环境空气中污染物选择性高效脱除实验装置及其运行方法技术领域
本发明属于环境空气中污染物预处理实验装置技术领域，具体涉及一种环境空气
中污染物选择性高效脱除实验装置及其运行方法。
背景技术
国内外流行病学研究均已证实，大气污染程度与医院门、急诊量及入院人数呈显
著正相关。环境空气中污染物浓度的升高，常伴随有支气管炎、哮喘等疾病发病率以及死亡
率的上升。随着大气污染问题的日趋严重，众多国内外学者针对PM2.5、O3等典型大气污染物
对人体健康的影响开展定量研究，建立暴露量与人体健康指标之间的响应关系，进而定量
评估大气污染对人体健康的影响。
在该类研究中，通常需要构建动物模型，将实验动物置于暴露箱中，模拟室外空气
污染情况。但是，如需考察某一特定大气污染物对于健康的影响程度或某些污染物的协同
作用，通过呼吸暴露的方式则较为困难，究其原因主要为对环境空气中特定组分的脱除较
难实现，或实现了一种污染物的脱除，但以其他污染物的损失为代价，精确度受到影响。
目前，对于大气污染物的脱除主要集中在燃煤电厂、垃圾焚烧炉等典型排放点的
烟气和废气处理，许多学者开发了针对各类烟气、废气排放中一种或多种大气污染物的脱
除装置。如中国专利201420393045.5公开了一种火电厂烟气多污染物超低排放的协同脱除
系统，结合高效除尘器、高效湿法脱硫系统、湿式电除尘器和选择性催化还原脱硝系统等实
现对SO2、NOX、颗粒物和汞等的协同脱除。中国专利201210410620.3通过研制新型复合吸收
液和改进现有吸收塔结构，采用“碱+氧化添加剂+重金属离子络合剂”的混合吸收液洗涤脱
除垃圾焚烧烟气中的SO2、HCl、HF、NOX和重金属及部分二噁英，该类设备系统适用于高温烟
气，目标主要为实现烟气的达标排放，因此多致力于多污染物的协同脱除，在同一个环节也
可能发生多种污染物的脱除（如WFGD脱硫的同时，也会对NO2具有一定的协同脱除作用），且
设备结构一般较为复杂、成本较高、体积庞大，占地面积广，在实验室应用中存在局限性，且
无法面向环境空气低浓度水平下单一污染物的高效脱除需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种结构简单且设计合理的环境空气中污染物
选择性高效脱除实验装置及其运行方法，该装置能够对环境空气中的典型有害污染物实现
单一组分或多组分协同高效脱除。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，环境空气中污染物选择性高效脱
除实验装置，其特征在于：沿进气方向依次设有通过管道相连的PM2.5过滤装置、SO2过滤装
置、NO2过滤装置、紫外光源O3过滤装置和暴露试验箱，其中进气口与PM2.5过滤装置之间的管
道上设有一级气泵，PM2.5过滤装置与SO2过滤装置之间的管道上设有一级三通阀，SO2过滤装
置与NO2过滤装置之间的管道上设有二级三通阀，NO2过滤装置与紫外光源O3过滤装置之间
的管道上设有三级三通阀，紫外光源O3过滤装置与暴露试验箱之间的管道上设有三级气
泵，一级三通阀与二级三通阀之间通过管道相连，四级三通阀分别通过管道与三级三通阀、
二级气泵以及一级三通阀和二级三通阀之间的管道相连，二级气泵通过管道与暴露试验箱
相连。
进一步优选，所述的PM2.5过滤装置内部从进口侧到出口侧依次填充有纱布初滤
层、活性炭层和HEPA滤网。
进一步优选，所述的SO2过滤装置内设有蒸馏水鼓泡反应器。
进一步优选，所述的NO2过滤装置内设有Na2SO3和有机胺混合物鼓泡反应器。
进一步优选，所述的暴露试验箱内设有温度传感器、湿度传感器和压力传感器。
本发明所述的环境空气中污染物选择性高效脱除实验装置的运行方法，其特征在
于具体过程为：通过一级气泵将环境空气由进气口抽入PM2.5过滤装置，环境空气依次经过
纱布初滤层、活性炭层和HEPA滤网后对环境空气中PM2.5的脱除率达到95%，如果实验设计仅
需脱除PM2.5，则通过控制一级三通阀、二级三通阀和四级三通阀使环境空气通过PM2.5过滤
装置并由二级气泵抽入暴露试验箱；如果实验设计需要同时脱除PM2.5和SO2，则通过控制一
级三通阀、二级三通阀和四级三通阀使环境空气依次通过PM2.5过滤装置和SO2过滤装置并
由二级气泵抽入暴露试验箱；如果实验设计需要同时脱除PM2.5、SO2和NO2，则通过控制一级
三通阀、二级三通阀、三级三通阀和四级三通阀使环境空气依次通过PM2.5过滤装置、SO2过
滤装置和NO2过滤装置并由二级气泵抽入暴露试验箱；如果实验设计需要同时脱除PM2.5、
SO2、NO2和O3，则通过控制一级三通阀、二级三通阀和三级三通阀使环境空气依次通过PM2.5
过滤装置、SO2过滤装置、NO2过滤装置和紫外光源O3过滤装置并由三级气泵抽入暴露试验
箱；如果实验设计需要同时脱除PM2.5和NO2，则通过控制一级三通阀、二级三通阀、三级三通
阀和四级三通阀使环境空气依次通过PM2.5过滤装置和NO2过滤装置并由二级气泵抽入暴露
试验箱；如果实验设计需要同时脱除PM2.5和O3，则通过控制一级三通阀、二级三通阀、三级
三通阀和四级三通阀使环境空气依次通过PM2.5过滤装置和紫外光源O3过滤装置并由三级
气泵抽入暴露试验箱；如果实验设计需要同时脱除PM2.5、SO2和O3，则通过控制一级三通阀、
二级三通阀、三级三通阀和四级三通阀使环境空气依次通过PM2.5过滤装置、SO2过滤装置和
紫外光源O3过滤装置并由三级气泵抽入暴露试验箱；如果实验设计需要同时脱除PM2.5、NO2
和O3，则通过控制一级三通阀、二级三通阀、三级三通阀和四级三通阀使环境空气依次通过
PM2.5过滤装置、NO2过滤装置和紫外光源O3过滤装置并由三级气泵抽入暴露试验箱。
本发明结构简单且成本低廉，能够在实验室中应用，并且能够对环境空气中的典
型有害污染物实现单一组分或多组分协同高效脱除。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、进气口，2、一级气泵，3、PM2.5过滤装置，4、纱布初滤层，5、活性炭层，6、
HEPA滤网，7、一级三通阀，8、SO2过滤装置，9、蒸馏水鼓泡反应器，10、二级三通阀，11、NO2过
滤装置，12、Na2SO3和有机胺混合物鼓泡反应器，13、三级三通阀，14、紫外光源O3过滤装置，
15、四级三通阀，16、二级气泵，17、三级气泵，18、暴露试验箱，19、温度传感器，20、湿度传感
器，21、压力传感器。
具体实施方式
结合附图详细描述本发明的具体内容。环境空气中污染物选择性高效脱除实验装
置，沿进气方向依次设有通过管道相连的PM2.5过滤装置3、SO2过滤装置8、NO2过滤装置11、紫
外光源O3过滤装置14和暴露试验箱18，其中进气口1与PM2.5过滤装置3之间的管道上设有一
级气泵2，PM2.5过滤装置3与SO2过滤装置8之间的管道上设有一级三通阀7，SO2过滤装置8与
NO2过滤装置11之间的管道上设有二级三通阀10，NO2过滤装置11与紫外光源O3过滤装置14
之间的管道上设有三级三通阀13，紫外光源O3过滤装置14与暴露试验箱18之间的管道上设
有三级气泵17，一级三通阀7与二级三通阀10之间通过管道相连，四级三通阀15分别通过管
道与三级三通阀13、二级气泵16以及一级三通阀7和二级三通阀10之间的管道相连，二级气
泵16通过管道与暴露试验箱18相连。所述的PM2.5过滤装置3内部从进口侧到出口侧依次填
充有纱布初滤层4、活性炭层5和HEPA滤网6。所述的SO2过滤装置8内设有蒸馏水鼓泡反应器
9。所述的NO2过滤装置11内设有Na2SO3和有机胺混合物鼓泡反应器12。所述的暴露试验箱18
内设有温度传感器19、湿度传感器20和压力传感器21。
本发明所述的环境空气中污染物选择性高效脱除实验装置的运行方法，具体过程
为：通过一级气泵2将环境空气由进气口1抽入PM2.5过滤装置3，环境空气依次经过纱布初滤
层4、活性炭层5和HEPA滤网6后对环境空气中PM2.5的脱除率达到95%，如果实验设计仅需脱
除PM2.5，则通过控制一级三通阀7、二级三通阀10和四级三通阀15使环境空气通过PM2.5过滤
装置3并由二级气泵16抽入暴露试验箱18；如果实验设计需要同时脱除PM2.5和SO2，则通过
控制一级三通阀7、二级三通阀10和四级三通阀15使环境空气依次通过PM2.5过滤装置3和
SO2过滤装置8并由二级气泵16抽入暴露试验箱18；如果实验设计需要同时脱除PM2.5、SO2和
NO2，则通过控制一级三通阀7、二级三通阀10、三级三通阀13和四级三通阀15使环境空气依
次通过PM2.5过滤装置3、SO2过滤装置8和NO2过滤装置11并由二级气泵16抽入暴露试验箱18；
如果实验设计需要同时脱除PM2.5、SO2、NO2和O3，则通过控制一级三通阀7、二级三通阀10和
三级三通阀13使环境空气依次通过PM2.5过滤装置3、SO2过滤装置8、NO2过滤装置11和紫外光
源O3过滤装置14并由三级气泵17抽入暴露试验箱18；如果实验设计需要同时脱除PM2.5和
NO2，则通过控制一级三通阀7、二级三通阀10、三级三通阀13和四级三通阀15使环境空气依
次通过PM2.5过滤装置3和NO2过滤装置11并由二级气泵16抽入暴露试验箱18；如果实验设计
需要同时脱除PM2.5和O3，则通过控制一级三通阀7、二级三通阀10、三级三通阀13和四级三
通阀15使环境空气依次通过PM2.5过滤装置3和紫外光源O3过滤装置14并由三级气泵17抽入
暴露试验箱18；如果实验设计需要同时脱除PM2.5、SO2和O3，则通过控制一级三通阀7、二级三
通阀10、三级三通阀13和四级三通阀15使环境空气依次通过PM2.5过滤装置3、SO2过滤装置8
和紫外光源O3过滤装置14并由三级气泵17抽入暴露试验箱18；如果实验设计需要同时脱除
PM2.5、NO2和O3，则通过控制一级三通阀7、二级三通阀10、三级三通阀13和四级三通阀15使环
境空气依次通过PM2.5过滤装置3、NO2过滤装置11和紫外光源O3过滤装置14并由三级气泵17
抽入暴露试验箱18。在蒸馏水鼓泡反应器9内，用蒸馏水净化SO2，出口气体中SO2接近于零，
但对NO2的净化效率较低，约为10%左右。在Na2SO3和有机胺混合物鼓泡反应器12内，Na2SO3溶
液对NO2的净化效率较高，且当加入少量有机胺时，可有效抑制Na2SO3与O2的氧化反应，使得
其对NO2的净化效率不随时间的延长而改变，处理后的空气最终通入动物呼吸暴露试验箱
18，暴露试验箱18内的温度、湿度和压力通过温度传感器19、湿度传感器20和压力传感器21
实时监测。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和
范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的
范围。