鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院 崔士平 代燦燦

應(yīng)用高壓噴霧技術(shù)改善小區(qū)環(huán)境

鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院 崔士平 代燦燦

一、鄭州市的空氣環(huán)境

鄭州市氣候干燥，風(fēng)沙大，且近20年來(lái)工業(yè)發(fā)展水平迅速提高，環(huán)境污染物的排放量不斷增加，大氣環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重。尤其是入冬以后及初春季節(jié)，氣候干燥，大風(fēng)揚(yáng)沙天氣頻發(fā)，同時(shí)受北方沙塵暴的影響，經(jīng)常出現(xiàn)較大的風(fēng)沙，空氣中灰塵濃度過(guò)高，嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量，進(jìn)而給城市居民的生活帶來(lái)不便，甚至影響到了人們的身體健康。

空氣質(zhì)量采用空氣污染指數(shù)（Air Pollution Index)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，就是將常規(guī)監(jiān)測(cè)的幾種污染物（主要指SO2、NO2、PM10）濃度簡(jiǎn)化為單一的概念性指數(shù)形式，并分級(jí)表征空氣污染程度和空氣質(zhì)量狀況。

從表 1 中可以看出，目前大氣主要污染物中，PM10（可吸入顆粒物）污染負(fù)荷系數(shù)最高，是首要污染物，PM10濃度多屬于三級(jí)，甚至?xí)_(dá)到四級(jí)，嚴(yán)重影響鄭州市的空氣質(zhì)量。

表1 2010年3月21-2010年3月24日鄭州市空氣質(zhì)量報(bào)告

二、現(xiàn)行對(duì)策及不足

改善這種風(fēng)沙天氣主要靠控制兩個(gè)指標(biāo)——增加空氣濕度和降低灰塵濃度。鄭州市的現(xiàn)行辦法有：修建人工湖、建設(shè)生態(tài)森林、修養(yǎng)護(hù)城河，修建小區(qū)人工噴泉、道路灑水等，這些措施也是目前各大城市運(yùn)行比較成熟且很有成效的方法。但是鄭州市氣候干，風(fēng)沙大，僅僅依靠這些辦法還不夠。例如人工湖，其降溫增濕效應(yīng)的總體趨勢(shì)為距離水體越近，溫度越低、相對(duì)濕度越高，但是人工湖的作用范圍有限，而且修建人工湖的代價(jià)太大。護(hù)城河的功能比較大，但是依靠護(hù)城河的作用太有限，而且因受氣溫影響在冬季不能有效地增加空氣濕度；城市道路灑水大部分用的是地下水或水庫(kù)地表水，很容易在減少二次揚(yáng)塵污染的同時(shí)，出現(xiàn)浪費(fèi)水資源的問(wèn)題，而鄭州市又是一個(gè)缺水城市。生態(tài)林建設(shè)正在穩(wěn)步進(jìn)行，但這是一個(gè)長(zhǎng)期的工程，其規(guī)模也有待進(jìn)一步擴(kuò)大。

三、高壓噴霧技術(shù)

通過(guò)高壓噴霧可以有效地進(jìn)行空氣除塵，即利用液態(tài)的水霧顆粒和固態(tài)的粉塵顆粒在空氣中凝結(jié)進(jìn)而達(dá)到除塵的效果。高壓噴霧除塵大致可分為3種凝結(jié)形式，即惰性凝結(jié)、靜電凝結(jié)和渦流凝結(jié)。

1．惰性凝結(jié)。該過(guò)程實(shí)質(zhì)就是水霧顆粒在空氣中碰撞并捕捉懸浮粉塵顆粒的過(guò)程，除塵的效果可以用捕捉系數(shù)進(jìn)行評(píng)定，并且還受水霧顆粒粒度影響，水霧粒度越接近粉塵粒度捕捉效果越好，除塵效果越好。計(jì)算粉塵粒對(duì)于霧粒的軌跡可以從理論上算出捕捉系數(shù)，在此基礎(chǔ)上可以確定出最小粉塵粒徑公式：

在確定噴嘴直徑和各種噴霧壓力下的水霧粒徑后得出如下計(jì)算霧粒粒徑的關(guān)系式：

（2）式中可以看出高壓噴霧噴出的霧粒粒徑較細(xì)接近粉塵粒徑，凝結(jié)效果好，除塵效果較好。

2．靜電凝結(jié)。其原理是帶有不同電荷的水霧顆粒和粉塵顆粒比不帶任何電荷的顆粒易于凝結(jié)，從而提高除塵的效果?？諝庵械姆蹓m顆粒受風(fēng)、運(yùn)動(dòng)的機(jī)車、人流等作用發(fā)生摩擦?xí)险姾苫蜇?fù)電荷，高壓水經(jīng)過(guò)高壓噴頭時(shí)受摩擦作用也會(huì)帶上不同的電荷，在空氣中帶不同電荷的兩種顆粒相遇受靜電力的作用凝結(jié)。

3．渦流凝結(jié)。不同粒度和密度的粉塵在不同速度的風(fēng)中運(yùn)動(dòng)并相互碰撞，隨著粉塵波動(dòng)速度及其濃度的增加碰撞的次數(shù)亦增加。

從公式（3）可知增加渦流強(qiáng)度就能提高高壓噴霧的除塵效果，而水流變成霧粒的長(zhǎng)度受噴霧壓力影響，壓力越大，緊密水流段的長(zhǎng)度越小，渦流段的長(zhǎng)度越大，并且隨著壓力增加霧流圓錐形部分的長(zhǎng)度縮短，霧流變成圓柱狀并有強(qiáng)烈的渦流運(yùn)動(dòng)。所以高壓噴霧會(huì)提高渦流強(qiáng)度進(jìn)而提高凝結(jié)效果很好的達(dá)到除塵的目的。

4．高壓噴霧技術(shù)不僅能達(dá)到很好的除塵效果，而且在除塵的過(guò)程中能夠通過(guò)水汽的補(bǔ)充來(lái)提高空氣濕度，進(jìn)而改善空氣質(zhì)量。

四、自動(dòng)控制

在高壓噴頭控制系統(tǒng)中加入灰塵感應(yīng)器，灰塵感應(yīng)器可以對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)空氣中灰塵濃度達(dá)到一定值時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)噴霧裝置，改善空氣質(zhì)量。在控制系統(tǒng)中同時(shí)加入人工設(shè)置，可以設(shè)置工作時(shí)段，如秋冬季節(jié)，天氣比較干燥，可以延長(zhǎng)噴霧時(shí)間，多雨季節(jié)則會(huì)自動(dòng)減少工作時(shí)間甚至?xí)和９ぷ?，可以根?jù)實(shí)際情況靈活操作。

五、高壓噴霧用于小區(qū)

在小區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，加入高壓噴霧系統(tǒng)，利用高壓噴霧降低小區(qū)空氣中灰塵濃度，同時(shí)提高小區(qū)空氣濕度，增加小區(qū)空氣環(huán)境的舒適度。該系統(tǒng)覆蓋小區(qū)的各個(gè)角落，能對(duì)小區(qū)環(huán)境進(jìn)行有效改善，提高小區(qū)人們的生活質(zhì)量。噴頭可以依附在路燈或其他建筑物上，減少占用空間，也可以借用小區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)原有的噴水、灑水系統(tǒng)，這樣可以節(jié)省成本，并且能夠提高水資源利用率。

六、結(jié)論與展望

高壓噴霧系統(tǒng)較現(xiàn)有的改善空氣質(zhì)量的措施有明顯的優(yōu)點(diǎn)，除塵效果明顯提高，操作靈活，不受時(shí)空限制，可有效對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行空氣質(zhì)量改善，而且能夠節(jié)約水資源，提高資源利用率，除塵的同時(shí)又可以增加空氣濕度。將該系統(tǒng)應(yīng)用于小區(qū)規(guī)劃建設(shè)中，可以很好地對(duì)小區(qū)空氣進(jìn)行除塵加濕，改善空氣質(zhì)量，從而很好地吸引居民居住，創(chuàng)造很大的商業(yè)價(jià)值。

該系統(tǒng)也可以應(yīng)用到整個(gè)城市的規(guī)劃建設(shè)，因其額外投資成本較小，而且操作方便，效率高，能耗低，推廣起來(lái)便利可行，對(duì)城市小區(qū)內(nèi)環(huán)境改善會(huì)有很大的提高作用。