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1、2. 顆粒物及其污染控制2. 1. 顆粒物及其性質(zhì)2. 1. 1. 顆粒物的物理化學(xué)性質(zhì)2. 1. 1. 1.顆粒物的物理化學(xué)性質(zhì) 密度（真密度、視密度、堆積密度） 孔隙與比表面積 表面性質(zhì)（潤濕性、親水-疏水性） 粘附性 自燃-爆炸性 電性質(zhì)（荷電性、導(dǎo)電性） 堆積性質(zhì)（安息角、滑動角） 含水率 2. 1 . 2. 顆粒物的粒度性質(zhì)2. 1. 2. 1. 顆粒物的粒度表征 （1）單個顆粒的粒度 光學(xué)方法（包括激光粒度分析） 篩分法（標準篩） 沉降法（斯托克斯直徑） （2）平均直徑 眾徑-質(zhì)量頻率曲線拐點出對應(yīng)的粒徑 中位直徑-質(zhì)量累積頻率0.5對應(yīng)的粒徑 平均直徑（長度、面積、體積） 粒度分
2、布（正態(tài)分布、對數(shù)正態(tài)分布、羅辛- 拉姆勒分布）2. 1. 2. 2.顆粒物按空氣動力學(xué)直徑的分類 總懸浮顆粒物（TSP, total suspension particle)- 空氣動力學(xué)直徑小于100m 可吸如顆粒物（inhalable particle, PM10)-空氣動力學(xué)直徑小于10m的顆粒。 PM2.5指懸浮于大氣中，空氣動力學(xué)直徑小于2.5m的顆粒。 PM1指懸浮于大氣中，空氣動力學(xué)直徑小于1m的顆粒。 1996年我國大氣環(huán)境控制標準中引入了可吸入顆粒物PM10, 規(guī)定了大氣中可吸入顆粒物的限值。但是越來越多的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果表明，能深入呼吸道深部，并產(chǎn)生不良影響的顆粒物是那些直
3、徑小于2.5m甚至1m的顆粒。因此，美國的大氣環(huán)境質(zhì)量標準中列入了PM2.5作為控制參數(shù)，歐盟也將從2005年列入PM2.5作為控制標準。預(yù)計，我國也將在今后幾年制定PM2.5的排放控制標準。 2. 2. 可吸入顆粒物的特征及其危害2. 2. 1.可吸入顆粒物的物理化學(xué)性質(zhì) 大氣中可吸入顆粒物的化學(xué)成分分析是60年代以來研究較多地方向之一，目前已知P M1 0的化學(xué)成分包括可溶性成分(大多數(shù)為無機離子)、有機成分(如多環(huán)芳烴(PAH s)、硝基多環(huán)芳烴(NPAH s)等)、微量元素、病菌和毒素、元素碳等。研究表明，由較細小的顆粒組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)集合體比由較大顆粒組成的簡單結(jié)構(gòu)集合體比表面積大，所
4、以更容易吸附一些對人體健康有害的重金屬和有機物，因而其毒性更大。 2. 2. 2. 我國大氣可吸入顆粒物的污染現(xiàn)狀 王瑋等近10余年來在中國的城市地區(qū)和清潔地區(qū)進行了PM25的采集和分析，其中包 括PM25的質(zhì)量濃度、離子和元素成分、酸度和酸化緩沖能力以及來源解析等，結(jié)果見表1所示。 主要元素的分析結(jié)果表明，A l，C a，F(xiàn) e，K，N a，P，S和Z n的濃度較高，是細粒子中的主要元素，而部分樣品中Mg和P b的濃度也比較高。與TSP的分析結(jié)果相比較，細粒子中有可能來源于煤炭燃燒過程的S和Mn元素和機動車排氣的P b元素的濃度較高，表明細粒子受人為污染的影響較人。2. 2. 2. 1 大氣
5、可吸入顆粒物對人體健康的影響 目前已知的PMl 0對人體健康的影響主要包括： 增加重病及慢性病患者的死亡率；使呼吸系統(tǒng)及心 臟系統(tǒng)疾病惡化；改變肺功能及結(jié)構(gòu)；改變免疫結(jié)構(gòu)；患癌率增加等。肺是空氣污染物侵入的重要門戶，是吸入粒子和有害氣體損傷的第一器官，大氣顆粒物的物理化學(xué)性質(zhì)與患有呼吸道疾病的人群病情的加重之間有很密切的關(guān)系，氣溶膠對人體的危害強度主要依賴于其成分、濃度和粒徑。粒子成分是主要的致病因子，決定是否有害和致何種疾病。氣溶膠濃度和暴露時間決定了吸入劑量，濃度越、時間越長危害越大。氣溶膠粒徑與其在呼吸 道內(nèi)沉著、滯留和清除有關(guān)。一般而言，大于50um粒子不會被吸入，1050um的粒子絕
6、大 部分沉著在鼻腔里，510um可進入氣管或支氣管，只有5um的粒子才能進入到深部呼吸 道乃至肺泡。顯而易見，只有10um的粒子氣溶膠危險度比較高。大氣顆粒物中粒度較小的 顆粒，占的比例越大，其危 害也越大，因為細小顆粒更容易進入肺部； 大氣中PMl 0和PM 25的增加，會導(dǎo)致它們在肺中的濃度也大量增加，其危害也越大；細顆粒物的比表面積人，所以它們吸附的重金屬和有毒有害物質(zhì)很多，同時也使這些有毒物質(zhì)在肺中更容易溶解，毒性很大： 有害化學(xué)成分，如多環(huán)芳烴、重金屬等的存在和它們的濃度也決定了其毒性的大小。 此外，有時環(huán)境岡素如溫度和相對濕度對氣溶膠吸入危害也有一定影響。我國最近對大氣可吸入顆粒物
7、對人體健康的影響研究有以下報道： 吳國平等(2001)報告了在州、武漢、蘭州、重慶市8所小學(xué)共8000余名學(xué)生父母患呼吸系統(tǒng)疾病的病癥率受空氣污染的影響，結(jié)果顯示空氣中PMl0的污染與成人(男女)的感冒或未感冒時咳嗽、男性未感冒時咳痰、哮喘、支氣管炎有明顯正相關(guān)關(guān)系；空氣S02污染與成人(男女)感冒時咳嗽、咳痰 呈顯著正相關(guān)；空氣中NOx污染對成人呼吸系統(tǒng)病癥率的影響相對較弱。 徐放等(1999)通過對1995年重慶渝中區(qū)空氣中S02、PM25濃度水平與居民每日就診人數(shù)的動態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)：慢性阻塞性肺部疾病(COPD)在空氣S02、PM25濃度水平出現(xiàn)峰值的一月份。各年齡組四人類疾病的延遲七日的門
8、診女性就診人次中,COPD和循環(huán)系統(tǒng)疾病的就診人次與S02、PM25濃度相關(guān)系數(shù)在0407之間，有較為密切的關(guān)系,COPD門診就診人次的增加與空氣中S02,PM25濃度水平有明顯的延遲效應(yīng)關(guān)系。蘭州市不同功能區(qū)大氣懸浮顆粒物的遺傳毒性比較表明，蘭州市大氣懸浮顆粒物具有潛在的致癌危險性。 千曉云等(1998)檢測了TSP對人全血細胞DNA合成影響，結(jié)果表明，各檢測點TSP具有一定的致突變活性(P005或P00D，且各點測定值均呈較好的劑量反應(yīng)關(guān)系。彭中貴等(2001)對污染點和對照點(相對清潔點)在19941996年間同時進行了人氣污染(氣溶膠,L2氧化硫等)和兒童肺功能的測定。結(jié)果是肺功能指標
9、和大氣污染物呈負相關(guān)，統(tǒng)計分析提示污染點與對照點兒童肺功能的差別主要是由于大氣污染(氣溶膠)造成的，特別是PM25的細粒子造成的。 余貴英等(1999)對某日間處理15萬噸的大型污水處理廠露天開放式運作的反應(yīng)池、污泥濃縮池和廠前區(qū)進行空氣氣溶膠微生物檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三個采樣點均可檢出金黃色葡萄 球菌、綠色鏈球菌、大腸菌群、可疑不動桿菌屬、變形桿菌等在清潔 空氣一般不易檢山的細菌菌譜，在生產(chǎn)作業(yè)區(qū)的反應(yīng)池、污泥濃縮池旁還可檢出肺炎雙球菌，且大部分菌譜與污水進、出口水樣中的菌譜相同。說明該廠在污水處理過程中已造成了空氣微生物污染，其微生物氣溶膠主要來源于生產(chǎn)作業(yè)區(qū)，并已播散到廠前生活區(qū)。故在污水處理
10、過程中產(chǎn)生的微生物氣溶膠所造成的人體健康危害不容忽視。2. 2. 2. 2. 可吸入顆粒物對氣象及氣候的影響 自1970年代以來，大氣顆粒物對能見度的影響就一直是環(huán)保部門所關(guān)注的問題之一。美國1 9 77 年制定的空氣凈化法就有專門條款來保護國家“聯(lián)邦一類區(qū)”的能見度，使其免受人為的大氣污染源的影響。雖然氣溶膠只占大氣的很小的一部分， 在城市中氣溶膠對大氣的光學(xué)性質(zhì)甚至達99%。大量的 溶膠中PMl 0和PM 2 5的性質(zhì)與能見度的降低密切相關(guān)。PM 1 0和PM 25對光散射效應(yīng)是使能見度降低的最主要因素。由于部分入射輻射受顆粒散光的影響會反射到宇宙空間，從而使入射輻射的強度減弱。通常認為散
11、光效應(yīng)主要同細顆粒物有關(guān)。PMl 0和PM 25對光的吸收效應(yīng)通常是使能見度降低的第二大因素。而PMl 0和PM 25對光的吸收幾乎全部都是由炭黑(也稱元素碳)和含有炭黑的顆粒引起的。每年，世界上排放的炭黑的量，雪人為顆粒排放量的1.12.5，占全部顆粒排放量的0.2一l。但是，它們的消光效應(yīng)卻是不可忽視的，因為煤煙的總消光系數(shù)是透明顆粒的23倍，所以大氣中很少數(shù)量的煤煙顆粒就可以導(dǎo)致光強降低很多。這些光吸收顆粒物可能會使某些地方的能見度降低一半以上，還可形成煙霧而使城市呈褐色。 PMl0利PM 2.5由于其來源不同，其成分各異，對能見度降低的貢獻也不同氣溶膠粒子增加的直接效應(yīng)是影響大氣水循環(huán)
12、和輻射平衡，這兩種過程都會引起氣候變化。一般來說，氣溶膠粒子能吸收散射太陽輻射和地-氣長波輻射，但對太陽輻射的影響較大。氣溶膠增加對氣候的影響主要表現(xiàn)為使地表降溫，使云滴數(shù)量增加，其氣候效應(yīng)也是使地表降溫。人類活動造成的氣溶膠粒子增加的氣候變冷效應(yīng)可以人部分抵銷人類活動造成的溫室氣體增加引起的氣候變暖效應(yīng)。但是，氣溶膠的氣候效應(yīng)比溫室氣體復(fù)雜得多，氣溶膠對輻射的影響取決于其分布、其自身的物理化學(xué)性質(zhì)(包括粒子尺度、譜分布、化學(xué)成分等)以及下墊面的光學(xué)性質(zhì)，而這些因子都有極大的時間和空間變率，這給模式計算帶來很大困難。到目前為止，還沒有奸的模式來準確計 算氣溶膠的氣候效應(yīng)。氣溶膠的氣候效應(yīng)，仍然
13、是 人類活動引起的氣候變化預(yù)測中最不確定的一個因素。氣溶膠粒子的存在是云形成的前提，在現(xiàn)代地球大氣的溫濕條件下，如果沒有氣溶膠粒子， 將永遠不會形成云。因此，氣溶膠粒子增加的一個最直接的影響是使云滴數(shù)量增加，云的增加總的來說是使地表降溫，當(dāng)然云增加可能引起降水增加，進而影響地表濕度和植被從而改變地表反照率進一步影響氣候，這一連串的間接影響至今尚無定量計算，是研究氣溶膠對氣候影響的一個重要的，也是極為困難的課題。2. 2. 2. 3. 大氣可吸入顆粒物的源解析 氣溶膠物質(zhì)來源研究是大氣污染研究極為重要的內(nèi)容，它對污染物質(zhì)的最終解釋和評價具有較大的意義，其研究成果也為污染源治理提供科學(xué)依據(jù)。從氣溶
14、膠組成特征上來看，氣溶膠物質(zhì)來源 研究主要分為氣溶膠礦物學(xué)(顆粒)研究、氣溶膠無機化學(xué)研究和氣溶膠有機化學(xué)研究等三種。大氣PMl 0和PM 25的源解析研究的目的是要弄清它們的來源以及源分布，并為有關(guān)部門控制這些污染源又義可分為固定源和流動源，前者如燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)過程，后者如交通運輸?shù)?。自然源包括植物花粉和孢子、土壤揚塵、海鹽(海岸城市)等。大氣顆粒物的來源和發(fā)生量會岡不同國家和地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展、能源結(jié)構(gòu)、工藝方法以及管理水平等的不同而存在很大的差別。氣溶膠物質(zhì)來源的礦物學(xué)(顆粒)研究主要是對氣溶膠顆粒物表面形態(tài)、礦物組成利粒度分布等方面進行研究。2. 2. 2. 4. 可吸入顆粒物的檢測
15、大氣中的懸浮顆粒物對人體健康的負面影響， 及對城市大氣能見度、氣候、空氣質(zhì)量、生態(tài)環(huán)境 生態(tài)環(huán)境的影響，都與總懸浮顆粒物(TSP)、PMl0及PM25的數(shù)量及質(zhì)量多少有關(guān)，為準確描述顆粒物的影響，在研究大氣顆粒物的行為、影響時，制定了大氣顆粒物濃度的指標，大氣顆粒物濃度可分為個數(shù)濃度、質(zhì)量濃度和相對質(zhì)量濃度。 人氣顆粒物的測量，主要是根據(jù)顆粒物的物理性質(zhì)(包括力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等)與顆粒物的數(shù)量或質(zhì)量之間的關(guān)系，通過相應(yīng)的儀器設(shè)備進行的。根據(jù)測量的具體操作，可將人氣顆粒物的測試方法分為捕集測定法和浮游測定法，捕集測定法是指先用其他手段捕集空氣中的微粒，再測定其濃度的方法：能保持空氣中的浮游顆粒仍
16、為浮游狀態(tài)而測定其濃度的方法為浮游測定法。根據(jù)測量時采川的具體方法，大氣顆粒物的測試方法又可分為稱重法、光散射法、壓電晶體法、電荷法、9射線吸收法、 微量振蕩天平法等。這些顆粒物質(zhì)量或相對質(zhì)量濃度的各種測量方法，根據(jù)的是顆粒物的不同性質(zhì)與質(zhì)量的直接或間接的關(guān)系，在某一方面有一定的長處，同時會帶來某方面的缺點，在選擇測定方法時一定要注意揚長避短。顆粒物濾膜稱重法一般需要較K的采樣時間，很難適用于要求快速得到測量結(jié)果的場合，并且不能測定粒子的時空分布，測量結(jié)果是一段時間內(nèi)的平均值，操作也較復(fù)雜。從這一角度說，相對濃度計測有很大的優(yōu)點，雖然從某一物理量的計測值換算成質(zhì)量濃度時存在一定誤差，但有時并不
17、一定需要精確了解顆粒物的質(zhì)量濃度的絕對值，只需知道不同場合顆粒物濃度的相對高低，此時，相對質(zhì)量濃度的比較即可滿足需要。 同時濾膜稱重法也存在不少誤差米源，應(yīng)根據(jù)不同的測定目的來選擇。一般情況下，在需要實時在線測定的場合要用到相對質(zhì)量濃度測量方法，而在一般的有關(guān)顆粒物的科學(xué)研究中，可以用濾膜稱重法直接測量顆粒物的質(zhì)量濃度，同時，濾膜稱重法采集的顆粒物樣品可以用來進行其它分析。在測定PMl0、PM25時，均需要使用切割器將較大的顆粒物分離出去。切割器的原理主要有以下幾種： (1)重力沉降, 此類切割器是很多塊薄的平板以一定間隔水平疊放在一起，當(dāng)空氣通過薄板間的空間時，在重力的作用巳人的顆粒沉降在薄
18、板上，小的顆?？梢酝ㄟ^，因此將大小顆粒分開，從而達到切割效果。設(shè)計各種出入口尺寸利水平板的長度，或改變氣流速度，便可得到多種50截留點粒徑，分離不同粒徑的顆粒物。但它不適宜于長期運行。 因為平板上積累顆粒物過多可能導(dǎo)致分離特征的變化。 (2)離心分離, 含塵氣體通過導(dǎo)管進入圓筒體，以高速經(jīng)180漸開線前進，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流。在離心力的作用F，旋流將人顆粒拋到器壁上，并繼續(xù)向卜運動，以至速度逐漸降低。大顆粒與器壁撞市后失去前進能力而落入大顆粒接收器，氣流挾帶著小顆粒沿氣體排出管上升，因此將大小顆粒分開。通過改變氣體流量，便可以獲得不同的50截留點的粒徑D50。 (3)沖擊分離, 沖擊式切割器裝有沖擊
19、式擋板，含塵空氣進入噴嘴后，由于通路截面變小，流速變大，氣流以很高的速度從噴嘴噴出，氣流中的大顆粒慣性較大，撞擊在沖擊板上而被捕獲，氣流中小顆粒慣性較小，不能達到?jīng)_擊板，隨氣流達到下 隨氣流達到下一段。有二段沖擊式和多段沖市式。沖市式切割器的缺點是顆粒物的反彈，這樣會使導(dǎo)致捕集效率卜降，在捕集板上涂油可以增加捕集效率。由于氣流流速較人，會出現(xiàn)撞碎現(xiàn)象，影響切割的準確性。在操作中應(yīng)嚴格按照操作方法要求。 2。2。2。5。大氣顆粒物研究展望 目前，國內(nèi)可吸入顆粒物的研究主要是單項研究工作，系統(tǒng)的研究較少。在我國可吸入顆粒物研究方面需要注意以下幾點： (1)加強大氣顆粒物特別是可吸入顆粒物的基礎(chǔ)研究
20、，如其物理化學(xué)性質(zhì)、對能見度的影響等的研究，加強大氣顆粒物檢測分析方法的研究。 (2)加強可吸入顆粒物的毒理學(xué)、流行病學(xué)和預(yù)防治療空氣污染的呼吸道疾病研究。 (3)加強生態(tài)系統(tǒng)研究，做好防擴林生態(tài)效應(yīng)研 究，防止比較嚴重的沙塵污染。 (4)加強的環(huán)保立法，加強機動車尾氣凈化研究和凈化技術(shù)的應(yīng)用研究，加強燃煤和工業(yè)鍋爐等的煙氣顆粒物的凈化研究，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)研究。加強綜合治理的研究。 (5)加大控制污染的力度，加強生產(chǎn)中的污染控制。 (6)進行各個城市TSP污染水平的調(diào)查，注意有關(guān)資料的積累和綜合分析。 一、除塵器分類back二、重力沉降室三、旋風(fēng)除塵器四、濕式除塵器六、電除塵器七、各種除塵
21、 器性能比較五、布袋除塵器 一、除塵器分類類別作用原理設(shè)備 機械式慣性力重力沉降室旋風(fēng)除塵器濕式水流沖洗水膜除塵器過濾式過濾介質(zhì)捕集布袋除塵器 電除塵靜電力靜電除塵器back 二、重力沉降室原理除塵效率：4070優(yōu)點：簡單、投資少、易維護缺點：占地大，除塵效率低應(yīng)用：初級除塵back back重力沉降室原理示意圖 三、旋風(fēng)除塵器原理back各部件對除塵效率的影響除塵效率：平均80左右優(yōu)點：簡單、投資少、易操作缺點：磨損嚴重，旋風(fēng)子易堵應(yīng)用：多級除塵的預(yù)除塵 back 旋風(fēng)除塵器原理示意圖筒體直徑 筒體高度H 排氣管伸入 筒體的深度 排灰口影響因素 四、濕式除塵器back除塵效率：90以上優(yōu)缺點
22、幾種常用濕式除塵器水膜除塵器、 斜棒柵式除塵器、文丘里式除塵器、 噴淋塔式除塵器應(yīng)用：中、小型機組采用， 大型機組一般不采用 水膜除塵器原理 back 濕式除塵和旋風(fēng)除塵結(jié)合起來，提高效率，減少磨損 溢流水槽的設(shè)計使內(nèi)壁水膜均勻設(shè)計特點： 斜棒柵式效率：92以上液氣比：0.300.44kg/m3 back back文丘里式效率：95以上液氣比： 0.261.30kg/m3 效率：99以上液氣比：0.672.68kg/m 3back噴淋塔式 缺點能耗大，耗水量大有廢液、泥漿處理問題在寒冷地區(qū)使用需防凍back 可同時除塵和除有害氣體 結(jié)構(gòu)簡單，造價低 能處理濕度大、溫度高的氣體優(yōu)點 原理及系統(tǒng)b
23、ack除塵效率：99.5以上按清灰方式分類 機械振打式 逆氣流式 脈沖反沖式優(yōu)缺點應(yīng)用：對布袋不易造成腐蝕的氣體的除塵 back工作步驟： 1.過濾 2.清灰布袋除塵器原理示意圖布袋除塵器外觀實例 back脈沖反沖式（文丘里噴嘴 ) 優(yōu)點缺點back 結(jié)構(gòu)簡單，造價及運行費用低 可提高干法脫硫的脫硫率 處理高溫、高濕度、腐蝕性氣體應(yīng)慎選濾袋 濾袋易破損 阻力損失大 除塵效率高，處理量大 體積和占地面積都很大 工作原理及設(shè)備構(gòu)造back優(yōu)缺點除塵效率：99以上應(yīng)用：300MW以上機組均采用 靜電除塵器原理、構(gòu)造 back主要構(gòu)件： 電暈極 集塵極 清灰裝置外形圖 靜電除塵器外形back 優(yōu)點除塵效率高能耗低，壓損小處理煙氣量大，耐高溫缺點鋼耗大，占地面積大制造、安裝、運行的要求高對粉塵特性敏感back back 七、各種除塵設(shè)備實用性能比較 類型結(jié)構(gòu)形式處理粒度m壓降mmH 2O除塵效率%重力除塵沉降式501000 1015 4060 慣性力除塵煙囪式10100 3060 5070離心除塵旋風(fēng)式3100 50150 8595濕式除塵文丘里式0.1100 3001000 9099 過濾除塵袋式0.120 100200 8599.9電除塵0.0520 1020 back
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