噴霧技術原理及在成都大氣污染治理的應用初探

盧奕杉

本文從“中國空氣質量在線監測分析平臺”官網獲得的成都近五年大氣質量的統計和分析數據入手，得出了冬季是大氣污染最嚴重的季節，并分析了污染成因，對消除大氣污染的主要“元兇”PM2.5消減技術進行了調研，得出噴霧除霾是治霾的可靠技術。研究中先綜述分析了噴霧技術的原理，并結合成都目前采用的三種主要噴霧除霾技術設備，在其應用場景進行了除霾情況的測試分析，得到了“噴霧除霾技術確實有用，并且水霧化越好、顆粒越細小，除霾效果越好”的結論，對噴霧除霾技術應用推廣具有一定參考價值。

一、研究過程

（一）噴霧技術原理初探

1.水的霧化原理

霧化噴嘴是一種能夠將液體霧化噴出，而均勻懸浮于空氣中的一種裝置。其工作原理是通過內部壓力，將內部的液體擠壓進入噴嘴中，噴嘴內部放置有一塊鐵片，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：飽和水蒸氣、空氣相對靜止或低風速。

霧的形成，近地層大氣中每時每刻總是有霾存在，低空中當水分飽和凝結和霧霾粒子結合形成霧。

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

（2）典型霧霾

化學煙霧（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作用所產生。

光化學煙霧（洛杉磯型煙霧）：是汽車廢氣中的碳氫化合物和氮氧化物通過光化學反應所形成。

煤煙：不完全燃燒產生的炭粒/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）如何將飄塵轉化為降塵

霧環境下，在布朗運動的作用下，1μm以下的氣溶膠之間較易發生碰撞，導致氣溶膠的平均體積隨時間逐漸增大。某觀測表明，當時間發展至600s時，氣溶膠平均尺度已增大到初始的200多倍，數目降至初始的1%以下，但顆粒增大到1μm以上后增大過程變緩，增大時間以小時計。

——1μm以下顆粒碰并增大過程顯著。

自然凝并一一利用該機制，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。

從動力學角度，在較小尺度和一定時間內，自然凝并過程主導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

采用博朗通空氣質量檢測儀，進行監測分析，可以獲得PM2.5等實時空氣質量數據及變化情況。

1.大尺度（50微米）顆粒霧化技術應用

對最具代表性的成都一汽專用車霧炮車除霾情況進行測試分析。

2.中等尺度（30微米）顆粒霧化技術應用

對最具代表性的海力特公司高壓清水霧技術除霾情況進行檢測分析。

3.小尺度（10微米）顆粒霧化技術應用

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

二、研究結果

1.噴霧除霾技術對減弱霧霾有明顯效果。

2.水霧顆粒越細，除霾效果越好。

3.隨著水霧顆粒變細，越能產生豐富的負氧離子。