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    可吸入颗粒物检测

    可吸入颗粒物及其防治建议
     
    一、  可吸入颗粒物的定义:
    总悬浮颗粒物是指漂浮在空气中的固态和液态颗粒物的总称,其粒径范围约为0.1-100微米。有些颗粒物因粒径大或颜色黑可以为肉眼所见,比如烟尘。有些则小到使用电子显微镜才可观察到。
    通常把粒径在10微米以下的颗粒物称为PM10,又称为可吸入颗粒物或飘尘。
    二、  可吸入颗粒物的来源:
    一般来讲这些微小的细粒子由三部分组成。
    第一部分是自然尘和无机物灰尘,主要来自裸露地面和建筑施工工地的扬尘。
    第二部分是微小的碳粒子,包括有机碳和元素碳,主要来源于锅炉燃煤,柴油车、汽油车尾气排出的烟气,建筑油漆以及烹调食品和烧烤。
    第三部分细粒子是由空气中的二氧化硫、氮氧化物等有害气体经化学反应而生成的硫酸盐、硝酸盐和铵盐颗粒物。这些有害气体也是来自于机动车尾气和燃煤等。
    城市之间、地域之间以及气象条件等因素的相互影响使得大气颗粒物来源结构非常复杂,目前重庆地区可吸入颗粒物的各种成分所占比例尚在进一步研究中。
     
    三、  可吸入颗粒物的化学组成:
    直径≤10微米的粒子。主要由碳元素以及碳的有机化合物微粒组成,它们是可在大气中长期飘浮的悬浮微粒,也称可吸入微粒、可吸入尘或飘尘。
    某些颗粒物由于粒径小能被入直接吸入呼吸道内造成危害,尤其是≤2.5微米的细粒子中,Pb、Mn、Cd、Sb、Sr、As、Ni、硫酸盐、多环芳烃等含量较高,在空气中持留时间长,易将污染物带到很远的地方使污染范围扩大。
    一般认为,≤1微米的颗粒主要由挥发的元素均相凝聚而成,主要为碱金属或碱土金属的盐类(K2SO4、Na2SO4、CaSO4)。日本学者利用低变质烟煤与褐煤进行研究表明,亚微米级颗粒主要来自于与有机质结合的钙离子,燃烧过程中未能充分聚结。中国学者王伯春(1997)等的研究发现,细粒飞灰形成的数量随着煤中Fe、K、Na等元素的蒸发量的增加而增加。
    四、  可吸入颗粒物的危害:
    1、    可吸入颗粒物被人吸入后,会累积在呼吸系统中,引发许多疾病。对粗颗粒物的暴露可侵害呼吸系统(10微米直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道,5微米直径的可进入呼吸道的深部,2微米以下的可100%深入到细支气管和肺泡),诱发哮喘病。细颗粒物可能引发心脏病、肺病、呼吸道疾病,降低肺功能等。因此,对于老人、儿童和已患心肺病者等敏感人群,风险是较大的。
    许多研究证明,PM10还能损害生殖系统,降低生育能力,引起胎儿畸形等。烟雾中有毒金属元素可以干扰卵母细胞的成熟分裂,降低生殖能力[31]。此外,PM10还能使儿童所受的紫外辐射量减少,妨碍了体内维生素D的合成,使钙磷代谢处于负平衡状态,造成骨骼钙化不全。
    2、 环境空气中的颗粒物还是降低能见度的主要原因,并会损坏建筑物表面。
    五、现有的治理方案的优劣(以燃煤工业为例):
      燃煤电站与工业锅炉排放烟气中飞灰的中值直径分别为3.8微米和7.5微米。传统的除尘器捕集小于1微米的粒子的效 率是很低的,因为所应用的除尘原理如重力沉积、惯性沉积、电泳等对于该粒径范围的粒子已经没有明显的作用。在目前常规的除尘方法中,采用惯性,旋风方法,对于细微粒子的脱除效率仅在20-40%。
      对细微颗粒脱除比较有效的是电除尘、文丘里除尘器和袋式除尘器,对于全效率为97%的电除尘,0-5微米粒径的分级效率仅为90%,对于文丘里除尘器和袋式除尘器则为94-95%,都低于全效率。
    近期研究还表明,飞灰颗粒本身,尤其是铁质颗粒对细粒飞灰捕捉的能力较强,具有显著的自脱除效应。有些学者利用脉冲放电技术进行细颗粒的脱除试验,也取得了一定成果。
    燃煤过程中超细颗粒物的治理工作主要表现在以下几个方面:
      (1)在线测试技术水平的提高。这是研究超细颗粒物形成、排放与治理的重要基础。
      (2)打破常规的研究思路与手段。由于超细颗粒物的微观性和复杂性,其化学行为与动力学行为十分特殊,因此需要建立新的研究思路,寻求新的研究手段,才更加有利于问题的解决。
      (3) 除上述两点以外,国家在法规及其政策上的支持也是至关重要的。
    对燃煤烟气中超细颗粒排放的控制,目前国内外尚无成熟的技术,因此开发实用的超细飞灰脱除技术,是国内外正待加强研究的课题。
     
    六、对于可吸入颗粒物的治理及资源化建议
    (仅例举与化学相关的方案):
    大气中可吸入颗粒物的一次形成源多为工业过程中超细颗粒物的排放。但超细颗粒如果捕集下来,将是可以再生利用的重要资源。
    1、    针对可吸入颗粒物中的硫酸盐微颗粒(K2SO4、Na2SO4等):
    可利用此反应:   SO42-+ Ca2+= CaSO4
    将经过静电吸附法初步处理过的含有浓度较低可吸入颗粒烟尘的工业废气通过石灰乳(  Ca(OH)2   )。产物为石膏(  CaSO)方便再利用。
    2、    针对产生量与轻金属(Fe、K、Na等):
    飞灰形成的数量随着煤中Fe、K、Na等元素的蒸发量的增加而增加,则可用化学平衡的原理减少冶炼过程中轻金属的蒸发量,或者从原料入手,除去其中的轻金属杂质。由于轻金属化学活动性一般较重金属强,故可用置换法除去轻金属杂质。
    3、    针对铁铝合金冶炼炉排放的超细硅微粉粉末(SiO2):
         可利用此反应:SiO2 + 4 HF = SiF4 + 2 H2O
    将已经过初步处理过的含有较少硅微粉粉末的废气通过氢氟酸。

     
     
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