一種城市治理PM2.5的新方法

高 博，曾毅夫，葉明強(qiáng)，劉勝強(qiáng)

（凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，長沙 410100）

一種城市治理PM2.5的新方法

高 博，曾毅夫，葉明強(qiáng)，劉勝強(qiáng)

（凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆L沙 410100）

概述了我國PM2.5污染現(xiàn)狀，簡介了城市PM2.5治理的主要技術(shù)，提出了一種治理PM2.5的新工藝，該治理工藝適用于指定區(qū)域的PM2.5治理，并能取得較好的治理效果。

PM2.5治理；新工藝；細(xì)顆粒物

1　我國PM2.5污染現(xiàn)狀

2015年初我國發(fā)生了嚴(yán)重的空氣污染，大氣中的PM2.5含量已超過世界衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)的36倍，美國標(biāo)準(zhǔn)的25倍，中國標(biāo)準(zhǔn)的12倍，在排除年齡、性別、時(shí)間效應(yīng)和氣象等影響因素后，當(dāng)PM2.5濃度每增加103微克/立方米時(shí)，民眾的超額死亡風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加2.29%。PM2.5污染已成為城市突出的大氣環(huán)境問題，城市PM2.5治理刻不容緩。

北京市2013～2017年將投入近萬億元治理大氣污染，其中政府投入為2000億～3000億元。從這些數(shù)據(jù)可以看出政府對PM2.5治理的重視程度。

2　城市治理PM2.5的新方法

傳統(tǒng)的城市PM2.5治理手段都是針對污染源頭進(jìn)行治理，通過源頭排放的達(dá)標(biāo)來進(jìn)行控制。但是，城市的PM2.5污染一直非常嚴(yán)重，而城市中一些特定的場所，如住宅小區(qū)、幼兒園、公園、廣場等人群密集的地方又非常需要一個(gè)良好空氣環(huán)境。因此有必要提出一種新的PM2.5治理方法，能夠有效治理城市中特定區(qū)域的PM2.5，達(dá)到治理目的。

本文創(chuàng)新性提出的融合云霧抑塵技術(shù)、活化水除塵殺菌技術(shù)、負(fù)氧離子凈化技術(shù)、荷電水霧技術(shù)，是城市PM2.5治理的新方法。該技術(shù)突破了傳統(tǒng)治理城市PM2.5方法的局限性，可達(dá)到有效治理特定區(qū)域城市PM2.5污染的目的。

2.1磁化水技術(shù)

水為絡(luò)合大分子水，水的O-H鍵間的角約為105°。外界作用時(shí)，它們之間的鍵角容易發(fā)生變化。由于氧原子的負(fù)極性較大，氫原子的電子受氧原子的吸引，負(fù)極中心與正電荷中心不重合，整個(gè)水分子為極性分子。水分子間由于氫鍵的作用，不是以單個(gè)H2O分子存在的，而是彼此可以結(jié)合為大的水分子團(tuán)。一般水以36～37個(gè)水分子構(gòu)成分子團(tuán)存在。

磁化水是一種被磁場磁化了的水，分為天然磁化水和人工磁化水。天然磁化水或產(chǎn)地相對地磁較強(qiáng)或鐵礦較多，地磁產(chǎn)生的磁化水使用周期較短，不宜長周期使用，鐵礦磁場強(qiáng)度超過6000高斯時(shí)，天然磁化水的使用周期可達(dá)25年。人工磁化水是通過磁化器產(chǎn)生的，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)保等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。但水是一種弱磁質(zhì)，從水離開磁場的那一刻起，就不易長期帶磁了。

水經(jīng)磁化后，水的性質(zhì)會(huì)發(fā)生一系列物理和化學(xué)變化，氫鍵角由105°變成103°，水由原來的大分子團(tuán)變成5～6個(gè)小分子團(tuán)。磁化水技術(shù)是研究水分子的結(jié)構(gòu)變化，通過高強(qiáng)磁場技術(shù)高效地將普通水的分子結(jié)構(gòu)變小，從而改變水分子團(tuán)的結(jié)構(gòu)。水的滲透力、溶解度、表面張力增強(qiáng)，水中的CaCO3、MgCO3在蒸煮過程中分解生成較松軟的Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2，它們不易在壁上積存，從而達(dá)到除垢的效果。

2.2磁化水高壓霧化技術(shù)

液態(tài)磁化水通過高壓噴霧技術(shù)，能夠產(chǎn)生50 ～100μm的超細(xì)水霧；超細(xì)水霧顆粒細(xì)密，充分增加與粉塵顆粒的接觸面積。水霧顆粒與粉塵顆粒碰撞并凝聚，形成團(tuán)聚物，團(tuán)聚物不斷變大變重，直至最后自然沉降，達(dá)到消除粉塵的目的；所產(chǎn)生的干霧顆粒，30%～40%粒徑在2.5μm以下，對大氣細(xì)微顆粒污染的治理效果明顯。

其原理是利用高壓泵將磁化水加壓至50～70kg，經(jīng)高壓管路送至高壓噴嘴霧化，形成飄飛的水霧，由于水霧顆粒是微米級的，非常細(xì)小，能夠吸附空氣中的雜質(zhì)，營造良好清新的空氣，達(dá)到降塵、加濕等多重功效。系統(tǒng)造價(jià)低，運(yùn)行維護(hù)成本低，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無人自動(dòng)控制。

2.3荷電水霧技術(shù)

荷電水霧除塵器是在克服靜電除塵及噴水除塵弊端的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。荷電水霧技術(shù)能夠利用負(fù)高壓將空氣中的液態(tài)水滴荷電，荷電后的液滴撞擊灰塵、細(xì)菌顆粒等，如雪崩效應(yīng)，使所凈化區(qū)域的灰塵顆粒帶電，隨后帶電粉塵凝變，最后沉落到地面。

研究荷電水霧振弦柵除塵技術(shù)后發(fā)現(xiàn)，一定范圍內(nèi)，水霧粒徑越小，捕塵效率越高，霧滴直徑在50～150μm時(shí)，除塵器對微細(xì)粉塵的捕集效率最好［3］。吳琨等［4］發(fā)現(xiàn)霧滴荷質(zhì)比越大，除塵效率越高，特別是對可吸入性粉塵，除塵效率隨著水霧荷質(zhì)比的提高呈直線上升。水霧荷電后對粒徑小于10μm的粉塵除塵效率較不荷電時(shí)明顯提高，粒徑大于10μm后，荷電與不荷電除塵效果趨于一致。荷電水霧技術(shù)在PM2.5～PM10范圍內(nèi)的使用具有其特殊的意義。荷電水霧技術(shù)消除了靜電除塵器的爆炸隱患，同時(shí)可有效處理高濃度粉塵，兼具了水、電除塵技術(shù)的優(yōu)越性，使除塵效率提高，且更加安全可靠。

2.4負(fù)離子凈化技術(shù)

負(fù)離子是人類健康生活不可缺少的一種物質(zhì)?？茖W(xué)研究表明：負(fù)離子在空氣中的含量是決定空氣質(zhì)量好壞的一個(gè)重要因素，空氣中含有適量的負(fù)離子不僅能高效地除塵、滅菌、凈化空氣，同時(shí)還能激活空氣中的氧分子而形成攜氧負(fù)離子，活躍空氣分子，改善人體肺部功能，促進(jìn)新陳代謝，增強(qiáng)抗病能力，調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)，使人精神煥發(fā)、充滿活力。

在“負(fù)離子”概念出現(xiàn)后，人們便將焦點(diǎn)放在“人工制造”的負(fù)離子上，將負(fù)離子釋放到周圍的空氣中，凈化空氣，改善人們的生活環(huán)境。負(fù)離子對于PM2.5的去除效果是明顯的，因其具有增加空氣中負(fù)氧離子含量的優(yōu)點(diǎn)，所以負(fù)離子技術(shù)已經(jīng)逐步成為去除PM2.5的又一重要途徑。負(fù)離子技術(shù)目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種空氣凈化裝置中。

3　治理城市PM2.5的新工藝

一種治理城市PM2.5新方法的工藝流程如圖所示，該方法巧妙融合了以上4種PM2.5的治理技術(shù)，能夠?qū)χ付▍^(qū)域或范圍起到降塵、殺菌、增濕、凈化空氣的目的。

該方法通過風(fēng)機(jī)形成負(fù)壓，將不潔空氣吸入，經(jīng)過過濾網(wǎng)、靜電模塊達(dá)到凈化空氣的目的；潔凈的風(fēng)能將超聲波霧化裝置所產(chǎn)生的水霧吹走，與負(fù)氧離子一起吹入空氣中，達(dá)到降塵、增濕的目的。

另外，將普通的自來水引入磁化器，磁化的活性水一部分分給水箱，使超聲波霧化器產(chǎn)生的水霧更細(xì)；一部分活性水經(jīng)過濾器直接流入高壓造霧機(jī)，形成液態(tài)水霧，經(jīng)過負(fù)高壓荷電線圈荷電，最終形成荷電水霧。因噴射出的荷電水霧不僅液滴直徑小，且?guī)в幸欢ǖ碾姾桑虼似浣祲m的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的霧化降塵設(shè)備。

新開發(fā)的該工藝是融合云霧抑塵技術(shù)、活化水除塵殺菌技術(shù)、離子主動(dòng)凈化技術(shù)、靜電除塵技術(shù)、荷電水霧技術(shù)于一體的新技術(shù)，是適用于國內(nèi)外治理城市PM2.5的新裝備，能夠有效提高治理PM2.5能力，實(shí)現(xiàn)城市特定區(qū)域的空氣凈化。

治理城市PM2.5工藝流程圖

4　展望

當(dāng)前，我國環(huán)境狀況總體惡化的趨勢尚未得到根本遏制，環(huán)境矛盾日益凸顯，環(huán)保壓力持續(xù)加大，部分區(qū)域和城市大氣霧霾現(xiàn)象突出，許多地區(qū)的主要污染物排放量超過了環(huán)境容量，嚴(yán)重制約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，威脅了人民群眾身體健康。預(yù)計(jì)國家將會(huì)陸續(xù)出臺更多的政策措施，下大力氣治理PM2.5。本文提出的新工藝除塵技術(shù)將云霧抑塵技術(shù)、活化水除塵殺菌技術(shù)、離子主動(dòng)凈化技術(shù)、靜電除塵技術(shù)、荷電水霧技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，具有降塵、殺菌、增濕的功能，并能夠融合各種PM2.5治理技術(shù)之所長，有廣闊的發(fā)展前景和良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，對于治理城市PM2.5污染，減少霧霾具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］ 王麗萍.大氣污染控制工程［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2002.

［2］ 盧鑒章.我國煤礦粉塵防治技術(shù)的新進(jìn)展［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，1996，24 （7）：1-5.

［3］ 李林.荷電水霧脫除超細(xì)顆粒物的研究進(jìn)展［M］.化工進(jìn)展，2010，29（6）：1143-1149.

［4］ 吳琨，王京剛，毛益平，等.荷電水霧振弦除塵器的性能研究［J］.有色金屬，2004，56（5）：46-49.

A New Method for Urban Control Dust Removal of PM2.5

GAO Bo， ZENG Yi-fu， YE Ming-qiang， LIU Sheng-qiang
（Kaitian Environmental Technology Co.， Ltd， Changsha 410100， China）

The article describes the pollution status of PM2.5in China， introduces the main techniques of urban PM2.5treatment， and puts forward a new technology of PM2.5treatment. The technology is suitable for the treatment of PM2.5in the specified areas， and the better treatment results could be achieved.

PM2.5treatment； new process； fine particulate

X701

A

1006-5377（2016）09-0033-03