噴霧技術(shù)原理及在成都大氣污染治理的應(yīng)用初探

盧奕杉

本文從“中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測分析平臺”官網(wǎng)獲得的成都近五年大氣質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)和分析數(shù)據(jù)入手，得出了冬季是大氣污染最嚴(yán)重的季節(jié)，并分析了污染成因，對消除大氣污染的主要“元兇”PM2.5消減技術(shù)進(jìn)行了調(diào)研，得出噴霧除霾是治霾的可靠技術(shù)。研究中先綜述分析了噴霧技術(shù)的原理，并結(jié)合成都目前采用的三種主要噴霧除霾技術(shù)設(shè)備，在其應(yīng)用場景進(jìn)行了除霾情況的測試分析，得到了“噴霧除霾技術(shù)確實(shí)有用，并且水霧化越好、顆粒越細(xì)小，除霾效果越好”的結(jié)論，對噴霧除霾技術(shù)應(yīng)用推廣具有一定參考價(jià)值。

一、研究過程

（一）噴霧技術(shù)原理初探

1.水的霧化原理

霧化噴嘴是一種能夠?qū)⒁后w霧化噴出，而均勻懸浮于空氣中的一種裝置。其工作原理是通過內(nèi)部壓力，將內(nèi)部的液體擠壓進(jìn)入噴嘴中，噴嘴內(nèi)部放置有一塊鐵片，高速流動的液體撞擊在鐵片上，反彈后形成直徑15～60微米左右的霧化顆粒，并通過噴嘴出口噴出。

2.噴霧除霾的原理

（1）霧霾的基本特征

霧形成的條件有兩個(gè)：飽和水蒸氣、空氣相對靜止或低風(fēng)速。

霧的形成，近地層大氣中每時(shí)每刻總是有霾存在，低空中當(dāng)水分飽和凝結(jié)和霧霾粒子結(jié)合形成霧。

霾粒子尺度范圍從0.01～ 10 μm;霧滴是3～100μm;霧滴增大達(dá)到一定尺度后可沉降;霧可以促進(jìn)霾的增大沉降。

（2）典型霧霾

化學(xué)煙霧（硫酸煙霧/倫敦型煙霧）：二氧化硫或其他硫化物、未燃燒的煤塵和高濃度的霧塵混合后起化學(xué)作用所產(chǎn)生。

光化學(xué)煙霧（洛杉磯型煙霧）：是汽車廢氣中的碳?xì)浠衔锖偷趸锿ㄟ^光化學(xué)反應(yīng)所形成。

煤煙：不完全燃燒產(chǎn)生的炭粒/飛灰，粒徑為0.01～1微米。

煤塵：煙道氣所帶出的未燃燒煤粒。

一一在PM2.5中，大量顆粒粒徑在1微米以下。

（3）按照沉降特性分類

飄塵<10μm）

降塵（>10μm）

（二）如何將飄塵轉(zhuǎn)化為降塵

霧環(huán)境下，在布朗運(yùn)動的作用下，1μm以下的氣溶膠之間較易發(fā)生碰撞，導(dǎo)致氣溶膠的平均體積隨時(shí)間逐漸增大。某觀測表明，當(dāng)時(shí)間發(fā)展至600s時(shí)，氣溶膠平均尺度已增大到初始的200多倍，數(shù)目降至初始的1%以下，但顆粒增大到1μm以上后增大過程變緩，增大時(shí)間以小時(shí)計(jì)。

——1μm以下顆粒碰并增大過程顯著。

自然凝并一一利用該機(jī)制，通過噴灑微米尺度的霧滴，加速大氣中1μm以下顆粒和部分前體物形成1μm尺度顆粒，使顆粒尺度向1μm匯聚，并使1μm以上顆粒緩慢增大。

從動力學(xué)角度，在較小尺度和一定時(shí)間內(nèi)，自然凝并過程主導(dǎo)1μm以下顆粒的增大，對1μm以上顆粒的增大作用緩慢。

（三）檢測分析

采用博朗通空氣質(zhì)量檢測儀，進(jìn)行監(jiān)測分析，可以獲得PM2.5等實(shí)時(shí)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)及變化情況。

1.大尺度（50微米）顆粒霧化技術(shù)應(yīng)用

對最具代表性的成都一汽專用車霧炮車除霾情況進(jìn)行測試分析。

2.中等尺度（30微米）顆粒霧化技術(shù)應(yīng)用

對最具代表性的海力特公司高壓清水霧技術(shù)除霾情況進(jìn)行檢測分析。

3.小尺度（10微米）顆粒霧化技術(shù)應(yīng)用

對最具代表性的中國空氣動力研究發(fā)展中心原創(chuàng)技術(shù)、航天中興科技有限公司委托生產(chǎn)的多尺度噴霧除霾技術(shù)裝備除霾情況測試分析。

二、研究結(jié)果

1.噴霧除霾技術(shù)對減弱霧霾有明顯效果。

2.水霧顆粒越細(xì)，除霾效果越好。

3.隨著水霧顆粒變細(xì)，越能產(chǎn)生豐富的負(fù)氧離子。