校园区域低空雾霾污染治理解决方案
—《校园区域低空雾霾沉降系统和方法》、《低空区域雾霾沉降装置》 应用方案
近年来，随着空气质量逐渐恶化，雾霾天气现象出现的频率越来越高，它们在人们毫无防范的时候侵入人体，从而引起呼吸系统疾病、心血管系统疾病、血液系统、生殖系统等疾病，诸如咽喉炎、肺气肿、哮喘、鼻炎、支气管炎等炎症，长期处于这种环境还会诱发肺癌、心肌缺血及损伤。
就学校而言，雾霾的危害对尚未成年的学生儿童尤其严重，同时，教职员工的身心健康也受到严重威胁。校园空气污染时刻影响着学生的生活和学习。系统、有效、全面的解决校园环境空气质量问题，给青、少、幼学生们创造安全、洁净的生活学习空间已刻不容缓。校园大气环境整治、雾霾的消除，已迫在眉睫。
一、霾的成因和危害
霾(mái)，也称灰霾(烟霞)，是空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等颗粒物组成的气溶胶系统造成的视觉障碍。霾的厚度比较厚，可达1-3公里左右。霾与雾、云不一样，与晴空区之间没有明显的边界，霾粒子的分布比较均匀，而且灰霾粒子的尺度比较小，从0.001微米到10微米，平均直径大约在1-2微米左右，是肉眼看不到的在空中飘浮的颗粒物。
1、霾的成因
霾的成因主要有以下三个大的条件，而城市中的学校园区又是这三个现象存在的良好载体。
1)在水平方向静风现象增多。
楼宇、建筑的阻挡和湍流效应，导致城市中间的的空气相对静止，静风现象增多。位于城市群落中间的学校尤其容易出现这样的状况。
2)垂直方向上出现逆温。
校园操场相对空旷，大面积塑胶、水泥、沥青地面经阳光照射后温度会大幅度升高，造成逆温现象，从而导致近地面细微粉尘颗粒向上漂浮，加剧霾的污染。
3)空气中悬浮颗粒物的增加。
细微粉尘颗粒、汽车尾气、氮氧化物、有毒有机物等PM2.5-PM10大小的颗粒物在城市中逐年递增，城市群落中的学校园区自然难以避免。学校塑胶操场等释放的有害颗粒物也是危害之一。
2、霾的危害
复旦大学公共卫生学院阚海东教授表示，肺癌的潜伏期从几年到几十年不等。和成人相比，儿童的身高决定了其受地面粉尘、雾霾的影响较成人更为严重，这是得到医学界共识的。
1)肺癌
因为儿童的呼吸带更接近地面，同时，儿童单位体重的呼吸暴露量比大人高，导致其易感性更高。所以受尾气、雾霾等污染气体的影响更大。再加上儿童的身体各器官没有发育完全，污染气体侵袭造成的伤害也更大，肺癌也极易在儿童身上潜伏。
2)结膜炎
专家介绍，尘霾微粒附着到角膜上，可引起角、结膜炎，或加重患者角膜炎、结膜炎的病情。角膜炎、结膜炎患者明显增多，有老年人、儿童，同时也有整天对着电脑的上班族。人们出现的情况大致一样：眼睛干涩、酸痛、刺痛、红肿和过敏。
3)小儿佝偻病
中国疾控中心环境所已用一年时间，开展了雾霾对人体健康的影响研究。初步研究发现：霾天气除了引起呼吸系统疾病的发病入院率增高外，霾天气还会对人体健康产生一些间接影响。霾的出现会减弱紫外线的辐射，如经常发生霾，则会影响人体维生素D合成，导致小儿佝偻病高发，并使空气中传染性病菌的活性增强。
4)呼吸道疾病
教师属于专业用嗓人士，经常需要用到嗓子，本就是咽喉疾病的高发人群，在雾霾天气更容易出现咽喉问题。
上呼吸道疾病
雾霾天气，空中浮游大量尘粒和烟粒等有害物质，会对人体的呼吸道造成伤害，空气中飘浮大量的颗粒、粉尘、污染物病毒等，一旦被人体吸入，就会刺激并破坏呼吸道黏膜，使鼻腔变得干燥，破坏呼吸道黏膜防御能力，细菌进入呼吸道，容易造成上呼吸道感染。
支气管哮喘
雾霾天气时，大气污染程度较平时重，空气中往往会带有细菌和病毒，易导致传染病扩散和多种疾病发生。空气中漂浮着粉尘、烟尘，尘螨也可能悬浮在雾气中，支气管哮喘患者吸入这些过敏原，就会刺激呼吸道，出现咳嗽、闷气、呼吸不畅等哮喘症状。尤其是城市中空气污染物不易扩散，加重了二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等物质的毒性，将会严重威胁人的生命和健康。
5)生殖系统疾病
日前，中国社科院联合中国气象局发布《气候变化绿皮书》报告称雾霾天气影响健康。雾霾中的PM2.5小颗粒，不光是粉尘，还有烟尘，包括汽车尾气、工业排放的废气等，这些物质都含有很多环境污染毒素，学术统称为环境污染雌激素，可以通过多种途径吸收侵入人体。除众所周知的会使呼吸系统及心脏系统疾病恶化等，还会影响人类的生殖能力。
二、尘霾治理的理论基础
霾出现时空气相对干燥，空气相对湿度通常在60%以下。当水汽凝结加剧、空气湿度增大时，霾就会转化为雾。这种尘霾颗粒与水气的融合作用发生在高空，并伴有大量水气和低气温时，就形成了雨。
对于城市级别的雾霾污染，冷空气即风的干预以及大范围的降雨，都是驱散和沉降雾霾的有效自然条件。但是，在低空区域人为制造大量的风和形成低空降雨都是不现实的，这也是雾霾没有切实有效的大面积消除方法的原因。
联合国空气环保领域的众多专家研究证实，生态级负离子(小粒径负离子)如负氧离子、水分子等，可以主动出击捕捉小粒微尘，使其凝聚而沉淀，有效除去空气中2.5微米(PM2.5)及以下的微尘，从而减少PM2.5对人体健康的危害。生态级负离子对空气的净化作用是源于负离子与空气中的细菌、灰尘、烟雾等带正电的微粒相结合，并聚成含尘水滴降落而消除PM2.5危害，巧合的是负离子在空气中做布朗运动(“之”字型运动)，而布朗运动本身就是消除微小粉尘物的有效方法，负离子结合飘尘后促进飘尘布朗运动而消除飘尘，实验证明，飘尘直径越小，越易被负离子沉淀。
水分具有吸收、粘结、固定‘微粒’的功能。雾霾的PM2.5微粒，是污染大气的主要物质，也是很好的凝结核。因此，向空中输送“水分”影响成云致雨的天气形势，是治理大气污染的有效方法。
校园区域的雾霾污染在大环境的影响下，是不得不面对的一个问题，杜绝户外活动、佩戴过滤装置等都是消极防范的方法。期望大范围的降雨也是目前的技术所无法达到的。利用巨型帐篷对校园区域封闭的方法耗资又过于巨大，而且同时还要配备高效率的新风过滤系统，投资、运行、维护等费用也相当高昂。
综上所述，如果能创造条件向低空尘霾污染区域大量输送微米级的细微水雾，通过细微水分吸附细微粉尘颗粒的原理达到沉降雾霾的目的，那么，就能在一定范围内形成空气净化区。再辅以监测和自动运行设备，就能科学的、有效的控制区域内的雾霾污染。对于校园区域而言，就可以人为制造出一个立体的洁净空气覆盖区域，从而保证校园内的学生、教职员工的正常学习和生活。
三、校园雾霾治理实施方案
本方案采用国家发明专利技术《校园区域低空雾霾沉降系统和方法ZL201410226001.8》及实用新型发明专利设备《低空区域雾霾沉降装置 ZL201420273203.3》，将水转化成生态级负离子，高效沉降有效区域内的雾霾，在校园上空形成一个洁净空气笼罩的穹顶，给校园内的师生创造出一个洁净的生活空间。
1、系统简述
校园低空取域雾霾沉降系统主要由雾霾沉降机群、PM2.5级无线粉尘监测仪、数据采集分析系统、就地自动化控制系统、远程监控系统构成。整个系统全自动化工作，可根据PM2.5粉尘监测仪传回的空气质量信号启、停雾霾沉降机群动作;系统自动统计工作前、中、后的空气质量报告和能耗报告并形成报表;上级管理部门和设备维护中心可远程监控设备的运行情况。
整个除霾系统全自动工作，也可人工设定和现场遥控。例如可设定在学生下课前10分钟进行喷雾操作，课间时间停止动作，保证学生在可以除霾系统打造出来的洁净空气环境中休息、运动、娱乐。平时依靠空气质量信号自动运转。在空气良好的天气里，机群折叠到地面，系统进入蛰伏状态。
2、系统构成
1)雾霾沉降机群
雾霾沉降机是一种大型远程喷雾设备，通过高压技术将水雾化到10-150μm大小的微雾颗粒，再利用大型风机把雾气喷洒到远处。雾霾沉降机的喷雾距离从30至200米不等。机器可左右0~180°、上下-10~45°摇摆作业，最大单台理论覆盖面积约10万平米。微雾颗粒被风的吹送的过程中被风和空气切割，二次雾化的细度可达1μm。
本方案设计选择使用80/100米射程型号的可升降雾霾沉降机对校园环境的尘霾进行治理，根据校园操场面积和边长的不同选择合适的机型。小于80米的机型如60/50型受风的影响较大，适用于小型操场。大于100米的机型能耗较高，非特殊情况不建议采用。
在雾霾天气的时候，尘霾因相对干燥、地埋逆温高等原因漂浮在近地空间。雾霾沉降机向校园区域内大量瞬间输送微米级水雾，增加区域空间湿度，同时降低地面温度。雾霾沉降机喷出的雾团在飘行的过程中大量、快速、重复地吸附尘霾颗粒，包裹了尘霾的灰滴再互相重复凝结、聚集，最终形成大的雾滴在重力作用下沉降到地面。尘霾的成分比较复杂，需要添加改性淀粉基的无毒表面活性剂和消毒药剂成分，在降尘霾的同时还起到了抑制空气中病毒的作用。
2)PM2.5粉尘监测仪
系统采用国外进口PM2.5级别的粉尘监测仪，可对1~150μm的细微粉尘进行实时监测。监测仪可无线发射信号及传输数据给就地控制系统，控制系统根据监测仪传回的信号启、停雾霾沉降机群动作。监测仪可固定或移动工作，远景设计还可依托遥控飞机无人机运行。
3)数据采集分析系统
数据采集分析系统是整个雾霾沉降系统稳定运行的技术基础。系统可远程接收监测仪传回的数据信号，进行编辑、分析、存储，再转发给就地控制系统。就地控制系统根据数据采集系统发来的数据控制整个除霾系统的工作。数据采集系统可以根据设定形成数据报告或报表，内容包括空气质量、系统能耗、系统运行情况、系统部件监控等等。
4)就地自动化控制系统、远程监控系统
就地自动化控制系统是整个雾霾沉降系统的指挥中心，包括电气控制、自动化控制、设备运行状态监测等功能。
远程监控系统可以为上级管理机关提供远程数据监测和视频监控功能，还可远程打印报表，整体功能通过无线传输或互联网实现。
整个系统的运行状态和各组成部件的运作状况都远程接入生产厂家的统一监控中心，保证为系统良好稳定运行提供完美售后服务。
3、系统的优势
1)微雾颗粒可达1μm，高效吸附PM2.5-PM10的可吸入尘霾颗粒，
2)区域性沉降雾霾效果理想，打造洁净空气环境，
3)打破区域静风现象，形成空气流动，
4)低空大量输送水分，创造尘霾沉降条件
5)降低地表温度，杜绝逆温现场，消灭尘霾漂浮条件，
6)控制形式多样，可全自动化运行，也可人工干预、遥控动作，
7)数据可形成报备，具有远程传输功能，
8)运行状态可远程监控，
9)统一售后服务中心支持，保证系统稳定运行，
四、示范案例
《低空区域雾霾沉降装置》是东方磐亚(北京)技术有限公司自主研发的专利设备。对露天堆场抑尘、无组织粉尘污染治理具有优异的效果，广泛应用于矿山、露天堆场、采石场、破碎站等大面积无组织粉尘污染源的治理。
《低空区域雾霾沉降装置》的布置有多种方式方法，可以布置在塔架上固定在某点使用，也可放置在车辆上移动使用，还可以布置在无动力拖车上拖曳使用。
《低空区域雾霾沉降装置》耗水量小、喷射距离远、覆盖面积大、节约能源。秉承源头治理的概念，减少粉尘向空间、大气排放的几率，将粉尘压制在地面，是减少PM2.5粉尘微粒污染的有效手段。
喷雾降尘技术在除尘领域取得了良好成绩同时，我们非常关注城市雾霾污染的治理。着力《低空区域雾霾沉降装置》设备本身的技术升级，如喷雾颗粒的细化、系统静音的提升等工作。大力开展了一系列的实地降霾试点，辅以区域雾霾沉降技术的研发，总结设备的降尘除霾特长，结合城市内使用的特点，取得了良好的效果和大量一手数据。从理论、应用、实践几个方面夯实根基、完善系统、完备技术，为大范围服务社会奠定了扎实的基础。
以意大利中国大使馆(北京市)区域雾霾沉降项目为例，该项目地点位于北京市东三环农展桥南，紧邻三环主路，临街方向空间开阔，馆区基本暴露在重度雾霾污染区域当中。
馆区面积约40000㎡，办公楼位于馆区中间，西北、东南有两块绿地。项目设计使用60m射程的塔架式雾霾沉降机2台，分别布置在两块绿地的边角位置，喷雾颗粒为30-150微米，工作时，向中央空地喷雾，微米级水雾覆盖整个使馆区域，高效沉降空气中的尘霾颗粒。
项目实施后，在现场利用粉尘监测仪和噪声监测仪进行了监测，噪音和降霾效果都是令人满意的。检测人员说话的噪音约为81分贝，雾霾沉降机的工作噪音约为73分贝，平均稳定在70分贝左右。
喷雾前，应用粉尘监测仪测量，现场空气中的PM10浓度实测平均值为108mg/m3，最高值为362 mg/m3。喷雾8分钟后，监测数据显示平均值为76 mg/m3，实时值为69 mg/m3。实践证明，雾霾沉降机的微米级水雾，在短时间内就将空气中的PM10浓度降低了30%。
最近，澳大利亚大使馆正在与我公司进行雾霾沉降机项目的购买谈判。我公司也正在和有关专业检测机构研讨针对北京市空气现状的检测方案，按照国家规定的标准检测方法，测量并取得更为精确有效的数据.
