#文明之光#之#发明365# 静电除尘器（Electrostaticprecipitator）的发明

【节选自《文明之光》第三章】

既然讲到了环保的话题，我们今天就来介绍一个降低污染的利器----静电除尘器的发明。在讲这个话题前，我们先把昨天关于英国污染和治理的故事讲完。

在英国的发展过程中，造成环境恶化的原因不仅来自于工厂，也来自于每一个国民。随着经济的发展，很自然地每一个人都想过更加丰富的物质生活，并且因此消耗更多的自然资源同时排放更多的废物。从19世纪开始，伦敦冬天(长达5个月)用于供暖的燃煤消耗猛增，因为每一个人都希望自己的家里暖融融的。而到了20世纪，汽车的数量猛增，因为很多家庭希望拥有汽车。英国人在治理泰晤士河的同时，不自觉地在恶化自己的空气质量，这种污染在二战之后达到高峰。

图3.3.1 1952年时，伦敦白天和黑夜差不多

从工业革命开始，伦敦人使用的燃煤一直在增长，从经济上考虑，英国人将价格高的无烟煤出口，自己烧的是含硫磺较高的低质量燃煤。在伦敦周边地区，以烧煤为主的火电是主要的电力来源。从20世纪开始，汽车在英国开始普及，以前街上的有轨电车和出租马车被烧着柴油的公共汽车和烧着汽油的私人小汽车代替。而伦敦(甚至整个英国)这个地方潮湿多雨，因此大量传统燃料产生的废气和潮湿的空气混在一起，形成黄黑色的雾气，对人的呼吸道有非常大的伤害。1952年冬天，伦敦连续五天雾霾不散，能见度不到十米，白天得开灯，因为看不清道路，汽车要非常缓慢地行驶，即使在房间里，也能闻到二氧化硫的气息。全城百姓都患咳嗽，医院爆满，当时死亡了四千多人，主要是老人和小孩，此后两月又死亡八千人，前后超过一万两千人。

 图3.3.2.2011年，我在伦敦拍摄到的蓝天白云，和60年前形成鲜明的对比

正如同工业化是从英国到美国再到日本有个时间差一样，污染也是如此，英国出现过的污染，若干年后就轮到美国，再过若干年就轮到日本。从上个世纪四十年代开始，美国西海岸最大的城市洛杉矶上空弥漫着一种浅蓝色烟雾，空气变得浑浊不清。由于洛杉矶是个新城市，占地面积较大，因此没有限制汽车的发展，在上个世纪40年代已经拥有了两百多万辆汽车，每天要消耗几千吨的汽油，排出大量的碳氢化合物，一氧化氮或者二氧化氮和一氧化碳。而洛杉矶这个地方又常年少雨，从四月份到十一月更是滴雨不下，阳光特别强烈。这些化合物在强烈阳光的照射下，变成毒烟雾。这种烟雾，又称为光化学烟雾，或者光雾，使人眼睛发红，咽喉疼痛，呼吸憋闷。

到了1943年，光雾更加肆虐，一些老人因呼吸衰竭而死亡，大量的市民开始得红眼病，就连城市郊区的树木也开始枯死。到了1947年，洛杉矶市民开始正视这个问题，研究污染物的成分、性质和来源，寻找解决办法。洛杉矶光雾事件给整个美国的环保敲了警钟，并为此进行了立法，美国的“清洁空气法”就是在这样的背景下诞生的。洛杉矶也花了大力气治理环境，很多措施今天被世界大都市普遍采用，最重要的三项是：

第一、设立排放许可证制度，严格控制排放源，并增加相应费、税；

第二、为交通污染源（包括汽车内燃机和汽油）设立了严格环境标准；在这之后，美国汽油的质量有了大幅度提升，汽车内燃机的废气排放量有了数量级的下降。

第三、干道在交通高峰期间设置搭车车道，鼓励搭车，减少汽车上街的数量。

经过半个多世纪的治理，尽管洛杉矶的人口增长了3倍、机动车增长了4倍多，但是健康警告的天数却从1977年的184天下降到了2004年的4天。

图3.3.3 发明静电除尘器的科特利尔

现在讲讲静电除尘器。如果要降低大烟囱排放出来的粉尘怎么办？大家首先会想到过滤一下，这一点没有问题，但是对于非常细小的颗粒却是过滤不掉的，因为它们可以穿过过滤器的小孔。那么怎么办呢？

1824年，英国人霍尔菲尔德（Hohlfeld）发明了用电晕放电的方法除去喷雾剂中的粉尘。但是这项技术将近100年也没有发展和普及。到了1907年，美国加州大学（伯克利）的教授科特利尔（FredCottrell）发明了使用静电吸附的道理过滤粉尘（大家冬天可以把塑料的笔杆在头上磨磨，然后试着吸附芝麻粒大小的纸屑）。科特利尔的贡献不仅在于说明了这个原理可以用于除尘，而在于发明了真正的除尘器。

图3.3.4 静电除尘器外观和构造

科特利尔设计除尘器的目的是为了降低当时北加州地区（伯克利所在地）一些化工厂排放出的酸雾和氧化铅颗粒，因为这些有害物严重地毁坏了不远处纳帕谷的葡萄园（纳帕是世界上最大的葡萄酒产地之一）。当时，静电除尘器的原理还不是很清楚，而从理论上说明它的有效性的人是德国的Walter Deutsch。

后来伯克利把科特利尔的技术拿出去给人办了一家公司叫做ResearchCorp，这家公司专门采用大学的新技术做新产品，它的新产品还包括很多维生素。科特利尔的成果转换后来也成为了世界上校厂合作的典范。科特利尔一生的专利并不多，只有六项，但是他发明的静电除尘器却改变了世界，1993年，在他去世了将近半个世纪后，他被入选进入美国发明家名人堂。