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在工業(yè)和民用領(lǐng)域，我們經(jīng)?？梢钥吹嚼酶邏核F，來去除工業(yè)生產(chǎn)過程中及工程施工作業(yè)過程中所產(chǎn)生的粉塵的有效案例。因而，在畜牧養(yǎng)殖業(yè)，也大可采取這種方法，來處理畜禽舍排出氣體中的粉塵和臭氣成分，從而解決養(yǎng)殖場周邊因氣味引起的居民投訴問題。由于高壓水霧設(shè)備有著投資少、安裝便捷、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，在近幾年的國內(nèi)環(huán)保壓力下，許多養(yǎng)殖場都采用了這種實惠的除塵除臭方案。但根據(jù)現(xiàn)有的反饋，有大量客戶在使用后，感覺這套方案的實際除臭效果有限，或是持續(xù)作用時間過短。究其原因，無外乎設(shè)備本身的性能問題，以及配套組件選用時的設(shè)計問題。有鑒于此，本文將以高壓水霧除塵的機(jī)理為出發(fā)點(diǎn)，通過分析豬舍廢氣的特點(diǎn)，并結(jié)合高壓水霧系統(tǒng)的部分參數(shù)指標(biāo)，來進(jìn)一步探討如何優(yōu)化高壓水霧設(shè)備在養(yǎng)殖場廢氣凈化中的使用效果，供正在使用和準(zhǔn)備采用高壓水霧除臭的朋友參考。
一．           高壓水霧除塵（除臭）的原理
新瑞佳-高壓水霧系統(tǒng)是通過增壓設(shè)備（高壓泵），將經(jīng)過過濾的清水送入高壓管道，并通過霧化噴嘴，噴射出大量的、具有一定沖擊速度的水霧化顆粒。霧化設(shè)備根據(jù)霧化工藝可分為壓力霧化、氣流霧化及超聲霧化等幾種工藝；根據(jù)霧粒的粒徑大小分為干霧、細(xì)霧、微霧、水霧等。干霧和細(xì)霧多用于消毒和加濕，這些在養(yǎng)殖場也經(jīng)常使用，霧化消毒時一般在水中會添加一些藥劑及化學(xué)制劑；在某些干燥地區(qū)或干燥的季節(jié)通過噴霧實現(xiàn)加濕或降溫效果。還有在水中添加生物或化學(xué)除臭劑，通過噴霧設(shè)備形成細(xì)霧，在舍內(nèi)達(dá)到去除氨氣和臭味的目的。在霧化除塵領(lǐng)域，通常是采用微霧和水霧。本文討論的內(nèi)容涉及的就是利用高壓產(chǎn)生的微霧和水霧實現(xiàn)除塵除臭的這一領(lǐng)域。當(dāng)采用高壓水霧設(shè)備產(chǎn)生具有一定初速度的霧化水滴顆粒，進(jìn)入含有粉塵的氣流中時，便會藉由慣性，撞擊氣體中的固體顆粒物，迅速的捕集、吸附、凝結(jié)，最終形成包裹著顆粒物的固液混合顆粒，在重力的作用下沉降到地面，從而實現(xiàn)除塵。畜禽舍排出的廢氣，主要是由粉塵和臭氣物質(zhì)組成，粉塵中，又以飼料粉塵居多——有數(shù)據(jù)表明，豬舍空氣中≥7μm的粉塵顆粒，有91%都是來源于飼料①；而臭氣物質(zhì)的成分則更加復(fù)雜，據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)描述，這類臭氣成分多達(dá)200~300種。不過在這之中，占比較多的仍是氨氣，硫化氫其次，其余的臭氣物質(zhì)，則多屬于有機(jī)臭氣成分，雖然它們的占比很小，但臭氣閾值卻很低，人們也很容易聞到它所散發(fā)出的臭味。好在，這些臭氣物質(zhì)并不是以氣態(tài)獨(dú)立存在于廢氣之中，而主要是附著在粉塵之上，以氣溶膠的形態(tài)懸浮于空氣中。所以，高壓水霧系統(tǒng)凈化畜禽舍廢氣的本質(zhì)是通過去除粉塵氣溶膠的機(jī)理，達(dá)到除臭的目標(biāo)。關(guān)于高壓水霧除塵，國內(nèi)外的科研人員，已經(jīng)通過大量的實驗研究，確認(rèn)水霧顆粒與粉塵氣溶膠在微觀層面上，能夠藉由慣性碰撞、截留、布朗擴(kuò)散、重力效應(yīng)、電荷效應(yīng)等多種作用力的相互影響下，實現(xiàn)除塵。（如圖1所示） （圖1）噴霧降塵機(jī)理由于以上幾種作用的相互關(guān)系太過復(fù)雜，在這里不再展開，從結(jié)論上說就是：氣霧顆粒與粉塵氣溶膠的幾種相互作用力并不是同時發(fā)生的，而是會根據(jù)實際的應(yīng)用場景、處理物的影響，而發(fā)生不同的相互作用。但總的來說，“慣性碰撞”和“截留”在其中起到的作用是最大的，兩者的具體效果，則取決于實際情況下，粉塵氣溶膠顆粒的大小和霧粒的性質(zhì)（粒徑、運(yùn)動速度及單位體積內(nèi)霧粒的密度等）因素。

一．           空氣顆粒物的概念劃分
為了便于理解，在這里我們先把“粉塵”、“總懸浮顆粒物”以及“氣溶膠”這三個概念梳理一下。首先是粉塵：在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的規(guī)定中，粒徑＜75μm固體粒子的懸浮體被統(tǒng)稱為“粉塵”。這個概念比較籠統(tǒng)，通常只用于工業(yè)通風(fēng)除塵領(lǐng)域，再加上近些年大眾對大氣污染物的關(guān)注，所以我們更常聽見的其實是諸如“懸浮顆粒物（PM）”、“PM10”、“PM2.5”這些空氣動力學(xué)和環(huán)境氣象學(xué)領(lǐng)域的描述。而懸浮顆粒物，就是懸浮在大氣中的固體或液體顆粒狀物質(zhì)的總稱：粒徑小于100μm的顆粒物被稱為TSP（Total Suspended Particulate），也就是“總懸浮微粒”，又稱“總懸浮顆粒物”；而粒徑小于10μm的則被稱為PM10（Particulate Matter 10），即“可吸入顆粒”；粒徑小于2.5μm的，就是我們所熟知的PM2.5（Particulate Matter 2.5）了。所以說，TSP和PM10在粒徑上存在著包含關(guān)系，即“PM10為TSP的一部分”。而氣溶膠，則是指懸浮于氣體中的，粒徑在0.001~100µm的固體或液體微小粒子所形成的膠溶狀態(tài)分散體系。因此，氣溶膠也可以看作是總懸浮顆粒物（TSP）中的一部分。說到這里，就有必要強(qiáng)調(diào)一下“粒徑”這個概念了。雖然粒徑是用來描述顆粒物的大小的，但上文中的顆粒物“粒徑“，并不是指顆粒物本身的真實直徑，嚴(yán)格意義上講，其實是空氣動力學(xué)中的當(dāng)量直徑D_p ，這一點(diǎn)在這里也不再展開，感興趣的可以自行查閱。

二．           豬舍空氣中顆粒物的特點(diǎn)那么測量顆粒物粒徑的主要目的，其實就是為了研究顆粒物的運(yùn)動特性。大氣中的顆粒物，小的能有0.001μm，大的則可以達(dá)到1000μm以上。作為對比，粒徑大于50μm的顆粒物，在自然條件下受重力作用影響，會很快沉降到地面，只能在大氣中滯留幾分鐘~幾小時左右；而粒徑為0.1μm的顆粒，不但會大幅削減自身的重力影響，在大氣中滯留相當(dāng)長的時間，而且還能漂浮到很遠(yuǎn)的地方。所以一般情況下，習(xí)慣上把10μm以上的稱作“降塵”，10μm以下的稱作“浮塵”。國內(nèi)外對豬舍內(nèi)及其排出氣體的顆粒污染物和氣溶膠顆粒物的研究有很多，比如黃凱、唐倩等著的《冬季不同類型豬舍內(nèi)顆粒物與微生物氣溶膠濃度分布規(guī)律研究》②中，就通過實地測量，記錄了冬季妊娠舍、分娩舍、保育舍這三種豬舍的舍內(nèi)空氣顆粒物（TSP、PM10、PM4、PM2.5、PM1）的質(zhì)量濃度（見下表2）。從數(shù)據(jù)我們可以看出，在豬舍內(nèi)，不同粒徑的顆粒物中，PM10以下的浮塵約占44%，而大于PM10的降塵則明顯占比更多。此外，許穩(wěn)、劉學(xué)軍等著的《不同階段豬舍氨氣和顆粒物污染特征及其動態(tài)》③中也指出，豬舍空氣中的顆粒物以10-100μm的降塵為主，在保育舍和育肥舍中分別占總懸浮顆粒物質(zhì)量濃度的82%和63%；劉楊等在《育肥舍氣溶膠產(chǎn)生規(guī)律和減排方法研究》④論文中也總結(jié)道：豬舍空氣中的顆粒物粒徑分布，均以10~100μm所占比例最高，在四個季節(jié)中占比均已超過60%，春季甚至超過75%。雖然以上數(shù)據(jù)中的數(shù)值均有所偏差，但已經(jīng)能夠確定豬舍排出的廢氣中，顆粒物及氣溶膠的粒徑以10-100μm降塵比例最多，其次是PM10（浮塵）。 綜上所述，采用高水噴霧除臭設(shè)備凈化豬舍排放廢氣的核心目標(biāo)應(yīng)該是通過高壓噴霧產(chǎn)生的霧滴，最大限度的捕集不易沉降的PM10，同時加快粒徑范圍在10-100μm這些可沉降粉塵的沉降速度。

三．           除塵（除臭）效果的影響因素

除塵效率的影響因素除了粉塵氣溶膠顆粒的大小之外，另一重要因素是高壓噴霧產(chǎn)生的霧粒的物理參數(shù)，包括霧粒的粒徑、霧粒的運(yùn)動速度及霧粒的密度。對于高壓水霧除塵的研究結(jié)果證明，當(dāng)粉塵顆粒物粒徑不變時，霧粒的粒徑越小，捕集的效果就越好，這是因為在相同的體積空間，霧滴粒徑越小，霧滴的數(shù)量就越多，與粉塵顆粒物撞擊的機(jī)率越高；而霧滴粒徑越大，霧滴的數(shù)量越少，與粉塵顆粒物的碰撞機(jī)率就降低。但當(dāng)霧粒粒徑小到一定數(shù)值后，隨著霧粒粒徑的變小，霧粒的蒸發(fā)也會變快，捕集的效果就又會變差了，所以如何確定霧粒的粒徑，就成為了影響除塵效果的核心問題。在這里還需要特別說明一下，霧粒的“總捕集率”和噴霧系統(tǒng)的“總降塵率”其實不是一回事：降塵率是指包含粉塵顆粒的液滴和包含氣霧顆粒的氣流的分離效率，追求的是最終的降塵結(jié)果。而當(dāng)霧粒直徑過小時，雖然從過程上講，霧粒的“總捕集率”會上升，但由于蒸發(fā)等因素，從結(jié)果上無法對粉塵進(jìn)行有效捕集，所以實際上的“總降塵率”是不增反降的。此外還有一點(diǎn)要考慮的是，已經(jīng)被捕集的塵粒，處于飽和狀態(tài)時受溫度的影響較大，飽和液滴此時容易破裂蒸發(fā)，所以也會導(dǎo)致最終塵粒捕集失敗。由此可見，霧粒過大或過小，都會影響到降塵的效果，對于粒徑大小已經(jīng)確定的塵粒，我們也需要對癥下藥，選用除塵率最佳的霧滴。由于PM10以下的粉塵會影響人的呼吸道健康，所以此前的研究人員，主要都在研究這一范圍內(nèi)的顆粒物。從結(jié)論上說，針對PM10以下的顆粒物，美國研究人員測得效果最佳的霧滴粒徑是100-200μm；而前蘇聯(lián)的學(xué)者則認(rèn)為40-100μm的霧粒更容易和粉塵碰撞，從而達(dá)到最佳捕塵的效果。近年來計算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)的應(yīng)用，使得國內(nèi)的研究人員也通過模擬和實驗，測得在綜合環(huán)境下，粒徑在100μm左右的霧粒捕塵能力最強(qiáng)；而當(dāng)把環(huán)境濕度限定在不容易汽化的前提下時，粒徑在50μm左右的霧粒，對捕獲呼吸性粉塵的效果最佳。參考以上數(shù)據(jù)之后我們大致可以認(rèn)定，為了達(dá)到理想的捕塵效果，豬舍排氣凈化除臭選用的高壓霧化系統(tǒng)的霧粒粒徑應(yīng)該在50-100μm之間。霧粒的運(yùn)動速度，在理論上講提高霧粒的運(yùn)動速度會加強(qiáng)氣流的渦流運(yùn)動強(qiáng)度，渦流運(yùn)動強(qiáng)度與霧粒運(yùn)動速度的平方成正比，因此渦流運(yùn)動強(qiáng)度的提升，能夠提高霧粒與粉塵顆粒的碰撞次數(shù)，使除塵效率提高。這一點(diǎn)可以簡單理解為霧粒速度提高后，霧粒獲得了更多的動能，所以拉長了在粉塵氣流中運(yùn)動的距離和時間，提高了粉塵與霧粒的碰撞次數(shù)，并最終獲得了更佳的除塵效果。而增加單位體積內(nèi)霧粒的密度，其實質(zhì)也是提高霧粒與粉塵顆粒的碰撞次數(shù)，提高降塵效率。霧粒的粒徑、速度和密度這幾個參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的，就單個霧化噴嘴來說，當(dāng)確定了霧粒的粒徑范圍，那么就要選定噴嘴類型和工作壓力，隨之霧滴的初始速度和流量等也就基本確定了。根據(jù)高壓噴嘴的特性，高壓霧化系統(tǒng)的壓力越高，霧化顆粒的粒徑就越小，單位體積內(nèi)霧粒的密度越高，噴嘴的流量就越大；但并不是壓力越高越好，因為壓力的提高到一定數(shù)值后，除塵的效率提高的程度有限，但耗水量確實成倍的提高，設(shè)備能耗也大幅增加，設(shè)備投資和運(yùn)行成本都不經(jīng)濟(jì)。有關(guān)這點(diǎn)前文也有論述。設(shè)備的水流量除了需要根據(jù)排放廢氣的總量及對除臭效率的設(shè)定來計算，但還有另一重要方面，就是用戶對水消耗量的認(rèn)可范圍，因為高壓水霧消耗的水量是一次性損耗的，不能循環(huán)使用。
結(jié)論

        以上通過對高壓水霧除塵機(jī)理的研究分析，可以認(rèn)為利用高壓水霧設(shè)備凈化畜禽舍廢氣中的臭氣的核心點(diǎn)是控制霧化水滴顆粒的粒徑范圍、運(yùn)動速度和密度，即霧化水滴的粒徑在50-100μm之間的集中度越高、與廢氣氣流的相對速度越大、單位體積廢氣里霧粒的密度越高，那么除塵除臭的效率就會越高。實際設(shè)計和應(yīng)用中就是要通過這幾個核心參數(shù)來配置高壓水霧設(shè)備，同時要滿足用戶對除塵效率、水的消耗量及投資利用率的要求。河南新瑞佳實業(yè)有限公司專業(yè)生產(chǎn)高壓微霧除臭系統(tǒng)功能、養(yǎng)殖場噴淋除臭消毒系統(tǒng)，可為養(yǎng)殖企業(yè)定制除臭系統(tǒng)。