校園區(qū)域低空霧霾污染治理解決方案
—《校園區(qū)域低空霧霾沉降系統(tǒng)和方法》、《低空區(qū)域霧霾沉降裝置》 應(yīng)用方案
近年來(lái)，隨著空氣質(zhì)量逐漸惡化，霧霾天氣現(xiàn)象出現(xiàn)的頻率越來(lái)越高，它們?cè)谌藗兒翢o(wú)防范的時(shí)候侵入人體，從而引起呼吸系統(tǒng)疾病、心血管系統(tǒng)疾病、血液系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等疾病，諸如咽喉炎、肺氣腫、哮喘、鼻炎、支氣管炎等炎癥，長(zhǎng)期處于這種環(huán)境還會(huì)誘發(fā)肺癌、心肌缺血及損傷。
就學(xué)校而言，霧霾的危害對(duì)尚未成年的學(xué)生兒童尤其嚴(yán)重，同時(shí)，教職員工的身心健康也受到嚴(yán)重威脅。校園空氣污染時(shí)刻影響著學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)。系統(tǒng)、有效、全面的解決校園環(huán)境空氣質(zhì)量問(wèn)題，給青、少、幼學(xué)生們創(chuàng)造安全、潔凈的生活學(xué)習(xí)空間已刻不容緩。校園大氣環(huán)境整治、霧霾的消除，已迫在眉睫。
一、霾的成因和危害
霾(mái)，也稱灰霾(煙霞)，是空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機(jī)碳?xì)浠衔锏阮w粒物組成的氣溶膠系統(tǒng)造成的視覺(jué)障礙。霾的厚度比較厚，可達(dá)1-3公里左右。霾與霧、云不一樣，與晴空區(qū)之間沒(méi)有明顯的邊界，霾粒子的分布比較均勻，而且灰霾粒子的尺度比較小，從0.001微米到10微米，平均直徑大約在1-2微米左右，是肉眼看不到的在空中飄浮的顆粒物。
1、霾的成因
霾的成因主要有以下三個(gè)大的條件，而城市中的學(xué)校園區(qū)又是這三個(gè)現(xiàn)象存在的良好載體。
1)在水平方向靜風(fēng)現(xiàn)象增多。
樓宇、建筑的阻擋和湍流效應(yīng)，導(dǎo)致城市中間的的空氣相對(duì)靜止，靜風(fēng)現(xiàn)象增多。位于城市群落中間的學(xué)校尤其容易出現(xiàn)這樣的狀況。
2)垂直方向上出現(xiàn)逆溫。
校園操場(chǎng)相對(duì)空曠，大面積塑膠、水泥、瀝青地面經(jīng)陽(yáng)光照射后溫度會(huì)大幅度升高，造成逆溫現(xiàn)象，從而導(dǎo)致近地面細(xì)微粉塵顆粒向上漂浮，加劇霾的污染。
3)空氣中懸浮顆粒物的增加。
細(xì)微粉塵顆粒、汽車尾氣、氮氧化物、有毒有機(jī)物等PM2.5-PM10大小的顆粒物在城市中逐年遞增，城市群落中的學(xué)校園區(qū)自然難以避免。學(xué)校塑膠操場(chǎng)等釋放的有害顆粒物也是危害之一。
2、霾的危害
復(fù)旦大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院闞海東教授表示，肺癌的潛伏期從幾年到幾十年不等。和成人相比，兒童的身高決定了其受地面粉塵、霧霾的影響較成人更為嚴(yán)重，這是得到醫(yī)學(xué)界共識(shí)的。
1)肺癌
因?yàn)閮和暮粑鼛Ц咏孛?，同時(shí)，兒童單位體重的呼吸暴露量比大人高，導(dǎo)致其易感性更高。所以受尾氣、霧霾等污染氣體的影響更大。再加上兒童的身體各器官?zèng)]有發(fā)育完全，污染氣體侵襲造成的傷害也更大，肺癌也極易在兒童身上潛伏。
2)結(jié)膜炎
專家介紹，塵霾微粒附著到角膜上，可引起角、結(jié)膜炎，或加重患者角膜炎、結(jié)膜炎的病情。角膜炎、結(jié)膜炎患者明顯增多，有老年人、兒童，同時(shí)也有整天對(duì)著電腦的上班族。人們出現(xiàn)的情況大致一樣：眼睛干澀、酸痛、刺痛、紅腫和過(guò)敏。
3)小兒佝僂病
中國(guó)疾控中心環(huán)境所已用一年時(shí)間，開展了霧霾對(duì)人體健康的影響研究。初步研究發(fā)現(xiàn)：霾天氣除了引起呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病入院率增高外，霾天氣還會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生一些間接影響。霾的出現(xiàn)會(huì)減弱紫外線的輻射，如經(jīng)常發(fā)生霾，則會(huì)影響人體維生素D合成，導(dǎo)致小兒佝僂病高發(fā)，并使空氣中傳染性病菌的活性增強(qiáng)。
4)呼吸道疾病
教師屬于專業(yè)用嗓人士，經(jīng)常需要用到嗓子，本就是咽喉疾病的高發(fā)人群，在霧霾天氣更容易出現(xiàn)咽喉問(wèn)題。
上呼吸道疾病
霧霾天氣，空中浮游大量塵粒和煙粒等有害物質(zhì)，會(huì)對(duì)人體的呼吸道造成傷害，空氣中飄浮大量的顆粒、粉塵、污染物病毒等，一旦被人體吸入，就會(huì)刺激并破壞呼吸道黏膜，使鼻腔變得干燥，破壞呼吸道黏膜防御能力，細(xì)菌進(jìn)入呼吸道，容易造成上呼吸道感染。
支氣管哮喘
霧霾天氣時(shí)，大氣污染程度較平時(shí)重，空氣中往往會(huì)帶有細(xì)菌和病毒，易導(dǎo)致傳染病擴(kuò)散和多種疾病發(fā)生?？諝庵衅≈蹓m、煙塵，塵螨也可能懸浮在霧氣中，支氣管哮喘患者吸入這些過(guò)敏原，就會(huì)刺激呼吸道，出現(xiàn)咳嗽、悶氣、呼吸不暢等哮喘癥狀。尤其是城市中空氣污染物不易擴(kuò)散，加重了二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等物質(zhì)的毒性，將會(huì)嚴(yán)重威脅人的生命和健康。
5)生殖系統(tǒng)疾病
日前，中國(guó)社科院聯(lián)合中國(guó)氣象局發(fā)布《氣候變化綠皮書》報(bào)告稱霧霾天氣影響健康。霧霾中的PM2.5小顆粒，不光是粉塵，還有煙塵，包括汽車尾氣、工業(yè)排放的廢氣等，這些物質(zhì)都含有很多環(huán)境污染毒素，學(xué)術(shù)統(tǒng)稱為環(huán)境污染雌激素，可以通過(guò)多種途徑吸收侵入人體。除眾所周知的會(huì)使呼吸系統(tǒng)及心臟系統(tǒng)疾病惡化等，還會(huì)影響人類的生殖能力。
二、塵霾治理的理論基礎(chǔ)
霾出現(xiàn)時(shí)空氣相對(duì)干燥，空氣相對(duì)濕度通常在60%以下。當(dāng)水汽凝結(jié)加劇、空氣濕度增大時(shí)，霾就會(huì)轉(zhuǎn)化為霧。這種塵霾顆粒與水氣的融合作用發(fā)生在高空，并伴有大量水氣和低氣溫時(shí)，就形成了雨。
對(duì)于城市級(jí)別的霧霾污染，冷空氣即風(fēng)的干預(yù)以及大范圍的降雨，都是驅(qū)散和沉降霧霾的有效自然條件。但是，在低空區(qū)域人為制造大量的風(fēng)和形成低空降雨都是不現(xiàn)實(shí)的，這也是霧霾沒(méi)有切實(shí)有效的大面積消除方法的原因。
聯(lián)合國(guó)空氣環(huán)保領(lǐng)域的眾多專家研究證實(shí)，生態(tài)級(jí)負(fù)離子(小粒徑負(fù)離子)如負(fù)氧離子、水分子等，可以主動(dòng)出擊捕捉小粒微塵，使其凝聚而沉淀，有效除去空氣中2.5微米(PM2.5)及以下的微塵，從而減少PM2.5對(duì)人體健康的危害。生態(tài)級(jí)負(fù)離子對(duì)空氣的凈化作用是源于負(fù)離子與空氣中的細(xì)菌、灰塵、煙霧等帶正電的微粒相結(jié)合，并聚成含塵水滴降落而消除PM2.5危害，巧合的是負(fù)離子在空氣中做布朗運(yùn)動(dòng)(“之”字型運(yùn)動(dòng))，而布朗運(yùn)動(dòng)本身就是消除微小粉塵物的有效方法，負(fù)離子結(jié)合飄塵后促進(jìn)飄塵布朗運(yùn)動(dòng)而消除飄塵，實(shí)驗(yàn)證明，飄塵直徑越小，越易被負(fù)離子沉淀。
水分具有吸收、粘結(jié)、固定‘微?！墓δ?。霧霾的PM2.5微粒，是污染大氣的主要物質(zhì)，也是很好的凝結(jié)核。因此，向空中輸送“水分”影響成云致雨的天氣形勢(shì)，是治理大氣污染的有效方法。
校園區(qū)域的霧霾污染在大環(huán)境的影響下，是不得不面對(duì)的一個(gè)問(wèn)題，杜絕戶外活動(dòng)、佩戴過(guò)濾裝置等都是消極防范的方法。期望大范圍的降雨也是目前的技術(shù)所無(wú)法達(dá)到的。利用巨型帳篷對(duì)校園區(qū)域封閉的方法耗資又過(guò)于巨大，而且同時(shí)還要配備高效率的新風(fēng)過(guò)濾系統(tǒng)，投資、運(yùn)行、維護(hù)等費(fèi)用也相當(dāng)高昂。
綜上所述，如果能創(chuàng)造條件向低空塵霾污染區(qū)域大量輸送微米級(jí)的細(xì)微水霧，通過(guò)細(xì)微水分吸附細(xì)微粉塵顆粒的原理達(dá)到沉降霧霾的目的，那么，就能在一定范圍內(nèi)形成空氣凈化區(qū)。再輔以監(jiān)測(cè)和自動(dòng)運(yùn)行設(shè)備，就能科學(xué)的、有效的控制區(qū)域內(nèi)的霧霾污染。對(duì)于校園區(qū)域而言，就可以人為制造出一個(gè)立體的潔凈空氣覆蓋區(qū)域，從而保證校園內(nèi)的學(xué)生、教職員工的正常學(xué)習(xí)和生活。
三、校園霧霾治理實(shí)施方案
本方案采用國(guó)家發(fā)明專利技術(shù)《校園區(qū)域低空霧霾沉降系統(tǒng)和方法ZL201410226001.8》及實(shí)用新型發(fā)明專利設(shè)備《低空區(qū)域霧霾沉降裝置 ZL201420273203.3》，將水轉(zhuǎn)化成生態(tài)級(jí)負(fù)離子，高效沉降有效區(qū)域內(nèi)的霧霾，在校園上空形成一個(gè)潔凈空氣籠罩的穹頂，給校園內(nèi)的師生創(chuàng)造出一個(gè)潔凈的生活空間。
1、系統(tǒng)簡(jiǎn)述
校園低空取域霧霾沉降系統(tǒng)主要由霧霾沉降機(jī)群、PM2.5級(jí)無(wú)線粉塵監(jiān)測(cè)儀、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、就地自動(dòng)化控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。整個(gè)系統(tǒng)全自動(dòng)化工作，可根據(jù)PM2.5粉塵監(jiān)測(cè)儀傳回的空氣質(zhì)量信號(hào)啟、停霧霾沉降機(jī)群動(dòng)作;系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)工作前、中、后的空氣質(zhì)量報(bào)告和能耗報(bào)告并形成報(bào)表;上級(jí)管理部門和設(shè)備維護(hù)中心可遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行情況。
整個(gè)除霾系統(tǒng)全自動(dòng)工作，也可人工設(shè)定和現(xiàn)場(chǎng)遙控。例如可設(shè)定在學(xué)生下課前10分鐘進(jìn)行噴霧操作，課間時(shí)間停止動(dòng)作，保證學(xué)生在可以除霾系統(tǒng)打造出來(lái)的潔凈空氣環(huán)境中休息、運(yùn)動(dòng)、娛樂(lè)。平時(shí)依靠空氣質(zhì)量信號(hào)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。在空氣良好的天氣里，機(jī)群折疊到地面，系統(tǒng)進(jìn)入蟄伏狀態(tài)。
2、系統(tǒng)構(gòu)成
1)霧霾沉降機(jī)群
霧霾沉降機(jī)是一種大型遠(yuǎn)程噴霧設(shè)備，通過(guò)高壓技術(shù)將水霧化到10-150μm大小的微霧顆粒，再利用大型風(fēng)機(jī)把霧氣噴灑到遠(yuǎn)處。霧霾沉降機(jī)的噴霧距離從30至200米不等。機(jī)器可左右0~180°、上下-10~45°搖擺作業(yè)，最大單臺(tái)理論覆蓋面積約10萬(wàn)平米。微霧顆粒被風(fēng)的吹送的過(guò)程中被風(fēng)和空氣切割，二次霧化的細(xì)度可達(dá)1μm。
本方案設(shè)計(jì)選擇使用80/100米射程型號(hào)的可升降霧霾沉降機(jī)對(duì)校園環(huán)境的塵霾進(jìn)行治理，根據(jù)校園操場(chǎng)面積和邊長(zhǎng)的不同選擇合適的機(jī)型。小于80米的機(jī)型如60/50型受風(fēng)的影響較大，適用于小型操場(chǎng)。大于100米的機(jī)型能耗較高，非特殊情況不建議采用。
在霧霾天氣的時(shí)候，塵霾因相對(duì)干燥、地埋逆溫高等原因漂浮在近地空間。霧霾沉降機(jī)向校園區(qū)域內(nèi)大量瞬間輸送微米級(jí)水霧，增加區(qū)域空間濕度，同時(shí)降低地面溫度。霧霾沉降機(jī)噴出的霧團(tuán)在飄行的過(guò)程中大量、快速、重復(fù)地吸附塵霾顆粒，包裹了塵霾的灰滴再互相重復(fù)凝結(jié)、聚集，最終形成大的霧滴在重力作用下沉降到地面。塵霾的成分比較復(fù)雜，需要添加改性淀粉基的無(wú)毒表面活性劑和消毒藥劑成分，在降塵霾的同時(shí)還起到了抑制空氣中病毒的作用。
2)PM2.5粉塵監(jiān)測(cè)儀
系統(tǒng)采用國(guó)外進(jìn)口PM2.5級(jí)別的粉塵監(jiān)測(cè)儀，可對(duì)1~150μm的細(xì)微粉塵進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)儀可無(wú)線發(fā)射信號(hào)及傳輸數(shù)據(jù)給就地控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測(cè)儀傳回的信號(hào)啟、停霧霾沉降機(jī)群動(dòng)作。監(jiān)測(cè)儀可固定或移動(dòng)工作，遠(yuǎn)景設(shè)計(jì)還可依托遙控飛機(jī)無(wú)人機(jī)運(yùn)行。
3)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)是整個(gè)霧霾沉降系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)基礎(chǔ)。系統(tǒng)可遠(yuǎn)程接收監(jiān)測(cè)儀傳回的數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)行編輯、分析、存儲(chǔ)，再轉(zhuǎn)發(fā)給就地控制系統(tǒng)。就地控制系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)控制整個(gè)除霾系統(tǒng)的工作。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)定形成數(shù)據(jù)報(bào)告或報(bào)表，內(nèi)容包括空氣質(zhì)量、系統(tǒng)能耗、系統(tǒng)運(yùn)行情況、系統(tǒng)部件監(jiān)控等等。
4)就地自動(dòng)化控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
就地自動(dòng)化控制系統(tǒng)是整個(gè)霧霾沉降系統(tǒng)的指揮中心，包括電氣控制、自動(dòng)化控制、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能。
遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以為上級(jí)管理機(jī)關(guān)提供遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和視頻監(jiān)控功能，還可遠(yuǎn)程打印報(bào)表，整體功能通過(guò)無(wú)線傳輸或互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。
整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和各組成部件的運(yùn)作狀況都遠(yuǎn)程接入生產(chǎn)廠家的統(tǒng)一監(jiān)控中心，保證為系統(tǒng)良好穩(wěn)定運(yùn)行提供完美售后服務(wù)。
3、系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
1)微霧顆?？蛇_(dá)1μm，高效吸附PM2.5-PM10的可吸入塵霾顆粒，
2)區(qū)域性沉降霧霾效果理想，打造潔凈空氣環(huán)境，
3)打破區(qū)域靜風(fēng)現(xiàn)象，形成空氣流動(dòng)，
4)低空大量輸送水分，創(chuàng)造塵霾沉降條件
5)降低地表溫度，杜絕逆溫現(xiàn)場(chǎng)，消滅塵霾漂浮條件，
6)控制形式多樣，可全自動(dòng)化運(yùn)行，也可人工干預(yù)、遙控動(dòng)作，
7)數(shù)據(jù)可形成報(bào)備，具有遠(yuǎn)程傳輸功能，
8)運(yùn)行狀態(tài)可遠(yuǎn)程監(jiān)控，
9)統(tǒng)一售后服務(wù)中心支持，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，
四、示范案例
《低空區(qū)域霧霾沉降裝置》是東方磐亞(北京)技術(shù)有限公司自主研發(fā)的專利設(shè)備。對(duì)露天堆場(chǎng)抑塵、無(wú)組織粉塵污染治理具有優(yōu)異的效果，廣泛應(yīng)用于礦山、露天堆場(chǎng)、采石場(chǎng)、破碎站等大面積無(wú)組織粉塵污染源的治理。
《低空區(qū)域霧霾沉降裝置》的布置有多種方式方法，可以布置在塔架上固定在某點(diǎn)使用，也可放置在車輛上移動(dòng)使用，還可以布置在無(wú)動(dòng)力拖車上拖曳使用。
《低空區(qū)域霧霾沉降裝置》耗水量小、噴射距離遠(yuǎn)、覆蓋面積大、節(jié)約能源。秉承源頭治理的概念，減少粉塵向空間、大氣排放的幾率，將粉塵壓制在地面，是減少PM2.5粉塵微粒污染的有效手段。
噴霧降塵技術(shù)在除塵領(lǐng)域取得了良好成績(jī)同時(shí)，我們非常關(guān)注城市霧霾污染的治理。著力《低空區(qū)域霧霾沉降裝置》設(shè)備本身的技術(shù)升級(jí)，如噴霧顆粒的細(xì)化、系統(tǒng)靜音的提升等工作。大力開展了一系列的實(shí)地降霾試點(diǎn)，輔以區(qū)域霧霾沉降技術(shù)的研發(fā)，總結(jié)設(shè)備的降塵除霾特長(zhǎng)，結(jié)合城市內(nèi)使用的特點(diǎn)，取得了良好的效果和大量一手?jǐn)?shù)據(jù)。從理論、應(yīng)用、實(shí)踐幾個(gè)方面夯實(shí)根基、完善系統(tǒng)、完備技術(shù)，為大范圍服務(wù)社會(huì)奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。
以意大利中國(guó)大使館(北京市)區(qū)域霧霾沉降項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目地點(diǎn)位于北京市東三環(huán)農(nóng)展橋南，緊鄰三環(huán)主路，臨街方向空間開闊，館區(qū)基本暴露在重度霧霾污染區(qū)域當(dāng)中。
館區(qū)面積約40000㎡，辦公樓位于館區(qū)中間，西北、東南有兩塊綠地。項(xiàng)目設(shè)計(jì)使用60m射程的塔架式霧霾沉降機(jī)2臺(tái)，分別布置在兩塊綠地的邊角位置，噴霧顆粒為30-150微米，工作時(shí)，向中央空地噴霧，微米級(jí)水霧覆蓋整個(gè)使館區(qū)域，高效沉降空氣中的塵霾顆粒。
項(xiàng)目實(shí)施后，在現(xiàn)場(chǎng)利用粉塵監(jiān)測(cè)儀和噪聲監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，噪音和降霾效果都是令人滿意的。檢測(cè)人員說(shuō)話的噪音約為81分貝，霧霾沉降機(jī)的工作噪音約為73分貝，平均穩(wěn)定在70分貝左右。
噴霧前，應(yīng)用粉塵監(jiān)測(cè)儀測(cè)量，現(xiàn)場(chǎng)空氣中的PM10濃度實(shí)測(cè)平均值為108mg/m3，最高值為362 mg/m3。噴霧8分鐘后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示平均值為76 mg/m3，實(shí)時(shí)值為69 mg/m3。實(shí)踐證明，霧霾沉降機(jī)的微米級(jí)水霧，在短時(shí)間內(nèi)就將空氣中的PM10濃度降低了30%。
最近，澳大利亞大使館正在與我公司進(jìn)行霧霾沉降機(jī)項(xiàng)目的購(gòu)買談判。我公司也正在和有關(guān)專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)研討針對(duì)北京市空氣現(xiàn)狀的檢測(cè)方案，按照國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法，測(cè)量并取得更為精確有效的數(shù)據(jù).
