新型濕式除霾器與其除霾效果研究

胡康靜

（鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南鄭州 450001）

新型濕式除霾器與其除霾效果研究

胡康靜

（鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南鄭州 450001）

霧霾日益嚴(yán)重，亟待制定合理的解決方案，目前已運(yùn)用極小液滴結(jié)合塵埃粒子從而沉降的濕式除霾原理研制了新型濕式除霾器。本文運(yùn)用煙片和香煙模擬霧霾天進(jìn)而采用儀器工作除霾，用TH-150系列智能中流量空氣總懸浮顆粒物采樣器對其效果進(jìn)行測定，分析測定數(shù)據(jù)最終得出結(jié)論。

PM2.5；濕式除塵器；采樣器

1 新型濕式除霾器的結(jié)構(gòu)及原理

裝置外部為45cm×45cm×55cm的長方體，內(nèi)部有電磁閥、霧化池、超聲波振蕩器、風(fēng)機(jī)、液位傳感器、51單片機(jī)、外部電源線、變壓器、塑膠水管等，在長方體的四個(gè)側(cè)面上部分別開有4個(gè)小孔。其中，外部電源線與變壓器相連給單片機(jī)及霧化器供電，將單片機(jī)與液位傳感器、變壓器相連，新型濕式除霾器結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。［1］單片機(jī)通過檢測置于儲液桶內(nèi)壁的液位傳感器的狀態(tài)控制電磁閥的工作狀態(tài)，接通及斷開供水管道，進(jìn)而控制霧化池中的水量，并控制超聲波振蕩器的開閉。霧化池中控制有一定的水位，超聲波振蕩器位于霧化池內(nèi)，對霧化池內(nèi)儲存的水，通過超聲波震蕩的方式進(jìn)行霧化。霧化好的水霧由上方的風(fēng)機(jī)經(jīng)小孔將液滴吹出，達(dá)到除霾效果。

2 新型濕式除霾器效果檢測實(shí)驗(yàn)

2.1 所用儀器及方案

本次實(shí)驗(yàn)采用的測量儀器是TH-150系列智能中流量空氣總懸浮顆粒物采樣器。采樣氣體經(jīng)過切割器、濾膜、壓差口，由采樣泵排氣口排出，儀器設(shè)定為兩個(gè)采樣段，每個(gè)采樣段耗時(shí)30min，兩個(gè)采樣段間隔為1min。通過測量放入的濾膜前后重量差值，計(jì)算得出PM2.5值。

圖1 新型濕式除霾器結(jié)構(gòu)圖

實(shí)驗(yàn)方案如下：首先，測試密閉空間中的空氣質(zhì)量，確保空氣質(zhì)量為優(yōu)，；其次，點(diǎn)燃香煙或者煙片，使其充分?jǐn)U散，模擬霧霾天，測量得到空氣質(zhì)量為重度或者嚴(yán)重污染；然后，開啟新型濕式除霾器進(jìn)行噴淋沉降；最后，測量噴淋后的PM2.5值變化。

表1 除霾效果測試結(jié)果表

2.2 實(shí)驗(yàn)變量參數(shù)設(shè)定

為了控制多余變量，在空間選擇上，使用一個(gè)高3.75m、長7.58m、寬4.92m的密閉空房子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.2.1 噴淋量。噴淋量由兩個(gè)因素控制，分別是噴淋時(shí)間和霧化器數(shù)。在箱體內(nèi)安裝了3個(gè)相同的霧化器，并且由各自的開關(guān)控制，同時(shí)結(jié)合密閉空間大小以及每分鐘每個(gè)噴頭工作所耗水量，選擇噴淋時(shí)間30、10、3.5、3、2.5、2、0.5min和3、2、1個(gè)霧化器組合實(shí)驗(yàn)。

2.2.2 噴淋過后的沉降時(shí)間。依據(jù)新型濕式除霾器的原理，是由粒徑相互接近的水滴和塵埃粒子相互結(jié)合，繼而沉降達(dá)到除霾的效果，所以沉降時(shí)間就在很大程度上起到?jīng)Q定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的作用，由于結(jié)合過后的混合物重量、粒徑都過于小，難以直接計(jì)算，于是只能根據(jù)噴淋條件及效果來選擇沉降時(shí)間，實(shí)驗(yàn)過程中選擇了300、180、120、60、30、20、5min和0min這幾個(gè)沉降時(shí)間。

2.2.3 源強(qiáng)大小。源強(qiáng)大小，就是在使用新型濕式霧化器之前密閉空間的PM2.5值、PM10值和TSP值。由于保持空間密閉，在實(shí)驗(yàn)前測得空間的空氣質(zhì)量為優(yōu)（即PM2.5值為0～50），所查找的資料表明，燃燒一根香煙所產(chǎn)生的PM2.5為12mg［2］。那么，在特定密閉空間內(nèi)點(diǎn)燃一根香煙就可以模擬室外霧霾天（即PM2.5的值為200～300，空氣質(zhì)量為重度污染）。但考慮到香煙中還有尼古丁、焦油等有害成分，會在一定程度上影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，后期實(shí)驗(yàn)改用燃燒煙片來模擬霧霾天。

3 結(jié)果與分析

3.1 最佳工作條件

對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，就特定空間來說，最符合新型濕式除霾器的預(yù)期結(jié)果的實(shí)驗(yàn)條件是噴淋時(shí)間為3.5min，沉降時(shí)間為0min，開一個(gè)霧化器。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，在該實(shí)驗(yàn)條件下，能把空氣質(zhì)量從重度污染、嚴(yán)重污染（PM2.5值200～500）降到優(yōu)、良、輕度污染（0～150），見表1。

需要說明的是，即便在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，由于選用的檢測空氣質(zhì)量儀器是基于檢測空氣通過濾膜前后的質(zhì)量差原理進(jìn)行工作的，而其質(zhì)量差的數(shù)值非常小，有太多的操作誤差會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所以即便是同一源強(qiáng)下都無法保證噴淋后能得到一樣的空氣質(zhì)量。

3.2 其他條件下的結(jié)果分析

3.2.1 開啟多個(gè)霧化器。當(dāng)開啟2個(gè)或者3個(gè)霧化器的時(shí)候，雖然理論上加大了指定粒徑的水滴數(shù)，但霧化器霧化出水滴后會先在箱體內(nèi)進(jìn)行相互結(jié)合，將小粒徑水滴結(jié)合成了大粒徑水滴，然后再經(jīng)過風(fēng)扇擴(kuò)散到四周，小粒徑水滴變成大粒徑水滴，也就弱化了能和直徑小于等于2.5μm的顆粒物相結(jié)合從而沉降的功能［2]。又因?yàn)榻Y(jié)合后的大粒徑水滴不能及時(shí)沉降，仍然漂浮在空氣中，當(dāng)夾帶著大粒徑水滴的空氣通過檢測儀器時(shí)，會沁濕濾膜，即便參照規(guī)范采用烘箱進(jìn)行干燥，也無法保證將水分除盡，從而加重濾膜的重量。

3.2.2 噴淋時(shí)間和沉降時(shí)間過長。噴淋時(shí)間過長會導(dǎo)致的結(jié)果與開啟多個(gè)霧化器效果類似，均因?yàn)楫a(chǎn)生水滴數(shù)量過多造成實(shí)驗(yàn)效果不理想，但不同之處在于噴淋時(shí)間過長時(shí)，水滴粒徑增大現(xiàn)象是在箱體外發(fā)生的。

由于結(jié)合后的混合物沉降速度較快，在保證充分?jǐn)U散的前提下，噴淋結(jié)束就可進(jìn)行測試。而一旦沉降時(shí)間過長，因?yàn)橐殉两迪聛淼幕旌衔餂]有得到處理，且混合物的質(zhì)量較輕，會受到空氣流動等外界影響，從而會再次揚(yáng)塵，造成二次污染，削弱甚至是破壞新型濕式除霾器的作用。

4 設(shè)備需要改進(jìn)的地方

設(shè)備需要改進(jìn)的地方有兩點(diǎn)：①該新型濕式除霾器是利用小粒徑液滴與塵埃粒子結(jié)合、沉降的原理從而達(dá)到降低PM2.5值的效果，所以必然會加大空氣中濕度，但是在運(yùn)用采樣器測量PM2.5的值時(shí)，對空氣中相對濕度要求是小于等于90%，根據(jù)規(guī)范采用的干燥手段卻無法保證達(dá)到該要求，所以會對實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果造成一定的誤差；②拆卸不易，一旦發(fā)生故障需要拆卸維修，就需要耗費(fèi)大量人力物力。

［1］多克辛.大氣灰霾追因與防治對策：河南省大氣灰霾污染專項(xiàng)研究成果［M］.北京：中國環(huán)境出版社，2016.

［2］胡滿銀，趙毅，劉忠.除塵技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

Design and Research of New Wet Atomization and Except Haze Effect

Hu Kangjing
（School of Water Conservancy and Environment，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450001）

Ncreasingly serious fog and haze,the urgent need to develop reasonable solutions.At present,using very small droplets combined with dust particles to sink the wet daze principle developed a new wet atomization and dust removal equipment.In this paper,usedsmoke and cigarettes to simulate the haze day and equipment in addition to haze,TH-150 series of intelligent flow of air in the total suspended particulate matter sampler determine the effect,fi?nal analyzed of the measured data.

PM2.5；wet dust collector；sampler

X511

A

1003-5168（2017）08-0147-02

2017-07-03

“鄭州大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目”（201610459026）

胡康靜（1995-），女，本科在讀，研究方向：水利工程。