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技术| 一文看懂空间喷雾技术:理论篇

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技术| 一文看懂空间喷雾技术:理论篇

发布日期:2021-05-10 作者: 点击:

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空间喷雾技术:原理是喷洒形成能够在空中悬浮的气雾(或气溶胶),当媒介昆虫在气雾中飞行并与含杀虫剂有效成分的雾滴撞击时而被击倒或杀灭。

空间喷雾基础理论

(适用于热烟雾和超低容量喷雾)

关于雾粒

雾粒要求:空间喷雾灭蚊的最佳雾滴粒径为10–20μm,对较大个体的蝇类来说,喷雾的最佳粒径是30μm。

当液滴直径大于30μm时,在空中悬浮的时间过短而效果不好;当液滴直径小于5μm时,液滴会受到飞行的昆虫造成空气湍流的影响而不容易接触到飞行昆虫。空间喷洒的雾滴应在10-30μm的范围内,这样即使存在一定程度的挥发或经过一定时间后,雾滴仍保持较优化的空气悬浮时间和媒介杀灭率。

粒径大小与蚊虫

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图1 合适的粒径,完美中招


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图2 粒径太小,完美躲过


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图3  粒径太大落地快,蚊虫躲过


理论解析

对既定容积的杀虫剂稀释液,较小的雾滴粒径意味着更多的雾滴数目。如果喷雾粒径为20μm(雾滴体积 4.2 微微升),1毫升杀虫剂将产生有2.39亿个雾滴,粒径为100μm时(534 微微升),将产生191万个雾滴。增加的液滴数量将大大增加单位体积空间内的雾滴密度,从而大大增加了杀虫剂接触媒介的机会,杀灭效果显著上升。


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雾滴在空气中较长时间悬浮是保证空间喷雾杀灭效果的关键。自然下部分雾滴会受重力作用沉降或落在物体表面,大部分雾滴会随着空气流动最终被大气稀释降解。雾滴沉降的速度由雾滴的质量决定,例如,20μm直径的液滴沉降速度是0.012m/s(米/秒),在静止空气中沉降10米的高度需要14分钟,而一个100μm直径的液滴沉降速度是0.279m/s,下降相同的高度仅需20.8秒。


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雾滴大小、沉降时间与空间密度的对比表


在干燥的气候条件下,以水等溶剂稀释的杀虫剂,喷雾会因为蒸发而导致液滴粒径收缩,该种情况下,选取粒径稍大一些的喷雾亦是可取的。

评价雾粒大小参数

雾滴的粒径并非严格的完全相等,而是包含一系列大小不等的雾滴尺寸。通常采用下面几个参数是用来描述雾滴大小,参数数值的大小主要由喷嘴的设计和操作条件决定,尤其受流量的影响较大。

1、雾径体积中位数

雾径体积中位数(单位是μm),表示将雾滴粒径按照从小到大分成相等体积两部分的粒径尺寸,一半体积的雾滴小于这个粒径,另一半体积的雾滴高于这个粒径;当存在少量较大雾滴时,VMD会受到显著影响。VMD的值并不表明雾滴的大小范围


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雾径体积中位数


2、雾径数量中位数

表示将雾滴粒径按照从小到大分成相等数量两部分的粒径尺寸,一半数量的雾滴小于这个粒径,另一半数量的雾滴高于这个粒径;NMD较难测量,不同的采样测量技术会显著影响测量结果


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雾径数量中位数


3、雾径离散度

雾径范围表示按照雾滴粒径排列,90分位点与10分位点粒径的雾滴体积差(V90-V10),除以雾径体积中位数(VMD),雾计算公式表示为



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雾径离散度是描述雾滴粒径范围的参数,其值小于2时较为理想。


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雾粒离散度


VMD,NMD和Span是评价喷雾效果的参数,关键因素是在合理的雾滴分布范围内保证雾滴数量最大化。

喷雾的流量

大多数空间喷洒设备都会产生一系列的液滴尺寸。雾径体积中位数(VMD)一般随着流量的增大而增大;但也有些空间喷洒设备能够随着流量的增加,相应地增加空气压力进行补偿。因此确认不同的流量时,雾滴的粒径谱非常必要。雾滴的粒径加倍,其数量就会减少8倍,这将会严重降低喷洒效果,因为雾滴粒径过大将大大降低雾滴密度,并降低雾滴在空气中的悬浮时间。为了保持喷洒效果,需要在雾滴大小和雾滴数量(由流量控制)间寻找一个最佳平衡点。

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流量与粒径大小控制调节


喷洒浓度


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WHO推荐有效喷洒浓度


理论解析

空间喷雾实践中,单位面积所喷洒的杀虫剂有效成分必须要保持在一定剂量范围内,该剂量可以通过调整喷雾浓度和喷雾流量协调。杀虫剂有效成分稀释倍数增加,喷洒中必须单位面积内增加喷雾流量进行补偿(如增加机器的流量,减缓喷洒设备移动速度以及降低喷洒宽度来实现)

飞行中的媒介昆虫,必须接触到绝对致死剂量的杀虫剂液滴才能被击倒杀死。活性成分浓度越低,达到一个致死剂量所需的给定粒径大小液滴的数目自然就要越多。

☂ 超低量喷雾的一个重要目的就是尽量减少喷洒的稀释的杀虫剂的总体积(通常每公顷<2升)。

风速

气象条件:要求风速1-4m/s,当风速超过4m/s时,不应进行室外超低容量喷雾。喷雾时要求地面气流很小,或气流没有垂直运动, 或只是接近地表气流有些流动。

理论解析

☂ 风速对雾滴在空间的分布以及与昆虫有效撞击有着重要影响。多数情况下,1-4米/秒(约3.6-15公里/小时)的风速比较适宜空间喷洒的雾滴从喷洒位置向下风向漂移,但当风速超过15公里/小时时不适宜空间喷洒操作;喷洒现场的风速可以用手持式风速仪测定。


☂ 地形和植被类型亦会通过影响气流而影响到雾滴的分布。在植被稀疏且地形开阔的区域与建筑物密集的城区进行空间喷洒,前者喷洒雾滴的有效作用面积可以更宽,因为后者城区环境中的建筑物会改变气流。在实践中,城市环境中道路布局决定了空间喷洒的路线,尽管这样喷洒这可能达不到理论的有效作用面积宽度;此外密集的植被会减小空间喷洒雾滴对相应区域的渗透率,该类环境往往需要增加喷洒药剂的体积来进行补偿。


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不适合超低容量喷雾


风向

行走路线:行走方向垂直于风向(理想),喷洒方向顺风方向

理论解析

车载空间喷洒器械和空中喷洒设备的喷洒路径必须考虑到风向,以达到将喷雾最大限度地分布在整个目标区域的目的。


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相对于风向的空间喷洒移动路径图


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超低容量喷雾行走路线与风向关系


温度效应

喷雾要求:正午时分,一般不适合进行空间喷雾。

理论解析

阳光直射下的地面会升温,导致地面附近的空气升温产生上升趋势,因此正午时间进行室外环境的空间喷雾是不适宜的,喷洒的雾滴会倾向于垂直上升而不是水平漂移,快速蒸发。相反,逆温情况下比较适宜于空间喷洒操作,即冷空气靠近地表。

清晨和傍晚的地表温度比较符合这种情况,前者经过了一晚上的冷却,地表空气温度较低,这通常发生在清晨的地面温度后。在夜间,但也可以发生在傍晚时,太阳落山和地面温度开始下降。在逆温情况下雾滴会靠近地面漂移。


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喷雾的时间

喷雾时间:蚊虫杀灭最佳时间是午后近黄昏时段,这时是蚊虫活跃期,气象条件一般适合进行空间喷雾

理论解析

掌握目标媒介的活动时间,确保空间喷雾的时间与媒介高峰活动时间的一致性,对于杀灭效果至关重要,部分媒介昆虫的活动高峰集中在黄昏或黎明,有利于该类媒介的控制。对于白天活动的媒介种群如登革热媒介埃及伊蚊、白纹伊蚊等,在上午和下午活动最频繁,空间喷雾的时间应当选在上午早些时候和下午晚些时候进行喷洒,寻找媒介活动高峰与最佳喷洒效果的平衡点。

相比之下,室内环境进行空间喷雾对时间的要求不高。蝇类大部分在白天活动,此时温度过高不适宜空间喷雾,因此通常在早晨温度尚未快速升高时进行空间喷雾操作。


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温度变化、媒介活动时间高峰与空间喷洒操作时间的选择


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空间喷雾分类

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 超低容量喷雾 


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热烟雾 


空间喷雾是喷洒形成数以亿万计的含杀虫剂有效成分的气雾(或气溶胶),雾滴的粒径需要小于50μm,以保证这些雾滴可以悬浮于空气中并能跟随空气流动,以有效杀灭媒介。空间喷洒主要包含热烟雾(Thermal fog)和 超低容量喷雾(冷雾,Cold fog)两大类。

热烟雾喷雾

热烟雾的杀虫剂通常应用油基等有机溶剂进行稀释。燃料燃烧产生的高温降低了油基溶剂的粘性,继而通过脉冲或高速摩擦等方式将杀虫剂气化喷出,当其喷出喷嘴后,在空气中再次冷却凝聚成极细的烟雾(多数粒径<20μm)。烟雾粒径大小受杀虫剂种类、热烟雾机喷洒流量及喷嘴温度(通常>500℃)等因素影响。关于喷洒量,在媒介控制时热烟雾喷洒量通常为5-10升/公顷,最多不超过50升/公顷。

小知识:随着热烟雾设备的发展,热烟雾喷雾可以使用水乳剂,添加三甘醇作为发烟剂,增加使用的安全性。

优点:

☀ 热烟雾渗透性好、可及性高,视觉上操作人员容易判断掌握喷洒效果;

☀ 热烟雾视觉效果突出,公众能看到喷洒操作过程,宣传和影响作用大;

☀ 热烟雾中有效成分浓度更低,降低操作人员的职业暴露风险。

缺点:

☀有机溶剂作为稀释剂,喷洒时容易产生异常气味和一定程度环境污染;

☀成本较高:稀释剂消耗量大,热烟雾设备本身成本亦较高;

☀ 室外喷洒操作时,居民往往会主动关闭门窗组织烟雾进入室内,一定程度上影响烟雾对室内空间的渗透效果;

☀ 热烟雾机喷洒时产生高温以及溶剂的易燃性增加了操作的危险性;

☀ 热烟雾在城区环境应用会降低空气能见度,可能会影响交通,引发事故。

超低容量喷雾

超低容量喷雾主要依靠机器的机械破碎作用、或者药液经过高压喷嘴或高速气流漩涡而形成细颗粒雾滴,相对于热烟雾,烟雾在雾滴形成过程中不会产生额外热量。

优点:

☀ 稀释剂用量少,使用成本低,可接受度高;总喷洒量少,更高效

☀ 可采用水溶性配方,不会引起火灾,更为环保

☀ 超低容量烟雾不影响视线,不会影响交通

缺点:

☀ 烟雾视觉上不容易观察判断弥散效果

☀ 设备操作要求较高,为保证效果操作人员需要掌握喷洒设备的校正技术

空间喷洒设备

空间喷雾设备种类多,选择主要取决于目标区域的大小、可及性以及人力资源和操作能力。对于较大空间的喷洒,应用车载设备效率会更高,但对于其中分布的较复杂的区域(如某些较窄的街道或室内空间,车载设备无法进入),小型手持设备可以起到配合的作用。当热烟雾有可能会造成交通危险的情况下建议用超低容量喷洒设备。某些特殊情况下,当目标区域可及性较低时,飞机空间喷洒设备进行空间喷雾可能是唯一的选择,该种情况在国外比较普遍,但该方法要求较高,需要专业人员来操作。设备的选择应该综合考虑操作人员熟练性、环境适用性和设备性能。

热烟雾喷雾设备

1手持热烟雾机

适用于空间较大的室内环境以及空间相对有限的室外环境,如超市、酒店型的度假村及公园等。有两种类型的手持热烟雾机:脉冲式喷射型和摩擦盘型,主要讲一下脉冲式喷射型。


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配有一个泵和一组与火花塞连接的电池组。要发动机器时,要先启动泵和开关,开关的作用是连接电池与火花塞;当火花塞点燃燃烧室的燃料后,脉冲喷气发动机将继续运作,燃料通过化油器为机器运转提供持续动力。发动机产生的热废气沿着一长管移动到喷嘴,此处注入的杀虫剂会迅速气化并随热废气喷出。机器运转时噪音较大。机器喷洒流量大多通过机器上一个简单的固定节流阀来控制,每小时可达到25升的流量。当发动机停止运转时,需要开启机器上安全阀防止杀虫剂有机混合物流到尚处于高温状态的喷嘴上引发危险。

2车载热烟雾机

车载式的热烟雾机属于较大型的热雾发生器,其每分钟流量可以达到10升甚至更高

3机载热烟雾机(飞机)

机载式的热烟雾机的应用已非常有限

超低容量喷雾设备

1手持式或背负式

大多配有1个1-3马力汽油发动机,空气在风机驱动下流经喷嘴,此外压药剂箱内的药剂在空气加压下经节流阀流向喷嘴,空气流经喷嘴产生的负压亦使得药液从要几箱内抽出。手持超低容量喷雾设备的体积一般都较小,重量在6-11公斤之间。除了手持的,还有背负式的超低容量喷雾设备,通过蓄电池驱动的也比较常见。每小时的药剂喷洒流量通常为1-4升,通常配有流量调节阀来调节流量,当进行室内空间喷洒或室外空间不大但较复杂时(车载设备应用受到限制)时,这类设备比较方便。


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2车载式超低容量喷雾


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3机载式超低容量喷雾


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空间喷雾杀虫剂

2016年2月5日,WHO发布推荐用于空间喷洒防蚊的农药、剂量、剂型、施药方式和环境。此次更新比上版变动较大,农药品种由14个减少到5个(取消9个:杀螟硫磷、甲基嘧啶磷、醚菊酯、氯氰菊酯、苄呋菊酯、右旋苯醚菊酯、生物苄呋菊酯、苯醚氰菊酯、氟氯氰菊酯),增加1个混配产品(氯菊酯+S生物烯丙菊酯+胡椒基丁醚);增加标注各农药的剂型,体现室内外使用的差异(如马拉硫磷、高效氯氟氰菊酯仅允许在室外使用)和冷/热喷雾使用剂量的差异;取消了有效成分的危害分级。

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