郑州大学水利与环境学院 崔士平 代灿灿

应用高压喷雾技术改善小区环境

郑州大学水利与环境学院 崔士平 代灿灿

一、郑州市的空气环境

郑州市气候干燥，风沙大，且近20年来工业发展水平迅速提高，环境污染物的排放量不断增加，大气环境污染问题日趋严重。尤其是入冬以后及初春季节，气候干燥，大风扬沙天气频发，同时受北方沙尘暴的影响，经常出现较大的风沙，空气中灰尘浓度过高，严重影响空气质量，进而给城市居民的生活带来不便，甚至影响到了人们的身体健康。

空气质量采用空气污染指数（Air Pollution Index)法进行评价，就是将常规监测的几种污染物（主要指SO2、NO2、PM10）浓度简化为单一的概念性指数形式，并分级表征空气污染程度和空气质量状况。

从表 1 中可以看出，目前大气主要污染物中，PM10（可吸入颗粒物）污染负荷系数最高，是首要污染物，PM10浓度多属于三级，甚至会达到四级，严重影响郑州市的空气质量。

表1 2010年3月21-2010年3月24日郑州市空气质量报告

二、现行对策及不足

改善这种风沙天气主要靠控制两个指标——增加空气湿度和降低灰尘浓度。郑州市的现行办法有：修建人工湖、建设生态森林、修养护城河，修建小区人工喷泉、道路洒水等，这些措施也是目前各大城市运行比较成熟且很有成效的方法。但是郑州市气候干，风沙大，仅仅依靠这些办法还不够。例如人工湖，其降温增湿效应的总体趋势为距离水体越近，温度越低、相对湿度越高，但是人工湖的作用范围有限，而且修建人工湖的代价太大。护城河的功能比较大，但是依靠护城河的作用太有限，而且因受气温影响在冬季不能有效地增加空气湿度；城市道路洒水大部分用的是地下水或水库地表水，很容易在减少二次扬尘污染的同时，出现浪费水资源的问题，而郑州市又是一个缺水城市。生态林建设正在稳步进行，但这是一个长期的工程，其规模也有待进一步扩大。

三、高压喷雾技术

通过高压喷雾可以有效地进行空气除尘，即利用液态的水雾颗粒和固态的粉尘颗粒在空气中凝结进而达到除尘的效果。高压喷雾除尘大致可分为3种凝结形式，即惰性凝结、静电凝结和涡流凝结。

1．惰性凝结。该过程实质就是水雾颗粒在空气中碰撞并捕捉悬浮粉尘颗粒的过程，除尘的效果可以用捕捉系数进行评定，并且还受水雾颗粒粒度影响，水雾粒度越接近粉尘粒度捕捉效果越好，除尘效果越好。计算粉尘粒对于雾粒的轨迹可以从理论上算出捕捉系数，在此基础上可以确定出最小粉尘粒径公式：

在确定喷嘴直径和各种喷雾压力下的水雾粒径后得出如下计算雾粒粒径的关系式：

（2）式中可以看出高压喷雾喷出的雾粒粒径较细接近粉尘粒径，凝结效果好，除尘效果较好。

2．静电凝结。其原理是带有不同电荷的水雾颗粒和粉尘颗粒比不带任何电荷的颗粒易于凝结，从而提高除尘的效果。空气中的粉尘颗粒受风、运动的机车、人流等作用发生摩擦会带上正电荷或负电荷，高压水经过高压喷头时受摩擦作用也会带上不同的电荷，在空气中带不同电荷的两种颗粒相遇受静电力的作用凝结。

3．涡流凝结。不同粒度和密度的粉尘在不同速度的风中运动并相互碰撞，随着粉尘波动速度及其浓度的增加碰撞的次数亦增加。

从公式（3）可知增加涡流强度就能提高高压喷雾的除尘效果，而水流变成雾粒的长度受喷雾压力影响，压力越大，紧密水流段的长度越小，涡流段的长度越大，并且随着压力增加雾流圆锥形部分的长度缩短，雾流变成圆柱状并有强烈的涡流运动。所以高压喷雾会提高涡流强度进而提高凝结效果很好的达到除尘的目的。

4．高压喷雾技术不仅能达到很好的除尘效果，而且在除尘的过程中能够通过水汽的补充来提高空气湿度，进而改善空气质量。

四、自动控制

在高压喷头控制系统中加入灰尘感应器，灰尘感应器可以对空气质量进行实时监测，当空气中灰尘浓度达到一定值时自动启动喷雾装置，改善空气质量。在控制系统中同时加入人工设置，可以设置工作时段，如秋冬季节，天气比较干燥，可以延长喷雾时间，多雨季节则会自动减少工作时间甚至暂停工作，可以根据实际情况灵活操作。

五、高压喷雾用于小区

在小区的规划设计中，加入高压喷雾系统，利用高压喷雾降低小区空气中灰尘浓度，同时提高小区空气湿度，增加小区空气环境的舒适度。该系统覆盖小区的各个角落，能对小区环境进行有效改善，提高小区人们的生活质量。喷头可以依附在路灯或其他建筑物上，减少占用空间，也可以借用小区规划设计原有的喷水、洒水系统，这样可以节省成本，并且能够提高水资源利用率。

六、结论与展望

高压喷雾系统较现有的改善空气质量的措施有明显的优点，除尘效果明显提高，操作灵活，不受时空限制，可有效对目标区域进行空气质量改善，而且能够节约水资源，提高资源利用率，除尘的同时又可以增加空气湿度。将该系统应用于小区规划建设中，可以很好地对小区空气进行除尘加湿，改善空气质量，从而很好地吸引居民居住，创造很大的商业价值。

该系统也可以应用到整个城市的规划建设，因其额外投资成本较小，而且操作方便，效率高，能耗低，推广起来便利可行，对城市小区内环境改善会有很大的提高作用。