧化碳 其他气体和杂质 体积分数 78％ 21％ 0.94％ 0.03％ 0.03％ 人的新陈代谢活动会产生二氧化碳。见式1-1及表2： 有氧呼吸：CH12O6+6H2O+6O2——→6CO2+12H2O+能量（大多数生物）不同活动状态下人体代谢指标模拟实验结果 睡眠 轻度活动 中度活动 均值 测试值 均值 测试值 均值 测试值 O2消耗量（L/min） 0.25 0.22 0.44 0.48 0.83 0.82 0.23 0.45 0.83 0.26 0.43 0.86 产CO2量（L/min） 0.21 0.22 0.38 0.36 0.72 0.72 0.21 0.38 0.71 0.23 0.37 0.70 二氧化碳低浓度时为生理性呼吸兴奋药。当空气中含量超过正常(0.03%)时，能使呼吸加深加快；如含量为1%时，能使正常人呼吸量增加25%；含量为3%时，使呼吸量增加2倍。但当含量为25%时，则可使呼吸中枢麻痹，并引起酸中毒， 故吸入浓度不宜超过10%氧充足的空气中二氧化碳浓度为5%时对人尚无害；但氧浓度为17%以下的空气中含4%二氧化碳，即可使人中毒。 二氧化碳浓度人体生理反应 ·350～450ppm 同一般室外环境 350～1000ppm 空气清新，呼吸顺畅 1000～2000ppm 感觉空气浑浊，并昏昏欲睡 2000～5000ppm 感觉头痛、嗜睡、呆滞、注意力无法集中、心跳加速、轻度恶心 大于5000ppm 可能导致严重缺氧，造成永久性脑损伤、昏迷、甚至死亡 一氧化碳： 一氧化碳是含碳物质燃烧不完全而产生的有毒气体, 属于亲血红蛋白类毒物。空气内一氧化碳含量极微。若空气中一氧化碳浓度超过0.05 % （500ppm）即可引起人、畜中毒, 若达到12.5 % 以上遇明火可发生爆燃。 （二）空气成分的安全标准 32 O2 ≥20 ≥285714.3 44 CO2 ≤0.5 ≤9821.4 28 CO ≤0.0024 ≤30 综合分析表3、表4中数据知，《工业企业设计安全卫生标准》中对CO2浓度控制要求（≤0.5%）偏低，事实上，CO2浓度达到1000ppm，即0.1%以上时人已感觉不适。对CO的浓度控制要求（≤0.0024%）却偏高，空气中一氧化碳浓度超过0.05 % （500ppm）才可引起人畜中毒。 （三）气体浓度控制手段比较与选用 为了人员安全健康，必须通过有效手段把有毒有害气体的浓度控制在合理范围内。可选的手段： 针对二氧化碳 如今密闭空间用的二氧化碳气体去除技术主要有：化学吸附法、物理吸收法、分离法、还原法、生物降解法。（用黄色标注各法缺点） 化学吸附法： 利用固态胺，固态胺与水反应生成胺的水合物，再与二氧化碳反应生成碳酸氢盐。是可再生吸附剂。吸收快，效率高，活性时间长。但吸附料体积大(多大？)，再生能耗大，不适于小型封闭空间(避难硐室算大型还是小型?)。 利用氢氧化物。但是非再生吸附剂。如碱石灰（潜艇，控制浓度在0.5％内）、氢氧化锂（载人航天器为主，但易有粉尘外溢，采用工艺技术可减轻）。解放军理工大学研制的“氢氧化锂-活性炭纤维”有一定反应稳定性，适于地下工程。 利用超氧化物。（空间站，潜艇，使用超氧化物和氧气再生，附带二氧化碳还原系统作补充，但吸附时放出大量热，易使局部反应床温度过高，引起反应物烧结或结块堵塞。） 物理吸收法： 主要用不可再生液体单羟乙胺。（潜艇，溶液在冷态下吸入二氧化碳，但需加热到110摄氏度解吸，通过压气机压缩后排入潜艇外水中，泄漏于空气中更会造成人员呼吸中毒） 分离法： 利用沸石分子筛。采用沸石装置对二氧化碳浓缩，再通过sabtier反应还原生成水，沸石起辅助分离作用，但5A型亲水性强，吸湿后失效。而且疏水型尚在实验研究阶段。 用膜分离。使气体选择性透过，达到分离气体目的。有固体、液体、膜接触器三种。但尚处于探讨和实验阶段。美潜艇用中空纤维膜或二氧化碳渗透膜，取得一定实效。 还原法： 利用sabtier反应。空间站、飞船。反应方