CN106801399A - 一种治理雾霾的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种治理雾霾的方法，该方法为将近地表被污染的空气通过管道穿过逆温层输送到逆温层顶界上部，通过自然气体对流，实现污染空气的自净，从而达到降低污染程度。本发明采用的管道竖直高差为300‑1000米(管道可以倾斜)，管道底端设置有底部空腔，底部空腔四周设置有抽排风机，管道可以依山而建，也可以依较高的建筑物建造，污染空气从建筑物底端的抽风机进入到管道中，沿管道上升，最后从建筑物顶端的排风口排出。该方法实现近地表的空气与逆温层顶界的空气产生人工流动，即地表附近的污染空气上升，上升至逆温层顶界，而逆温层顶界上部的冷空气下沉，实现物质交换，这样近地表的污染物正常扩散至空中并稀释、分解，污染可以通过对流自净。

Description

一种治理雾霾的方法

技术领域

本发明属于雾霾治理技术领域，具体涉及一种治理雾霾的方法。

背景技术

近些年，国内工业经济的迅猛发展，造成了空气质量的严重恶化，雾霾天气出现的天数日渐增多。PM2.5颗粒物是构成雾霾的主要成分，对人体伤害最大，这些存在于大气中直径小于或等于2.5微米的细颗粒物密密麻麻悬浮在空气中，肉眼几乎不可见，人在呼吸的时候就随着空气进入呼吸道和肺部，引起气管炎、肺炎等疾病，危害人体健康。

关于大气污染，特别是雾霾的成因，目前有各种说法，如汽车、工业、燃煤中放射性核污染、抽烟中的尼古丁等，众说纷纭。

1、逆温条件：

正常气温是随高度增加而降低，即海拔每上升100米，气温降低约0.6℃——平均气温垂直递减率γ。当气温垂直递减率γ<1℃/100m时，大气呈稳定状态，气温随高度减小量较小或不变。在北方，当温度降至零度以下，从地表到高度200-800米的范围内，会产生一个“逆温层”。这时，温度随高度增加不是降低，而是增加，并且在一定高度上达到峰值，即逆温层的顶界。在一般情况下，逆温层为200-800米厚，底界海拔0-200米，顶界800-1000米。

图4为北京市南苑气象站1999年10月观测到的逆温层结构(1998年10月29日08:00，韩志雄，2000)其中横轴为气温℃，纵轴为海拔高度(米)。从图上可以看到，在地表温度仅5℃，而在900米处，温度达到峰值11-14℃，在900米以上温度随高度增加而降低。

液态水的比热容是4.19kJ/(kg*K)，岩石的热容在0.7-0.9kJ/(Kg*k)，空气的比热容约是1.4kJ/(kg*K)。据此，1立方水升高1℃所需要热量相当于大约4000立方空气升高1℃，因此在冬季温度很低的地表(冰和岩石)，增温很困难，需要大量热量，若有雾时，白天会遮档了阳光，地表更无法吸热，很难快速升温到0度以上；而100-1000米高度的雾层顶部则很容易在阳光的照射下升温，地表比高度温度低，这就形成大气逆温现象，它是形成雾霾的首要条件。

2、污染成因综合分析：

只要有人类活动就会有颗粒物的排放，这些颗粒物-污染物的去向有两种，一种是靠风侧向带走并稀释；二是靠垂向对流。

在正常情况下，可以通过风带走颗粒物到远处稀释或分解；或在稳定度差的天气，通过大气的热对流活动，即地表附近的温度较高的气体上升，上升至“自由对流高度”，而高空冷空气下沉，实现物质交换，这样近地表的颗粒物正常扩散至空中并稀释、分解。垂向对流是一个动态平衡过程，人为排放速度大于自然对流速度，则显现污染；排放速度小于对流速度，则无污染显现，这一般出现在人口较少的地区。

图5为熏烟型扩散模式：封闭型扩散模式、开放扩散模式。若逆温层很低或没有，则是开放扩散模式，污染可以通过对流自净。

从产生污染的各种要素来看，污染产生的必要条件是逆温层的存在。

污染的来源基本上是“自身”造就的，即本地污染源。当然本地污染源局部也会小范围的扩散，但大范围迁移是不可能的。在正常情况下，日出后逆温就会慢慢消失。其前提是地表能接受太阳光，并快速升温。但是，在空气相对湿度较大、地表较冷的条件下，该现象很难消失。

目前已经有很多支持本地源的论述。刘秋欣(2007)利用MS-Urban大气扩散模型和二重源解析技术，联合模型对鞍山市尘源进行了分析，认为在采暖季，燃煤尘贡献率114.22μ/m³，远大于其它污染源，是其它源的总和77μ/m³的近两倍，其次是冶炼尘，机动车尾气排第三，在非采暖季，机动车也仅排放最低。李金洪(2001)对民用散煤进行了研究，得出型煤和烟煤含碳量分别为70％和59％，在其烟尘均含有较高碳质组分，该组分在型煤烟尘中占25％,烟煤烟尘中占28％。李璇(2015)研究了2013年1月北京市PM2.5的来源，认为本地源贡献率为34％，周边河北占26％。薛亦峰(2016年)通过模型模拟分析了北京市2015年12月的重污染天气，说明采暖带来的本地源是主要因素。

据此，申请人提出大气污染形成模式如下：在白天湿度一定的静稳天气条件下，夜晚较低温度将会使相对湿度增大，而空气中饱和水含量减少，富余的水分析出形成雾；至早晨雾气遮挡阳光，地面不能接收阳光而升温，当上午阳光照射到雾层顶部，200-800米高的空气中时，可使此段空气层快速升温，形成逆温层(盖子)；本地污染颗粒物会一直排放，无法通过盖子向上扩散实现垂向对流，造成污染聚集。

3、目前我国雾霾治理现状：

国家现有治霾方法众多、五花八门，但都不十分凑效，减少排放、限烧秸秆等等措施只是治标不治本，国家现行治理方案与技术是减少工厂的污染排放、限制汽车尾气、杜绝秸秆燃烧等一系列的举措，从某种意义上讲有一定的成效，但还是不能有效的彻底治理雾霾，蓝色的天空还是要靠风和冷空气的到来。

专利201610056633.3公开了一种基于突破逆温层的消减雾霾的方法，该方法为在空旷环境下，将近地区域带有雾霾的冷空气加热压缩并垂直向上强制持续喷射形成高温气柱，高温气柱形成并维持上冷下热的温度梯度的对流气柱；当对流气柱突破逆温层顶，形成有利于大气垂直对流的通道，通道区域的雾霾随上升气流扩散至逆温层顶上空；随着通道内的雾霾浓度下降，周围区域的雾霾向通道内扩散，周围区域的空气携带雾霾向通道聚集，形成雾霾向高空扩散的循环，实现一定区域内雾霾的消减。该方法只是一个设想，逆温层通常较高，采用该方法所需要的能耗极高，在现实生活中并可能实现。

发明内容

为了解决目前雾霾治理的难题,本发明提供一种治理雾霾的方法，该方法实现地表的空气与逆温层顶界的空气产生人工流动，即地表附近的污染空气上升，上升至逆温层顶界，而逆温层顶界上部的冷空气下沉，实现物质交换，这样近地表的颗粒物正常扩散至空中并稀释、分解，实现污染物对流自净。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种治理雾霾的方法，所述的方法为将地表的污染空气通过管道穿过逆温层输送到逆温层顶界之上，之后空气自然对流，实现污染空气的自净、扩散。

在白天湿度一定的静稳天气条件下，夜晚较低温度将会使相对湿度增大，而空气中饱和水含量减少，富余的水分析出形成雾；至早晨雾气遮挡阳光，地面不能接收阳光而升温，当上午阳光照射到雾层顶部，300-1000米高的空气中时，可使此段空气快速升温，形成逆温层(盖子)；本地污染颗粒物会一直排放，无法通过盖子向上扩散实现垂向对流，造成污染聚集。在非静稳天气条件下，例如存在风，则污染减轻或消失，此时不存在逆温层，在风力的带动下地表的污染空气会侧向扩散和垂向对流，这样，近地表的颗粒物正常扩散至空中并稀释、分解，污染可以实现对流自净。

目前对于雾霾天气，大多数人都是“等风来”的心态，风的产生是由于地面受热不均，导致空气上升和下沉运动，这种运动使同一水平面上气压产生了差异，促使大气由高压区流向低压区做水平运动，从而产生了风。申请人经过研究发现，与其等风来，还不如通过设计管道，使管道穿过逆温层，将地面的污染空气人为输送到逆温层顶界，污染物扩散至逆温层顶界上部稀释、分解，从而实现污染物对流自净。同时，地面这个范围内的空气被抽走后，在局部会形成低气压，会诱导周边地区的空气向此处流动，则空气的流动慢慢的形成，更加有利于污染物的扩散，达到治理雾霾的效果。

优选的，所述的方法采用的管道竖直高度为300-1000米，管道底端设置有底部空腔，底部空腔四周设置有抽风机。从背景技术中的表1北京市各个季节的逆温层底高和顶高统计表可以看出：北京冬季逆温层基本上分布在海拔0-640米高度之间，少数情况下逆温层海拔超过1000米，本发明设计的高度可以满足不同高度的逆温层治理雾霾的需要。表1为北京市各个季节的逆温层底高和顶高统计表，其中的冬季逆温层基本上分布在海拔0-640米高度之间，少部分逆温层顶界的海拔海都达到900，本发明的管道高差(空气采集口与排风口的海拔高差)设置在300-1000米之间，可以较好的满足实际除霾的需要。

表1北京市强污染日期间的逆温层结构

优选的，所述的管道依山而建，山顶的海拔大于500米，大于1000米最佳，污染空气从山底的抽风机进入到底部空腔中，沿管道上升，最后从山顶的排风口排出，依山而建可以减少建造所需要的成本，减少不必要的支出。

优选的，所述的管道依顶部海拔大于300米的建筑物建造，污染空气从建筑物底端的抽风机进入到管道中，沿管道上升，最后从建筑物顶端的排风口排出。依建筑物建造，也可以将建筑物内部产生的污染空气汇总到管道内部，建筑物内部产生的污染空气如家庭做饭的时候产生的油烟、燃煤锅炉产生的烟气等，一方面可以降低管道的建造成本，另一方面可以降低人为产生的污染气体，进一步降低污染气体的排放，一举多得。

本发明的优点是：本发明提出了一种治理雾霾较为新颖的方法，根据雾霾形成后的结构，制作管道，使得地表的污染空气通过管道穿过逆温层到达逆温层顶界之上，而逆温层顶界上部的冷空气下沉，实现物质交换，这样近地表的颗粒物正常扩散至空中并稀释、分解，污染可以通过对流自净。这种装置是必须的，不是为治理污染源开脱，即使没有工业污染，在人口密集的地区，通过该装置也可以降低污染，建造成本不高，并且在治理过程中不会产生其他的排放的副作用，较为环保，能较好的解决目前雾霾治理的难题。

附图说明

图1为本发明结构简图；

图2为本发明依山而建的结构简图；

图3为本发明依建筑物建造的结构简图；

图4为北京市南苑气象站1999年10月观测到的逆温层结构；

图5为熏烟型扩散模式。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明：

一种治理雾霾的方法，所述的方法为将地表的污染空气通过管道穿过逆温层输送到逆温层顶界上部，通过自然气体对流，实现污染空气的自净。污染空气通过管道穿过逆温层，将地面的污染空气运送到逆温层顶界，污染物扩散至逆温层顶界上部稀释、分解，从而实现污染物对流自净。同时，地面这个范围内的空气被抽走后，在局部会形成低气压，会诱导周边地区的空气向此处流动，则空气的流动慢慢的形成，更加有利于污染物的处理，达到治理雾霾的效果。

如图1所示，所述的方法采用的管道10竖直高度为300-1000米，这个高度可以较好的满足不同海拔的逆温层的除霾需要，管道10底端设置有底部空腔11，底部空腔11四周设置有抽风机12，通过抽风机12将地面的污染空气抽入到底部空腔11中，这时污染空气具备一定的动力，污染空气沿管道10上升，直到从管道10底端的出口排出进入到高空中。

如图2所示，为了减少建造所需要的成本，减少不必要的支出，所述的管道10依山而建，污染空气从山底的抽风机进入到底部空腔11中，沿管道10上升，最后从山顶的排风口排出；申请人经过在北京周边实地考察，认为北京西部门头沟区的阳台山、凤凰岭、白虎涧可以承载该管道的建造，其中阳台山的主峰的海拔为1260米，完全可以达到要求。

如图3所示，为了降低管道10的建造成本，同时降低人为产生的污染空气，进一步降低污染空气的排放，一举多得，所述的管道10依建筑物建造，污染空气从建筑物底端的抽风机进入到管道10中，沿管道10上升，最后从建筑物顶端的排风口排出。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种治理雾霾的方法，其特征在于，所述的方法为将地表的污染空气通过管道穿过逆温层输送到逆温层顶界上部，通过自然的气体对流，实现污染气体的自净、扩散。

2.如权利要求1所述的一种治理雾霾的方法，其特征在于，所述的方法采用的管道垂直高差为300-1000米，管道底端设置有底部空腔，底部空腔四周设置有抽风机。

3.如权利要求2所述的一种治理雾霾的方法，其特征在于，所述的管道依山而建，污染空气从山底的多个抽风机进入到底部空腔中，沿管道上升，最后从山顶的排风口排出。

4.如权利要求2所述的一种治理雾霾的方法，其特征在于，所述的管道依建筑物建造，污染空气从建筑物底端的抽风机进入到建筑物内的通风管道中，沿管道上升，最后从建筑物顶端的排风口排出。