2018-01-30 02:27:39

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编辑分类

颗粒物,又称尘。大气中的固体或液体颗粒状物质。颗粒物可分为一次颗粒物二次颗粒物。一次颗粒物是由天然污染源和人为污染源释放到大气中直接造成污染的颗粒物,例如土壤粒子、海盐粒子、燃烧烟尘等等。二次颗粒物是由大气中某些污染气体组分(如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等)之间,或这些组分与大气中的正常组分(如氧气)之间通过光化学氧化反应、催化氧化反应或其他化学反应转化生成的颗粒物,例如二氧化硫转化生成硫酸盐

基本信息

  • 中文名

    小颗粒

  • 外文名

    particulate matter

  • 别名

    灰尘

  • 分类

    PM2.5、PM10等

折叠 编辑本段 产生来源

煤和石油燃烧产生的一次颗粒物及其转化生成的二次颗粒物曾在世界上造成多次污染事件。

一次颗粒物的天然源产生量每天约4.41×10^6 吨,人为源每天约0.3×10^6 吨。二次颗粒物的天然源产生量每天约.6×10^6吨,人为源每天约0.37×10^6吨。就总量来说,一次颗粒物和二次颗粒物约各占一半。颗粒物大部分是天然源产生的,但局部地区,如人口集中的大城市和工矿区,人为源产生的数量可能较多。从18世纪末期开始,煤的用量不断增多。20世纪50年代以后,工业、交通迅猛发展,人口益发集中,城市更加扩大,燃料消耗量急剧增加,人为原因造成的颗粒物污染日趋严重。

折叠 编辑本段 分类

当前已引起人们重视的颗粒物分为两类:PM2.5(细颗粒物,此处的"细"取汉字的第一个含义:颗粒小的,与"粗"相对)和PM10(可吸入颗粒物),前者直径不超过2.5微米,是人类头发直径的1/30,后者则较粗大,当前的欧盟空气质量标准限定,PM2.5的年平均值最多为40微克每立方米,PM10为25微克每立方米。联合国世界卫生组织的指导原则建议:PM2.5和PM10的年平均值分别为20微克每立方米和10微克每立方米。

对颗粒物尚无统一的分类方法,按尘在重力作用下的沉降特性可分为飘尘和降尘。习惯上分为:

尘粒

较粗的颗粒,粒径大于75微米。

粉尘

粒径为1~75微米的颗粒,一般是由工业生产上的破碎和运转作业所产生。

亚微粉尘

粒径小于1微米的粉尘。

燃烧、升华冷凝等过程形成的固体颗粒,粒径一般小于1微米。

雾尘

工业生产中的过饱和蒸汽凝结和凝聚、化学反应和液体喷雾所形成的液滴。粒径一般小于 10微米。由过饱和蒸汽凝结和凝聚而成的液雾也称霾。

由固体微粒和液滴所组成的非均匀系,包括雾尘和炱,粒径为0.01~1微米。

化学烟雾

分为硫酸烟雾和光化学烟雾两种。硫酸烟雾是二氧化硫或其他硫化物、未燃烧的煤尘和高浓度的雾尘混合后起化学作用所产生,也称伦敦型烟雾。光化学烟雾是汽车废气中的碳氢化合物和氮氧化物通过光化学反应所形成,光化学烟雾也称洛杉矶型烟雾

煤烟

煤不完全燃烧产生的炭粒或燃烧过程中产生的飞灰,粒径为0.01~1微米。

煤尘

烟道气所带出的未燃烧煤粒。

区别

粉尘由于粒径不同,在重力作用下,沉降特性也不同,如粒径小于10微米的颗粒可以长期飘浮在空中,称为飘尘,其中10~0.25微米的又称为云尘,小于0.1微米的称为浮尘。而粒径大于10微米的颗粒,则能较快地沉降,因此称为降尘。

三模态

1978年,Whitby将颗粒物粒径分为三模态:核模nucleation(0.002-0.1μm),积聚模accumulation(0.1-1μm),粗模coarse(>1μm)。其中核模又可分为纯核模pure nucleation(0.002-0.02)和爱根核模Aitken(0.02-0.1),积聚模分为冷凝模condensation(0.1-0.6)和微滴模droplet(0.6-1)。

折叠 编辑本段 组成

颗粒物的组成十分复杂,而且变动很大。大致可分为三类:有机成分、水溶性成分和水不溶性成分,后两类主要是无机成分。有机成分含量可高达50%(重量),其中大部分是不溶于苯、结构复杂的有机碳化合物。可溶于苯的有机物通常只占10%以下,其中包括脂肪烃、芳烃、多环芳烃和醇、、酸、脂等。有一些多环芳烃对人体有致癌作用,如苯并(a)芘等。可溶于水的成分主要有硫酸盐、硝酸盐、氯化物等,其中硫酸盐含量可高达10%左右。颗粒物中不溶于水的成分主要来源于地壳,它能反映土壤中成土母质的特征,主要由硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾等元素的氧化物组成。其中二氧化硅的含量约占10~40%,此外还有多种微量和痕量的金属元素,有些对人体有害,如汞、铅、镉等。

折叠 编辑本段 浓度测定

在标准状态下(即压力760毫米汞柱,温度为273K)气体每单位体积含尘重量(微克或毫克)数称为含尘浓度。测定方法主要有:

重量法

又叫重量浓度法,采用过滤器或其他分离器收集粉尘并称重的方法,是测定含尘量的可靠方法。过滤器可用滤纸、聚苯乙烯的微滤膜等。有多种测定仪器,如静电降尘重量分析仪可测出低达每标准立方米含尘10微克的浓度。若将已知有效表面积的集尘装置放在露天的适当位置,收集足够量的尘粒进行称重,可测定降尘量。

光散射法

激光粉尘仪具有新世纪国际先进水平的新型内置滤膜在线采样器,仪器在连续监测粉尘浓度的同时,可收集到颗粒物,以便对其成份进行分析,并求出质量浓度转换系数K值。可直读粉尘质量浓度(mg/m3),具有PM10、PM5、PM2.5、PM1.0及TSP切割器供选择。仪器采用了强力抽气泵,使其更适合需配备较长采样管的中央空调排气口PM10可吸入颗粒物浓度的检测,和对可吸入尘PM2.5进行监测。

仪器符合工业企业卫生标准(GBZ1-2002)、工作场所有害因素接触限值(GBZ2-2002)标准、卫生部WS/T206-2001《公共场所空气中可吸入颗粒物(PM10)测定法-光散射法》标准、劳动部LD98-1996《空气中粉尘浓度的光散射式测定法》标准以及铁道部TB/T2323-92《铁路作业场所空气中粉尘测定相对质量浓度与质量浓度的转换方法》等行业标准以及卫生部卫法监发[2003] 225号文件发布的《公共场所集中空调通风系统卫生规范》。

浓度规格表比较法

应用较广泛的是M.R.林格曼提出的林格曼煤烟浓度表(见表)。该表是在长14厘米、宽20厘米的各张白纸上描出宽度分别为1.0、2.3、3.7、5.5、10.0毫米的方格黑线图,使矩形白纸板内黑色部分所占的面积大致为 0、20、40、60、80、100%,以此把烟尘浓度区别为6级,分别称为0、1、2、3、4、5度。在标准状态下,1度烟尘浓度相当于0.25克/立方米,2度相当于 0.7克/立方米,3度相当于1.2克/立方米,4度约为2.3克/立方米,5度约为4~5克/立方米。在使用时,将浓度表竖立在与观测者眼睛大致相同的高度上,然后在离开纸板16米、离烟囱40米的地方注视此纸板,与离烟囱口30~45厘米处的烟尘浓度作比较。观测时,观测者应与烟气流向成直角,不可面向太阳光线,烟囱出口的背景上不要有建筑物、山等障碍物。除林格曼煤烟浓度表外,还有其他形式的浓度表和进行浓度比较的测定仪器,如望远镜式煤烟浓度测定仪和烟尘透视筒等。浓度规格表比较法的优点是简便易行,缺点是易产生误差。

光度测定法

用一定强度的光线通过受测气体,或用水洗涤一定量的受测气体,使气体中的尘粒进入水中,然后用一定强度的光线通过含尘水,气体或水中的尘粒就对光线产生反射和散射现象,用光电器件测定透射光或散射光的强度,并与标准的光度比较,即可换算成含尘浓度。

粒子计算法

将已知空气体积中的粉尘沉降在一透明表面上,然后在显微镜下数出尘粒数目,测量结果用每立方厘米内的粒子数表示,必要时可换算成含尘浓度,其换算的近似值为:每立方厘米有500个尘粒,相当于在标准状态下含尘浓度每立方米约2毫克,2000个尘粒约为每立方米10毫克,20000个尘粒约为每立方米100毫克。⑤间接测量法:含尘气流以湍流状态通过测量管,由于粉尘粒子和管内壁之间的摩擦而使尘粒带电,测量电流量,即可根据标准曲线换算出含尘浓度。此外,用热电偶测定尘粒吸收特定光源的辐射热,可间接测出含尘浓度。在离子化室内,测出空气中尘粒对离子流的衰减。此法也可算出含尘浓度。测定下限可到每立方厘米 200个尘粒。

折叠 编辑本段 危害

颗粒物中1微米以下的微粒沉降速度慢,在大气中存留时间久,在大气动力作用下能够吹送到很远的地方。所以颗粒物的污染往往波及很大区域,甚至成为全球性的问题。粒径在0.1~1微米的颗粒物,与可见光的波长相近,对可见光有很强的散射作用。这是造成大气能见度降低的主要原因。由二氧化硫和氮氧化物化学转化生成的硫酸和硝酸微粒是造成酸雨的主要原因。大量的颗粒物落在植物叶子上影响植物生长,落在建筑物和衣服上能起沾污和腐蚀作用。粒径在 3.5微米以下的颗粒物,能被吸入人的支气管和肺泡中并沉积下来,引起或加重呼吸系统的疾病。大气中大量的颗粒物,干扰太阳和地面的辐射,从而对地区性甚至全球性的气候发生影响。

来自欧洲的一项研究称,长期接触空气中的污染颗粒会增加患肺癌的风险,即使颗粒浓度低于法律上限也是如此。另一项报告称,这些颗粒或其他空气污染物短期内还会浓度上升,还会增加患心脏病的风险。欧洲流行病学家发现,肺癌与局部地区的空气污染颗粒有明显的关联。

研究人员还发现,即使污染水平短暂升高--类似城市发出雾霾警告的同时,也会使心力衰竭住院或死亡的风险上升2%-3%。这项研究将这些数据应用于美国,发现如果每立方米空气中的PM2.5减少3.9微克,每年就可以避免近8000 例心力衰竭导致的住院治疗。

折叠 编辑本段 治理技术

大气污染防治先进技术汇编》涵盖电站锅炉烟气排放控制、工业锅炉及炉窑烟气 排放控制、典型有毒有害工业废气净化、机动车尾气排放控制、居室 及公共场所典型空气污染物净化、柏美迪康环保科技(上海)有限公司的无组织排放源控制、大气复合污染 监测模拟与决策支持、清洁生产等八个领域的关键技术,入选技术大 多源于"十一五"以来相关国家科技计划项目或自主创新的研究成果。

折叠 编辑本段 技术目录折叠

序号

技术名称

技术内容

适用范围

一、电站锅炉烟气排放控制关键技术

1

燃煤电站锅炉石 灰石/石灰-石膏 湿法烟气脱硫技 术

采用石灰石或石灰作为脱硫吸收剂,在吸收塔

内,吸收剂浆液与烟气充分接触混合,烟气中的二氧 化硫与浆液中的碳酸钙(或氢氧化钙)以及鼓入的氧 化空气进行化学反应从而被脱除,最终脱硫副产物为 二水硫酸钙即石膏。该技术的脱硫效率一般大于

95% , 可达 98% 以上 ; SO2 排放 浓度一 般小于

100mg/m3 ,可达 50mg/m3 以下。单位投资大致为

150~250 元/kW;运行成本一般低于 1.5 分/kWh。

燃煤电站锅炉

二、工业锅炉及炉窑烟气排放控制关键技术

21

石灰石- 石膏湿 法脱硫技术

采用石灰石作为脱硫吸收剂,在吸收塔内,吸收

剂浆液与烟气充分接触混合,烟气中的二氧化硫与浆 液中的碳酸钙(或氢氧化钙)以及鼓入的氧化空气进 行化学反应从而被脱除,最终脱硫副产物为二水硫酸 钙即石膏。该技术的脱硫效率一般大于 95%,可达

98%以上;SO2 排放浓度一般小于 100mg/m3,可达

50mg/m3 以下;单位投资大致为 150~250 元/kW 或

15~25 万元/m2 烧结面积;运行成本一般低于 1.5 分

/kWh。

工业锅炉/钢铁 烧结烟气

三、典型有毒有害工业废气净化关键技术

41

挥发性有机气体

(VOCs)循环脱 附分流回收吸附 净化技术

采用活性炭作为吸附剂,采用惰性气体循环加热

脱附分流冷凝回收的工艺对有机气体进行净化和回 收。回收液通过后续的精制工艺可实现有机物的循环 利用。该技术对有机气体成分的净化回收效率一般大 于90%,也可达95%以上。单位投资大致为9~24万元/ 千(m3h-1),回收有机物的成本大致为700~3000元/吨。

石油化工、制 药、印刷、表 面涂装、涂布 等

四、机动车尾气排放控制关键技术

59

汽油车尾气催化 净化技术

采用优化配方的全Pd型三效催化剂,以及真空吸

附蜂窝状催化剂的定位涂覆技术,制备汽车尾气净化 器核心组件。真空涂覆技术可以精确控制催化剂涂覆 量,有效提高产品的一致性。全Pd催化剂配方根据发 动机型号不同其Pd含量约在1~3g/L范围内,较同种发 动机上用的普通Pd-Pt-Rh三效催化剂成本可降低50% 以上。利用该催化剂及涂覆技术生产的净化器对汽车 尾气中CO、HC和NOx的同时净化效果可大于95%, 催化剂寿命超过10万公里,达到相当于国VI以上的尾 气排放标准要求。

汽车尾气污染 物处理

五、居室及公共场所典型空气污染物净化关键技术

64

中央空调空气净 化单元及室内空 气净化技术

针对不同场所,采用风盘或/和组空不同的中央空

调系统,设置过滤器和净化组件,集成过滤、吸附、

(光)催化、抗菌/杀菌等多种净化技术,实现室内温 度和空气品质的全面调节。

居室及公共场 所室内空气净 化

65

室内空气中有害 微生物净化技术

研制层状材料为载体负载银离子的抗菌剂,在保

持很好的抗菌性能的同时解决了银离子在高温使用 时变色的问题。研制有机无机复合抗菌喷剂,对室内 常见的有害微生物,如大肠杆菌,金黄色葡萄球菌, 白色念珠菌,军团菌有很好的抗菌效果,对枯草芽孢 杆菌也有很好的抑制作用。

居室及公共场 所室内空气净 化

六、无组织排放源控制关键技术

69

综合抑尘技术

主要包括生物纳膜抑尘技术、云雾抑尘技术及湿式收尘技术等关键技术。生物纳膜是层间距达到纳米 级的双电离层膜,能最大限度增加水分子的延展性, 并具有强电荷吸附性;将生物纳膜喷附在物料表面, 能吸引和团聚小颗粒粉尘,使其聚合成大颗粒状尘 粒,自重增加而沉降;该技术的除尘率最高可达99% 以上,平均运行成本为0.05~0.5元/吨。云雾抑尘技术是 通过 高 压离 子 雾 化 和 超 声 波雾 化 , 可 产 生1μm~100μm的超细干雾;超细干雾颗粒细密,充分增 加与粉尘颗粒的接触面积,水雾颗粒与粉尘颗粒碰撞 并凝聚,形成团聚物,团聚物不断变大变重,直至最 后自然沉降,达到消除粉尘的目的;所产生的干雾颗 粒,30%~40%粒径在2.5μm以下,对大气细微颗粒污 染的防治效果明显。湿式收尘技术通过压降来吸收附 着粉尘的空气,在离心力以及水与粉尘气体混合的双 重作用下除尘;独特的叶轮等关键设计可提供更高的 除尘效率。

适用于散料生 产、加工、运 输、装卸等环 节,如矿山、 建筑、采石场、 堆场、港口、 火电厂、钢铁 厂、垃圾回收 处理等场所

七、大气复合污染监测、模拟与决策支持关键技术

71

大气挥发性有机 物快速在线监测 系统

环境大气通过采样系统采集后,进入浓缩系统,

在低温条件下,大气中的挥发性有机化合物在空毛细 管捕集柱中被冷冻捕集;然后快速加热解吸,进入分 析系统,经色谱柱分离后被FID和MS检测器检测,系 统还配有自动反吹和自动标定程序,整个过程全部通 过软件控制自动完成。系统主要特点有:自然复叠电 子超低温制冷系统、自主研发的温度测量技术、双通 路惰性采样系统、去活空毛细管捕集、双色谱柱分离、 FID和MS双检测器检测。系统可以用于在线连续监 测,也可以用于应急检测(采样罐现场采样)。该系 统一次采样可以检测99种各类VOCs(碳氢化合物、 卤代烃、含氧挥发性有机物),在较长时间内可以满 足我国环境空气中VOCs的监测要求。

大气环境监测

72

大气细粒子及其 气态前体物一体 化在线监测技术

利用多种快速接口组合,设计开发出具有自主知

识产权的"大气细粒子及其气态前体物一体化的在线 监测系统",实现细粒子水溶性化学成分及其气态前 体物的同步在线监测,包括:气态HCl、HONO、HNO3、

H2SO4,气溶胶中F-、Cl-、NO2 、NO3 、SO4 以及WSOC

- - 2-

的分析,实现大气细粒子中多种元素快速在线检测。 设计开发出能够进行不同粒径段的细粒子样品成分 分析装置,用于解析大气细粒子的来源与转化过程, 为大气污染区域协同控制提供基础数据,为区域大气 细粒子污染调控措施的制定提供科学基础和监测技 术。

大气环境监测

73

大气中NOx及其 光化产物一体化 在线监测仪器及 标定技术

利用光解技术和表面化学方法研发准确测量NO2

的技术,与常规化学发光技术结合开发能够准确测定 NO、NO2、PAN和PPN的技术系统。集成所研制的动 态零点化学发光法测NO模块,光降解NO2模块和钼催 化转化模块,制造一体化样机,样机可同时在线精确 测量大气样品中的NO、NO2、NOy。为评估含氮大气 活性成分对O3产生贡献的准确测算和其产物的进一 步演化提供可靠的技术方法和适合国情的仪器设备 产品。

大气环境监测

74

大气细粒子和超 细粒子的快速在 线监测技术

针对区域大气颗粒物立体在线监测的技术需求,

开展大气复合污染中细粒子及超细粒子物化特性的 原位快速测定技术研究,基于"称重法"的振荡天平 颗粒物质量浓度监测仪,完成大气PM2.5质量浓度的实

大气环境监测

八、清洁生产关键技术

88

水煤浆代油洁净 燃烧技术

水煤浆代油洁净燃烧技术是把煤磨成细粉与水

和少量添加剂混合成悬浮状高浓度浆液,像油一样采 用全封闭方式输送和储存,用泵输送,并用喷嘴喷入 锅炉炉膛雾化悬浮燃烧,燃烧效率高,它是一种以煤 代油的新技术。在制浆过程中要对煤净化处理,处理

各 种电站 锅 炉、工业锅炉、 工业窑炉

[1]

折叠 编辑本段 清除

大气中的颗粒物可以通过以下三种途径得到自然清除:1.雨除(作为凝结核形成雨滴而降落)和降水冲刷。这是最有效的清除途径。1.在大气动力作用下由于撞击而被捕获在地面、植物或其他物体表面上。③由于本身重量而自然沉降。

一次颗粒物排放的控制主要是采用除尘器。对二次颗粒物则只能控制其前身物质。二次颗粒物的形成和变化规律是环境科学的重大研究课题之一。

参考资料

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