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| 可吸入顆粒物中超細(xì)顆粒物的治理與開發(fā)利用 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時間：2014-09-12 11:23:21 瀏覽次數(shù)： |
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1 可吸入顆粒物的危害概述
（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/遠(yuǎn)志）可吸入顆粒物(Inhalable particulate，IP)是指通過鼻和嘴進(jìn)入人體呼吸道的顆粒物總稱，又用PM10表示。小于10微米的顆粒PM10對人體健康關(guān)系較大，是室內(nèi)外環(huán)境空氣質(zhì)量的重要監(jiān)測指標(biāo)。
PM2.5（小于2.5微米的顆粒）又稱為可入肺顆粒，能夠進(jìn)入人體肺泡甚至血液系統(tǒng)中去，直接導(dǎo)致心血管病等疾病。PM2.5的比表面積較大，通常富集各種重金屬元素（如As、Se、Pb、Cr等）和PAHs、PCDD/Fs、VOCs 等有機污染物，這些多為致癌物質(zhì)和基因毒性誘變物質(zhì)，危害極大。目前已知的PM2.5健康影響包括：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)等方面。
近年來，人們認(rèn)識到大氣懸浮顆粒中的PM2.5對人體健康的危害遠(yuǎn)比粗顆粒大，而且是引起城市大氣酸雨、光化學(xué)煙霧、能見度降低的重要因素，許多研究已經(jīng)揭示出PM2.5對人體健康的嚴(yán)重危害和對氣候的重要影響。PM2.5已成為國際環(huán)境科學(xué)的研究焦點之一，
PM2.5的源解析工作、不同地區(qū)PM2.5分布的特殊性以及其對生態(tài)環(huán)境的影響對于環(huán)境保護(hù)對策的制定是至關(guān)重要的。據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果，PM2.5的污染源包括自然源和人為源，人為源分為固定源(燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)過程等)和流動源(交通運輸?shù)?，自然源包括植物花粉和孢子、土壤揚塵、海鹽等。研究結(jié)果還表明，PM2.5顆粒對大氣能見度產(chǎn)生極大的影響，表現(xiàn)在細(xì)顆粒物質(zhì)的散光效應(yīng)、碳黑以及含碳黑顆粒對光的吸收作用等方面。英國環(huán)境部門的研究結(jié)果表明，PM2.5在大氣中停留的時間為7-30天，所以這種顆粒可以長距離傳輸從而造成更大更遠(yuǎn)距離的污染，我國還沒有對PM10以及PM2.5的生態(tài)及經(jīng)濟影響進(jìn)行系統(tǒng)性的研究和評價。
據(jù)我國環(huán)境質(zhì)量報告書和世界資源報告提供的數(shù)據(jù)，我國空氣質(zhì)量超標(biāo)的城市中，68%都存在可吸入顆粒物污染問題。可吸入顆粒物是目前我國城市大氣環(huán)境的首要污染物，PM2.5污染問題同樣是十分嚴(yán)重的。
燃料燃燒以及其它工業(yè)過程不僅排放一次顆粒物，而且排放二次顆粒物的前驅(qū)物如SO2、NOx 和VOCs等，更增加了PM2.5的復(fù)雜性。另一方面，現(xiàn)有的細(xì)顆粒凈化裝置對PM2.5的捕獲率很低，也導(dǎo)致大氣中PM2.5濃度的增加。2000年12月份英國專家研究結(jié)果還表明：大氣中SO2、氮化物和CO等污染物的含量與人類日死亡率并沒有緊密的聯(lián)系，細(xì)顆粒物反而是導(dǎo)致人類死亡率上升的主要原因。
2 可吸入顆粒物與超細(xì)顆粒物的形成探討
可吸入顆粒物的形成主要有兩個途徑：其一，各種工業(yè)過程（燃煤、冶金、化工、內(nèi)燃機等）直接排放的超細(xì)顆粒物；其二，大氣中二次形成的超細(xì)顆粒物與氣溶膠等。其中，第一種途徑是可吸入顆粒物的主要形成源，也是可吸入顆粒物污染控制的重要對象。
以煤炭利用領(lǐng)域為例：
我國一次能源以煤炭為主，大量煤炭燃燒已對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害，并影響到資源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。除控制SO2和NOx的排放外，懸浮顆粒物的排放亦不容忽視。據(jù)統(tǒng)計，目前全國粉煤灰的排放量已達(dá)1.5億噸，雖然現(xiàn)有除塵裝置的除塵效率可高達(dá)99%以上，但靜電除塵器對超細(xì)飛灰的捕獲率較低，約有1%的飛灰進(jìn)入大氣，構(gòu)成大氣氣溶膠的主要部分。
這部分飛灰以粒徑小于2.5微米甚至亞微米級超細(xì)顆粒為主，其數(shù)量可達(dá)到飛灰總數(shù)的90%以上，且表面往往富集煤中微量重金屬元素及有機污染物，危害甚大。另外，超細(xì)飛灰的形成也導(dǎo)致鍋爐內(nèi)爐壁的結(jié)渣與沾污程度的增加，影響鍋爐的安全經(jīng)濟運行。因此，研究燃煤過程中超細(xì)飛灰的形成機制，降低其形成與排放量，意義重大。
我國有學(xué)者涉足該領(lǐng)域的研究，王伯春等的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)粒飛灰形成的數(shù)量隨著煤中Fe、K、Na等元素的蒸發(fā)量的增加而增加。我國動力用煤煤種齊全，今后針對不同煤種的煤質(zhì)特性及不同鍋爐類型，研究超細(xì)飛灰的形成機制是十分必要的。
姚強等針對不同的鍋爐類型、不同的煤種以及不同的工業(yè)過程，開展了燃煤排放超細(xì)顆粒物的形成、重金屬與有機污染物的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)化及細(xì)顆粒的脫除等方面的部分基礎(chǔ)與技術(shù)開發(fā)研究工作，已經(jīng)取得了一定的研究成果。
3 超細(xì)顆粒物的治理簡述（以燃煤工業(yè)過程為例）
以燃煤工業(yè)過程為例進(jìn)行簡要論述。燃煤電站與工業(yè)鍋爐排放煙氣中飛灰的中值直徑分別為3.8微米和7.5微米。傳統(tǒng)的除塵器捕集小于1μm的粒子的效率是很低的，因為所應(yīng)用的除塵原理如重力沉積、慣性沉積、電泳等對于該粒徑范圍的粒子已經(jīng)沒有明顯的作用。在目前常規(guī)的除塵方法中，采用慣性，旋風(fēng)方法，對于細(xì)微粒子的脫除效率僅在20－40％。
對細(xì)微顆粒脫除比較有效的是電除塵、文丘里除塵器和袋式除塵器，對于全效率為97％的電除塵，0－5微米粒徑的分級效率僅為90％，對于文丘里除塵器和袋式除塵器則為94－95％，都低于全效率。
近期研究還表明，飛灰顆粒本身，尤其是鐵質(zhì)顆粒對細(xì)粒飛灰捕捉的能力較強，具有顯著的自脫除效應(yīng)。有些學(xué)者利用脈沖放電技術(shù)進(jìn)行細(xì)顆粒的脫除試驗，也取得了一定成果
對燃煤煙氣中超細(xì)顆粒排放的控制，目前國內(nèi)外尚無成熟的技術(shù)，因此開發(fā)實用的超細(xì)飛灰脫除技術(shù)，是國內(nèi)外正待加強研究的課題，我國作為燃煤大國，則更顯緊迫。
總體來講，煤燃燒過程中超細(xì)顆粒物的治理是一個多種學(xué)科綜合交叉的基礎(chǔ)研究與技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域，大力開展超細(xì)顆粒物治理工作不僅具有巨大的經(jīng)濟效益，而且具有潛在的環(huán)境效益和社會效益。
4 結(jié) 論
(1)可吸入顆粒物已經(jīng)成為全球所共同關(guān)注的嚴(yán)重問題，其對生態(tài)環(huán)境和人類社會所造成的危害已經(jīng)引起我國相關(guān)部門的關(guān)注。清華大學(xué)熱能工程系已經(jīng)在此方面展開了部分基礎(chǔ)性研究工作。
(2)工業(yè)過程中超細(xì)顆粒物的排放是形成可吸入顆粒物的重要來源，因此研發(fā)對超細(xì)顆粒物控制技術(shù)的重要意義在于切斷了可吸入顆粒物形成的重要途徑。
(3)工業(yè)過程中排放的超細(xì)顆粒同樣是可以利用的重要資源，通過技術(shù)的綜合研發(fā)，可以“變廢為寶”，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟、社會與環(huán)境效益。
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