雾霾治理方案

雾霾治理方案

一、雾霾成因及危害

雾霾天气是一种大气污染状态，是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述，尤其是PM2.5（Particular Matter,空气动力学直径大于2.5 微米的颗粒物）被认为是造成雾霾天气的元凶。

雾霾天气通常是多种污染源混合作用形成的, 其源头多种多样，主要是发展方式粗放产业结构和能源结构不尽合理造成的，其主要来源为土壤尘、煤燃烧、汽车尾气排放、海洋气溶胶及钢铁工业生产污染等。PM2.5有6 个重要来源，分别是土壤尘、燃煤、生物质燃烧、汽车尾气与垃圾焚烧、工业污染和二次无机气溶胶。

高耗能产业和高污染产业较多，污染物急剧增加，是雾霾形成原因之一中国火力发电占全部发电量的90%以上，而火电的85%几乎全部是燃煤发电，化石燃料燃烧和能源使用产生二氧化硫和二氧化碳造成严重污染。

扬尘污染已日益成为城市颗粒物污染的主要原因，亦是雾霾成因之一中国大部分城市以摊大饼形式发展，正处于基础设施建设的高峰时期，建筑、拆迁、道路施工及堆料、运输等施工过程中产生的灰尘不断增多；一些城市干燥少雨，冬春季多风，极易形成扬尘污染"此外，还有随风飞扬的堆放物尘，汽车行驶引起的道路尘，以及量大面广的裸露地面尘"中国扬尘污染已相当严重，且尚无好转迹象，大气颗粒物中的扬尘比重很大，如上海市研究结果，在总悬浮颗粒物中，扬尘的分担率达到60%以上。

汽车尾气也增加了细微颗粒物排放，是形成雾霾的重要原因，汽车尾气的大量排放使城市群区域大气复合污染呈现显著恶化和蔓延趋势，造成大范围的雾霾，大大超出环境承载能力。

雾霾的组成成分非常复杂，包括数百种大气颗粒物，如矿物颗粒、海盐、硫酸盐、硝酸盐、有机气溶胶粒子等矿物气溶胶（包括煤烟尘、沙尘和城市逸散性粉尘等）是中国雾霾中含量最大的组分，约占35%，硫酸盐和有机碳气溶胶是另外2 个含量较大的组分，分别约占15%，这3 类气溶胶贡献了中国雾霾质量浓度的约70%，而硝酸盐约占7%，铵盐所占比例约为5%，黑碳气溶胶只占约 3.5%。因此，雾霾主要由雾中的微小水滴气溶胶和霾中的非水性气溶胶组成，其中，气溶胶的化学组分按照其吸湿性可以分为吸湿性气溶胶和非吸湿性气溶胶，吸湿性气溶胶大部分为硫酸盐、硝酸盐、铵盐等无机组分及部分吸湿性有机组分，而非吸湿性的气溶胶主要为矿物气溶胶、碳黑及部分非吸湿性有机组分。它们能直接进入并黏附在人体上、下呼吸道和肺叶中，引起鼻炎和支气管炎等病症，长期处于这种环境还会诱发肺癌"雾霾主要引发的是人的心血管和呼吸系统疾病，并视其为普遍和主要的环境致癌物。

二、通用方案

1、头治理，少烧煤、油，多用电和天然气等清洁能源。发展公共交通，减少私家车辆的出行，节能减排，使用节能家电、多搭乘公共交通以及骑车出行。给汽车安装微粒过滤装置，对尾气不达标的车辆严禁驶入，违者重罚。减少建筑和道路扬尘，不能露天烧秸秆和垃圾，少用农药和化肥。,

2、能源的出行工具，将城市建成一个对流的建筑群，形成一定的气流，把雾霾吹走，加大绿化等。

3、对公民的环境意识的教育，每个人都做到尽量减少对空气的污染，发动公民的监督作用。

三、溶胶吸湿增长的理论分析

中国现在雾霾问题的主因是严重的气溶胶污染。通过吸湿性来去除气溶胶粒子也具有很大的研究意义，气溶胶的吸湿性主要取决于粒子的化学组分、粒径及环境相对湿度等，而粒子的吸湿性又影响粒径大小、密度和质量，进而影响气溶胶粒子的去除。相对湿度的改变是影响气溶胶吸湿的主要因素，当相对湿度达到潮解点时，气溶胶会瞬间吸收大量水分而使粒径变大，然后可通过自身沉降将其从大气中快速除去。

图为气溶胶粒子吸湿增长的寇拉曲线，从图中看到，如环境水汽压小于临界值，即使干粒子能吸湿长大，但尺度不能超过临界半径，只能形成霾滴。换句话说，就是霾滴要想通过吸湿增长成为雾滴，必须有足够的过饱和度，能够越过过饱和驼峰才行，这在自然界并不容易实现。所以，必须通过人工手段增加其相对湿度，从而可以越过饱和驼峰形成雾滴。通过实测资料分析表明，出现雾时，极端最小的相对湿度是91％。当然，空气中水汽较多时，某些吸水性强的干气溶胶粒子会吸水、长大。在中国华北区域的观测发现吸湿后的气溶胶粒子粒径会增大20%~60%。因此，通过人工加湿可使粒径增大，相对湿度变小，更容易由霾滴转化为雾滴。

图1气溶胶粒子吸湿增长的寇拉曲线

四、设计一种室内吸收雾霾的装置

通过上面的分析可知，加湿、降温、加压是雾霾中水蒸气气溶胶液化的重要条件。所以根据这些条件制作如图所示室内雾霾吸收装置，其由集风器、抽风机、加湿器、制冷器、集水器、污水处理器等组成。该装置的具体工作原理为：由抽风机将雾霾吸入到集风器中，集风器成漏斗状，具有加压作用，集风器开口处设置一个加湿器，来增加进入集风器气体的相对湿度，集风器壁由散热较快的铝片构成，且上面布置若干个凸起，使其与雾霾气体的接触面积增大，后接冷凝器，具有使气体降温的作用，通过加压降温的作用，雾霾中的水蒸气会液化，使小水滴粒径变大，吸附更多的非水性气溶胶，通过沉降变成污水，随漏斗状的壁面流入集水器，然后再进入污水处理器，最终得到干净的水。经过处理的水也可以经循环管道到达加湿器，为加湿器提供水源，从而达到节水的目的。在装置上也可以安装一个雾霾触发器，当室内空气污染物达到一定浓度时，自动接通装置电源进行工作。

图2室内雾霾吸收装置

五、总结

雾霾不仅对人体健康有不利影响，还会导致大气的能见度低，容易发生交通事故，威胁人们的安全。降温加压是使大气中存在的水蒸气达到饱和形成雾滴最重要的物理过程，所以通过这些原理或是人工加湿的方法可以使其液化，进而使其粒径变大，吸附更多的非吸湿性气溶胶颗粒物，而对于吸湿性气溶胶颗粒物通过寇拉曲线可知，当达到临界相对饱和湿度时，气溶胶会吸湿增长，最后都通过自身沉降，达到吸收空气中雾霾的目的。本文中设计的装置也主要是依据以上原理，对雾霾进行收集净化，既达到了除去雾霾的目的，同时也得到了干净的水，用于生活用水，有利于节约水资源。