引言扬尘是在人力、风力、机械力等外力作用下产生的漂浮颗粒物，是空气中总悬浮颗粒物（TSP）的重要组成部分，常见于建筑工地、矿场、工业料场、加工车间等场所[1-5]。高浓度扬尘增加生产现场机械的磨损率，人长期处于该环境下，易导致呼吸系统疾病和心脑血管疾病[6-9]。中国国家卫生委员会指出，生产工作场所8 h内总粉尘和可吸入颗粒物的加权平均浓度应分别低于4.0 mg/m³和2.5 mg/m³，目前对于采矿、金属冶炼、建筑等大多数生产性行业要达到这一规定具有挑战性[10]。湿式抑尘技术通过湿式手段将抑尘溶液作用于粉尘源或空气，防止扬尘产生、净化气体环境的抑尘技术。与干式抑尘方式相比，湿式抑尘技术压降小、维护成本低。通过总结现有的研究成果，在揭示抑尘机理的基础上，拟分析不同湿式抑尘方法的特点，对不同湿式方法抑制扬尘的工艺特点及应用情况进行评价，为提高不同种类工业粉尘抑制效率及实现微细粉尘超低浓度排放等相关问题提供思路，对保护大气环境、保障工作人员的身体健康具有重要意义。1湿式抑尘方式1.1高压喷淋高压喷淋技术常用于工业、采矿业、建筑业中，润湿粉尘源的同时能够润湿尘源上方的空气，通过惯性碰撞、拦截、重力沉降、布朗扩散作用使空气中的颗粒物与雾滴结合、增重、自然下落。在实际应用中，多个机制组合的抑尘效率高于仅使用单一机制的收集效率，但整体抑尘效率并不仅等于各种机制抑尘效率的叠加[11]。抑尘机理如图1所示。雾化效果通常决定抑尘效率，喷雾压力、喷嘴直径及喷嘴数量是影响雾化效果的重要因素。试验表明，增大水压、喷嘴数量有利于提高抑尘效率，但存在极大值，随着喷嘴直径的增加，喷射锥角增大，有利于粉尘的捕集，但过大直径的喷嘴导致雾滴直径增大及耗水量增加，不利于可吸入颗粒的除去[12-14]。喷淋过程中雾滴速度随轴向距离增加，先减小后增大，雾滴与空气之间强烈的剪切作用产生二次雾化，合理的喷淋距离是提高抑尘效率的关键[15]。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.02.020.F001图1湿式抑尘机理1.2空气辅助喷雾与粉尘粒径大致相同的液滴对粉尘具有更好的润湿性，从而更有效地补集粉尘[16]。通过气体和液体之间的相互碰撞和摩擦优化喷嘴的雾化效果，发明空气雾化两相喷嘴[6]，所产生的液滴很小，可以在捕获粉尘颗粒并使颗粒在增重的情况下迅速蒸发，减少粉尘保水性，即在不弄湿现场的情况下控制空气中的灰尘，能见度较高，不影响工作视野[17-18]。雾化质量直接关系抑尘效率，喷雾锥角、雾滴粒径、截面速度等通常为雾化质量的评定参数。空气扰动、液体黏度、表面张力和喷嘴结构参数是影响喷嘴雾化质量的主要因素[19]。空气助力有利于减小液滴的索特直径，减小液体帽出水孔直径、增大空气帽混合室出口截面，有利于改善雾化质量[20]。空气与水的压力对彼此的流量具有抑制作用，在抑尘工艺中应选择接近或略高于供气压力的供水压力，雾滴理论最小直径为18.23 μm[10，21]。液体黏度与表面张力通常成反比关系，减小表面张力有利于减小雾滴直径。研究发现，4个扇面孔、扇面锥角为40°的扇形喷嘴液柱破碎效果较好。随着水流量的增加，多孔喷嘴的粒径分布更小，喷雾锥角、均匀度更加稳定[22-23]。1.3超重力雾化超重力技术是强化传递和多相反应过程的一项突破性技术[24]。超重力雾化抑尘技术利用超重力旋转填料床将液体雾化为细小的液滴分散到气相中，以提高两相之间的接触面积强化气、液之间的传质、传热以及粉尘颗粒的脱除，一般分为并流型、逆流型、错流型[25]。华南理工大学自主研发的多级雾化超重力旋转床体积小、结构简单，能够维持较好且较均匀的扩展相界表面以及液滴速度在降低气阻的情况下提高传质效率，机理如图2所示[26-28]。其能耗主要存在于轴承摩擦阻力、提高液体速度的离心力，填料对液体的摩擦阻力、气体相对液体逆流而产生的拖拽作用[29]。超重力旋转填料床可用于燃煤尾气和焦化尾气的除尘以及脱硫脱硝或者超低浓度粉尘的净化，实际除尘效率可达92.37%[30-31]。除尘效率与操作气量、液量、转速以及轴向丝网数量有关，传质效率通常由有效比表面积衡量，影响因素为液体流速、气体流速、超重力因子、填料结构。试验证明，不锈钢多孔波纹板更有利于增强气液湍动，能将填料的有效比表面积提高到2.66倍，是聚丙烯多孔板的2倍[32-33]。多级雾化平面丝网超重力旋转床由多级离心雾化超重力旋转床在轴向添加数层平面丝网改进而来，分离效率提高，压降稍有增加[33]。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.02.020.F002图2超重力雾化机理1.4超声波雾化超声波能够通过机械效应、热效应、化学效应、声空化等效应破坏液体分子间的作用力，在不需要加热或化学剂的情况下产生1~10 μm水颗粒，使单位体积的水产生更大的表面积，增加雾滴悬浮时间，提高水滴与PM颗粒直接接触的可能性，从而提高PM的去除率[34-35]。抑尘机理如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.02.020.F003图3超声波雾化抑尘机理除了碰撞、拦截、重力沉降、布朗扩散等作用外，核化凝结作用和斯蒂芬流输送作用是超声波抑尘技术的主要抑尘机理，如图4所示[36]。核化凝结作用即当空气环境过饱和时，粉尘颗粒作为凝结核吸附周围的水蒸气，使颗粒增重变大。核化凝结发生时，造成核周围蒸汽浓度不断降低，形成由周围向凝结核运动的斯蒂芬流，导致水雾在该凝结核上的进一步碰撞凝结，同时相互吸引的粉尘团间进一步碰撞、增大，继而自然沉降或有利于被其他除尘方式补集。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.02.020.F004图4核化凝结作用与斯蒂芬流输送作用超声波雾化技术常作为一种除尘预处理方法，能够有效减缓PTFE覆膜滤料为过滤介质的袋式除尘器过滤压降的增长速度，降低操作过程中的反冲洗频率，延长滤料的使用寿命，大幅降低装置的运行成本[37-38]。荆德吉[39]等应用数学模型解算破碎站粉尘逸散的规律，通过超声波雾化技术控制雾滴粒径并结合合理的系统布置有效降低煤矿破碎站粉尘浓度。兰州大学自主研发的云式除尘技术是将云物理学原理与旋风分离技术结合的除尘技术，成功将催化剂制备过程中的扬尘控制在20 mg/m³以下[40-41]。2不同湿式抑尘方式的特点传统喷淋抑尘技术产生的雾滴粒径较大，在空气中停留时间较短。液流冲击带动气流扰动产生的流体曳力极易使小颗粒粉尘逃逸，冲击作用反而使粉尘容易扬起。粉尘/液体结合比低，通常伴随着大面积积水，增加二次清洁费用，在工业料场、矿场、隧道挖掘等场合的大面积高浓度扬尘场合中较为适用。相比之下，空气辅助喷雾技术与超重力雾化技术能够提供较好的雾化质量，增大液体与扬尘的接触面积和接触时间，减少耗水量，改善工作环境，提高对小颗粒粉尘的补集效率，在切割、打磨等日常低排放抑尘工艺中同样能够发挥较好的作用。超声波雾化技术对10 μm以下的可吸入性粉尘的去除效果显著，可抑制阵发性扬尘或应用于车间日常空气净化。随着雾滴的变小、变轻，水雾极易被强风吹散，使水雾浓度减小且不恒定，影响抑尘效果，结合的粉尘容易被气流携带，造成二次扬尘[42]。所以在应用时，外置式水雾发生器与粉尘源的距离不宜过大，应保证应用现场无风且温度不宜过高。超重力雾化技术与云式除尘技术是典型的吸收式湿式抑尘技术，为超细雾化技术与吸收式除尘设备联用的多级耦合式除尘系统的发展提供思路，其能够保证固定区域内的空气湿度，较好地防止强气流干扰，在重力沉降的基础上通过其他外力进一步补集增大后的粉尘颗粒，提升抑尘效率。同时在除尘的基础上，吸收式湿式抑尘系统兼备脱除SO2、NOx、甲醛等气态污染物的功能。对比传统的高压喷淋系统，空气辅助喷雾系统采用的气液两相喷嘴结构较为复杂，安装时需配备高压气泵和高压输气管路。喷嘴喷孔较小，闲置时容易发生堵塞，增加了一次成本和后期维护费用。超重力旋转床可以在小空间内有效增大传质表面积，减小占地成本，但其内部结构较为复杂，丝网等耗材的磨损会增加经济成本。超声波雾化抑尘系统需安装超声波雾化器与雾化水箱，运行能耗较高，灵活性较好，但应用案例较少，目前仍处于试验阶段，对不同实际工况下的经济性还需结合抑尘能力进一步考量。不同湿式抑尘方式的特点如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.02.020.T001表1不同湿式抑尘方式的特点抑尘方式特点耗水量能耗灵活性对微细粉尘的抑制性喷淋抑尘高低较好差空气辅助喷雾抑尘较低较低差较好超重力除尘较低较低较好较好超声波雾化抑尘低较高较好好3结语湿式抑尘技术针对扬尘具有较好的控制效果，抑尘方式是影响湿式抑尘技术抑尘效率的主要因素。文章对已有研究成果进行归纳，并分析湿式抑尘机理，就不同湿式抑尘技术的特点与适用性进行概括评价，结论如下：（1）降低雾滴直径能够增大雾滴与粉尘的接触面积和接触时间，提高润湿性能，可吸入性粉尘颗粒较难捕集，使用微米级雾滴颗粒效果较好，但过小的雾滴抗风性能较差，容易气化，存在适宜的作用范围。（2）传统高压喷淋仅适用于处理排放要求较低场合下的大面积高浓度扬尘，空气辅助喷雾能有效抑制更细的粉尘，超重力雾化技术占地面积较小，单位体积传质系数较高，超声波雾化对可吸入性粉尘抑制效果显著，适用于低浓度细颗粒粉尘的去除。（3）吸收式湿式抑尘技术环境适应性较好，能够同时处理扬尘中的气态污染物，密闭的污水收集过程避免车间积水。未来的扬尘治理过程中，工业无组织排放将逐渐由粗放治理变为精细治理。对不同领域粉尘与可吸入性微细粉尘的控制是未来研究的重点方向，吸收式湿式抑尘技术具有较好的发展前景。应结合理论计算和数值模拟进一步研究湿式抑尘技术的微观机理。在实际应用时，应结合实现场环境，利用防风网、阳光膜等配套设施，做好防风处理，提高抑尘性能。