一种城区环境优化系统及其优化方法

技术领域

本发明涉及城区环境治理领域，具体涉及一种城区环境优化系统及其优化方法。

背景技术

随着我国社会经济的迅速发展，雾霾污染问题变得更加严重，不仅雾霾天气出现的频率越来越高，而且在严重程度上也比以前有所加大。我国雾霾污染最为严重的区域主要有四个区域，分别是：①华南地区，主要以珠三角地区为主；②西南地区，四川盆地是最严重的雾霾区域；③华北地区，是以北京、天津和河北为主的京津冀地区；④以上海、浙江、江苏为主的长三角地区，雾霾污染也非常严重。

除了各种排放导致的雾霾来源，不利于污染物扩散的气象条件也加重了雾霾现象的产生。一旦污染物在长期处于静态的气象条件下积聚，就容易形成雾霾天气。

雾霾形成有三个要素：

一是生成颗粒性扬尘的物理基源。我国有世界上最大的黄土高原地区，其土壤质地最易生成颗粒性扬尘微粒。

二是运动差造成扬尘。例如，道路中间花圃和街道马路牙子的泥土下雨或泼水后若有泥浆流到路上，一小时干涸后，被车轮一旋就会造成大量扬尘，即使这些颗粒性物质落回地面，也会因汽车不断驶过，被再次甩到城市上空。

三是扬尘基源和运动差过程集聚在一定空间范围内，颗粒最终与水分子结核集聚成霾。

“‘雾’和‘霾’实际上是有区别的。雾是指大气中因悬浮的水汽凝结、能见度低于1公里时的天气现象；灰霾的形成主要是空气中悬浮的大量微粒和气象条件共同作用的结果，成因有三：

一、在水平方向静风现象增多。

城市里大楼越建越高，阻挡和摩擦作用使风流经城区时明显减弱。静风现象增多，不利于大气中悬浮微粒的扩散稀释，容易在城区和近郊区周边积累。

二、垂直方向上出现逆温。

逆温层好比一个锅盖覆盖在城市上空，这种高空的气温比低空气温更高的逆温现象，使得大气层低空的空气垂直运动受到限制，空气中悬浮微粒难以向高空飘散而被阻滞在低空和近地面。

三、空气中悬浮颗粒物和有机污染物的增加。随着城市人口的增长和工业发展、机动车辆猛增，导致污染物排放和悬浮物大量增加。

解决雾霾污染问题是当前需要迫切解决的重要课题。

发明内容

有鉴于此，为解决上述技术问题，本发明的目的在于提出一种能够全方位综合处理雾霾污染问题达到城区综合环境整体改善效果的城区环境优化系统及其优化方法。

所采用的技术方案为：

本发明的一种城区环境优化系统，包括灰尘静电吸附塔、灰尘吸附机、风机和陆空水雾净化系统，多个灰尘静电吸附塔间隔排列，并环绕城区外围设置形成U型静电除尘隔离盾；多个所述灰尘吸附机和多个所述风机都设置在城区内的各个高层建筑楼顶上，多个所述风机引导气流的方向与U型静电除尘隔离盾的开口方向保持一致；所述陆空净化系统包括空中净化系统和陆地净化系统，所述空中净化系统包括覆盖城区上方的多个水雾喷洒无人机；所述陆地净化系统包括绿化带和暗埋式管道雾化系统，所述绿化带上覆盖松树皮状有机物，所述暗埋式管道雾化系统是在所述绿化带中土壤下层布局水雾加湿主管道，并在绿化带植物枝干上固定雾化喷头。

进一步地，所述灰尘静电吸附塔、灰尘吸附机、风机和陆空水雾净化系统均设有传感器和启动开关，所述传感器与一控制中心的主机信号连接，所述灰尘静电吸附塔、灰尘吸附机、风机和陆空水雾净化系统均通过传感器将工作数据传送至控制中心的主机内，并由所述主机控制启动开关。

进一步地，所述绿化带中预埋湿度探测传感器。

进一步地，所述灰尘静电吸附塔的尺寸为长为20±1m，宽为10±1m，高为5±1m，并由支撑机构将其支撑于其底面距离地面30m±2m处的高空。

进一步地，所述高层建筑为至少5层。

本发明的城区环境优化系统的优化方法，包括如下步骤：

S1.雾霾没有发生时，暗埋式管道雾化系统进行日常的灰尘抑制；

S2.雾霾发生时，U型静电除尘隔离盾在雾霾发生的第一时间净化进入城区之前的空气；

S3.灰尘吸附机对进入城区后空气中的部分残留灰尘颗粒进行再次净化；

S4.风机将城区内的气流进行引导，吹散处于高空的雾霾团；

S5.由水雾喷洒无人机进行高空区域降水喷洒，对城区残留污染颗粒彻底清洗。

本发明的有益效果在于：

本发明采用城区外围灰尘静电吸附塔塔式一级颗粒主动吸附措施、城区高层顶楼灰尘吸附机二级深度灰尘净化措施、城区楼顶风机气流雾霾驱离措施，陆空水雾净化缓释措施，从而全方位综合处理雾霾污染问题达到城区综合环境整体改善的效果。

本发明从日常控制到雾霾发生预警阶段及时有效处理；从地面缓释到高空雾霾抑制；从外围消耗到内部吸收等完整全面公开了针对严重的雾霾污染问题进行的系统解决方案，形成雾霾污染治理和城区环境优化的长期长效机制，促进绿色城区和美丽城区的环境建设。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为U型静电除尘隔离盾环绕城区的结构示意图；

图2为灰尘吸附机位于高层建筑的结构示意图；

图3为风机位于高层建筑的结构示意图；

图4为城区环境优化系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明优选的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-图4所示，本发明的城区环境优化系统，包括灰尘静电吸附塔1、灰尘吸附机2、风机3和陆空水雾净化系统，多个灰尘静电吸附塔间隔排列，并环绕城区10外围设置形成U型静电除尘隔离盾；多个所述灰尘吸附机和多个所述风机都设置在城区内的各个高层建筑20楼顶上，多个所述风机3引导气流的方向与U型静电除尘隔离盾的开口方向保持一致；所述陆空净化系统包括空中净化系统和陆地净化系统，所述空中净化系统包括覆盖城区上方的多个水雾喷洒无人机4；所述陆地净化系统包括绿化带5和暗埋式管道雾化系统，所述绿化带上覆盖松树皮状有机物，所述暗埋式管道雾化系统是在所述绿化带中土壤下层布局水雾加湿主管道，并在绿化带植物枝干上固定雾化喷头。

本系统分为三个除霾部分和一个雾霾抑制部分，三个除霾部分分别为灰尘静电吸附塔、灰尘吸附机和风机，一个雾霾抑制部分为陆空水雾净化系统，陆空水雾净化系统包括空中净化系统和陆地净化系统。

现逐一详细说明，但本发明的保护范围不局限于此。

一、灰尘静电吸附塔

参见图1所示，此灰尘静电吸附塔1采用静电除尘基本原理，在尺寸上为适应城区大范围的因素，可以将单座的灰尘静电吸附塔的尺寸控制在20M(长)*10M(宽)*5M(高)的范围左右，长宽高可在±1m之间变动；当然，灰尘静电吸附塔的尺寸大小可以根据城区范围以及实际情况进行选择和设置，还可以采用其他的长、宽和高的尺寸范围，如长可以15±1m等，本系统只是给出了一个具体尺寸范围的实施方式。此灰尘静电吸附塔采取塔式安装方式，由支撑机构将其支撑于距离地面30M的高空左右，可在±2m之间变动；使此大型的灰尘静电吸附塔能够影响地面上空50-60M左右的空气，并围绕城区10的外围建设若干个此灰尘静电吸附塔，间隔排列，只保留一个方向的开口，形成一个完整的U型静电除尘隔离盾。当外界雾霾向城区飘入时，启动该U型静电除尘隔离盾可以直接有效过滤掉该范围内空气中65％以上的灰尘颗粒。当灰尘吸附到一定的程度后，通过断电、水清洗后可以达到清洗灰尘静电吸附塔内的吸附叶片以及灰尘收集两个功能。吸收的灰尘可以投入到建筑使用当中。

二、灰尘吸附机

参见图2所示，依靠城区高层建筑的固有特性，在城区内大范围高层建筑20(例如至少5层)楼顶位置安放灰尘吸附机2，灰尘吸附的灰尘吸附原理和静电隔离相同，利用建筑物的高度优势和城区的建筑物密集优势，在城区内部低高空区域形成雾霾吸附层，将渗入到城区内部的没有完全净化的空气进行二次吸附净化，多个中型的灰尘吸附机形成灰尘吸附机组，同样可以将吸附的灰尘颗粒进行收集用于建筑使用，避免了大气中的灰尘反复残留，更加保证城区内的空气健康程度。

三、风机

参见图3所示，在城区内的大范围住宅建筑楼顶安装大型风机3，各个风机3的角度保持同一方向，即与塔式静电盾U型开口方向保持一致，所有风机布局形成同一方向的气流引导。多个风机同时工作时，不同高度位置的风机对高空空气层多级递进引导，将城区内的局部残留雾霾引出城区外。本系统的风机模拟大风天气，打破水平向静风，使气流运动吹散雾霾气团。

四、陆空水雾净化系统

参见图4所示，陆空水雾净化系统是城区环境优化系统中对优化城区环境的优化具有进一步显著的效果，其同时结合了陆地与高空双结合的全方位治理措施。三个除霾部分是在雾霾产生后对其采取的直接的处理方式。而一个雾霾抑制部分也即陆空水雾净化系统所做的不仅在雾霾产生后对最后残存的雾霾进行高空冲洗，更可以在陆地上日常维持并控制尘土的漂浮，减缓雾霾的急速产生。

陆空水雾净化系统包括空中净化系统和陆地净化系统，空中净化系统包括覆盖城区上方的多个水雾喷洒无人机4；陆地净化系统包括绿化带和暗埋式管道雾化系统。

在高建筑以上的高空范围，采用城区内覆盖例如上百架的水雾喷洒无人机4，组成无人机水雾雾化机群。在气流引导除霾的同时，无人机分布于城区各角落区域。升空到达离地例如一公里的高空范围，由此向地面进行水雾喷洒，更加系统的对雾霾颗粒进行清洗。

地面则采用暗埋式管道雾化系统，以及城区所有道路都配有标准的绿化隔离带(即绿化带5)，该绿化带5可以包含一个对向机动车道分隔绿化带和两个机动车道便道分隔绿化带。

在绿化带中进行如下工作，用来抑制绿化带尘土和路面尘土，缓解雾霾天气的发生。

a.绿化带覆盖松树皮状有机物

绿化带中除了种植的植物外，并没有有效的土壤固定措施。阳光照晒土壤表面，绿化带土壤水分很容易流失。干燥的土壤表面遇到强风或者汽车通过时，会刮起层层灰尘飘入大气上空，由于灰尘过于干燥，自身极轻，便会长时间漂浮在空中。为此，采用松树皮状有机物对绿化带土壤表面进行全面覆盖，防止灰尘漂浮产生扬尘。

b.暗埋式管道雾化系统

在绿化带中土壤下层布局水雾加湿主管道，定点定距在绿化带植物枝干上固定雾化喷头。并可以进一步采用自动滴灌及加湿技术，形成自动水雾加湿系统。

绿化带中可预埋湿度探测传感器，对当前土壤的湿度情况精准探测，并根据情况自动开启滴灌及加湿作业，始终维持绿化带土壤湿度。加湿及滴灌过程根据土壤湿度情况全程为自动作业。

在水源使用上，可以直接接入城区供水管路，依靠生活用水水压直接工作。也可以运用热力发电厂所产生的多余无害水源注入绿化带蓄水井中，作为全程加湿滴灌的备用水源。

在加湿过程中，水雾同时会漫及路面，因为不是直接喷洒，不会对行人和车辆产生影响。加湿作业的完成，配合松树皮状覆盖物有效的对尘土颗粒进行了抑制，避免了干燥情况下的尘土漂浮情况。

除了抑制尘土，通过地面水雾净化还会给路人营造一种清爽的环境，增加城区整体的空气湿度，双重作用效果显著。

本系统绿化带中采用水雾加湿主管道以及雾化喷头形成的是水雾净化，对空气加湿，抑制灰尘上浮或漂浮。本系统采用水雾净化相比于采用洒水车直接洒水净化更具有优势，首先在于，水雾净化比洒水净化更节约水源，其次在于，水雾不会对行人和车辆产生影响，而洒水净化会对路面造成过湿、形成水坑等，浪费水源的同时也给行人带来不便。

通过以上三个除霾部分和一个雾霾抑制部分的治理措施，本城区环境优化系统的优化方法，包括如下步骤：

S1.暗埋式管道雾化系统进行日常的灰尘抑制；

S2.雾霾发生时，U型静电除尘隔离盾在雾霾发生的第一时间净化进入城区之前的空气；

S3.灰尘吸附机对进入城区后空气中的部分残留灰尘颗粒进行再次净化；

S4.风机将城区内的气流进行引导，吹散处于高空的雾霾团；

S5.由水雾喷洒无人机进行高空区域降水喷洒，对城区残留污染颗粒彻底清洗。

S2-S4步骤是在雾霾发生时进行，S1与S5不仅可以在雾霾产生后对最后残存的雾霾进行高空冲洗，更可以在陆地上日常维持并控制尘土的漂浮，减缓雾霾的急速产生。

本系统可以依靠信息化技术对整套系统进行进一步的技术支撑。

例如作为另一种具体实施方式，为实现系统全程的监控和控制，灰尘静电吸附塔、灰尘吸附机、风机和陆空水雾净化系统均设有传感器和启动开关，传感器与一控制中心的主机信号连接，灰尘静电吸附塔、灰尘吸附机、风机和陆空水雾净化系统均通过传感器将工作数据传送至控制中心的主机内，并由主机控制启动开关。

灰尘静电吸附塔的传感器可包括细颗粒物测量传感器、氮氧化物测量传感器、能见度测量传感器和二氧化硫测量传感器中的一种或多种，在灰尘静电吸附塔可以设置用于信号连接和发送，以及启动开关的控制模块，传感器将监测的数据通过该模块传送给主机，主机通过该控制模块控制启动开关。

灰尘吸附机、风机和水雾喷洒无人机均可以根据与灰尘静电吸附塔相同的原理进行传感器和控制模块的设置。

从而主机可以对城区的环境进行信息监测，实现系统全程的监控和控制。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。