可吸入顆粒物

可吸入顆粒物

可吸入顆粒物(inhalable particles,縮寫:PM10),指空氣動力學當量直徑≤10微米的顆粒物稱為可吸入顆粒物,又稱為PM10。可吸入顆粒物通常來自在未鋪瀝青、水泥的路面上行使的機動車、材料的破碎碾磨處理過程以及被風揚起的塵土。可吸入顆粒物的形成主要有兩個途徑:其一,各種工業過程(燃煤、冶金、化工、內燃機等)直接排放的超細顆粒物;其二,大氣中二次形成的超細顆粒物與氣溶膠等。七十年代以來,鑒於世界各國燃煤噸位的劇增,煤炭燃燒過程中無機組分的轉化行為其對鍋爐設備和環境的影響受到普遍關注,有關燃煤飛灰的物理化學特性、形成機制及其利用途徑,國內外已進行不同程度的研究,但對於超細飛灰的形成機制,尚無定論。

基本信息

主要分類

對顆粒物尚無統一的分類方法,按塵在重力作用下的沉降特性可分為飄塵和降塵。習慣上分為:

塵粒:較粗的顆粒,粒徑大於75微米。

粉塵:粒徑為1~75微米的顆粒,一般是由工業生產上的破碎和運轉作業所產生。

亞微粉塵:粒徑小於1微米的粉塵。

炱:燃燒、升華、冷凝等過程形成的固體顆粒,粒徑一般小於1微米。

霧塵:工業生產中的過飽和蒸汽凝結和凝聚、化學反應和液體噴霧所形成的液

滴。粒徑一般小於 10微米。由過飽和蒸汽凝結和凝聚而成的液霧也稱霾。

煙:由固體微粒和液滴所組成的非均勻系,包括霧塵和炱,粒徑為0.01~1微米。

化學煙霧:分為硫酸煙霧和光化學煙霧兩種。硫酸煙霧是二氧化硫或其他硫化物、未燃燒的煤塵和高濃度的霧塵混合後起化學作用所產生,也稱倫敦型煙霧。光化學煙霧是汽車廢氣中的碳氫化合物和氮氧化物通過光化學反應所形成,光化學煙霧也稱洛杉磯型煙霧。

煤煙:煤不完全燃燒產生的炭粒或燃燒過程中產生的飛灰,粒徑為0.01~1微米。

煤塵:煙道氣所帶出的未燃燒煤粒。

粉塵由於粒徑不同,在重力作用下,沉降特性也不同,如粒徑小於10微米的顆粒可以長期飄浮在空中,稱為飄塵,其中10~0.25微米的又稱為雲塵,小於0.1微米的稱為浮塵。而粒徑大於10微米的顆粒,則能較快地沉降,因此稱為降塵。

人體危害

PM10對人體的危害程度取決於顆粒物的理化性質及其來源。顆粒物成分是主要致病因子,顆粒物的濃度和暴露時間決定了顆粒物的吸入量和對機體的危害程度。顆粒物的粒徑和狀態與其在呼吸道內沉著滯留和消除有關。PM10中粗粒子主要是人為源產生的原生粒子及自然界塵粒,易沉降,而且容易被阻留在鼻腔和口腔內,而細粒子主要是污染氣體經過複雜的多相化學反應轉化,或者由高溫下排放的過飽和氣態物質冷凝,再經碰撞、凝聚、吸附而形成。PM2.5?小於2.5微米的顆粒,又稱為可入肺顆粒,能夠進入人體肺泡甚至血液系統中去,直接導致心血管病等疾病。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,這些多為致癌物質和基因毒性誘變物質危害極大。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。使呼吸系統及心臟系統疾病惡化,改變肺功能及結構,改變免疫結構等方面。2000年12月份英國專家研究結果還表明,大氣中SO2、氮化物和CO等污染物的含量與人類日死亡率並沒有緊密的聯繫,細顆粒物反而是導致人類死亡率上升的主要原因。

毒性因素

環境和機體狀況也是影響其毒性作用的重要因素,如太陽輻射影響PM10的細胞毒性,顆粒物中的有機成分在有氧時並在射線照射下能形成過氧化物而具有很強的光致毒效應。酸化也嚴重影響PM10的毒性,當空氣中SO2和NOx被催化氧化並與水作用形成硫酸煙霧和硝酸煙霧時,其毒性比原來高許多倍。此外,氣象因素和地理因素也會影響PM10的擴散稀釋而間接影響其毒性。

⒉3可吸入顆粒物的時空累積效應與聯合作用

PM10中的有害成分在機體內和大氣中都有累積性。當鉛在人體內積累到一定程度時就會影響人體的生理機能和造血機能,尤其是對青少年及幼兒的中樞神經系統和造血系統影響更大。當大氣中幾種污染物得不到及時疏散時,也會累積,並發生化學耦合。例如,顆粒物中有機物和NOx在一定條件下形成光化學煙霧。另外,PM10中有害物質的毒性往往會產生協同、加合及拮抗作用。研究表明,大氣顆粒物與O3的協同作用使呼吸道病和心肺病患者死亡率日增[7,8]。PM10中的一些毒物造成肺組織損傷,從而促進了微生物的感染。趙毓梅等實驗發現,Zn、Se對顆粒物中其它有毒成分會產生拮抗作用。

毒理機理

PM10成分複雜,致毒機理也並非一種機理能夠解釋。專家認為PM10的致毒機理主要是:

PM10進入肺內後,首先與肺泡巨噬細胞、肺上皮細胞作用,刺激釋放各種細胞因子,導致肺炎症和肺纖維化。⑵PM10與細胞作用後,釋放活性氧(ROS)和自由基,氧化損傷組織細胞和遺傳物質並引起細胞增生和分裂紊亂,最後可能導致惡變。

總之,PM10可能通過氧化刺激、炎症反應及遺傳物質改變等多種機理引起機體各部分的損傷。而這些損傷又是相關的。如PM10由於損害了免疫系統,更易造成其它系統的損害。

細胞毒性

PM10主要通過自由基產生細胞急性致毒效應。研究表明,顆粒物中含多種無機物和有機物,它們在空氣中經紫外輻射,會形成自由基,並引發自由基鏈反應,形成更多的自由基,進而形成更多的過氧化物。在一定條件下,過氧化物在體內氧化分解,並通過脂質過氧化作用破壞細胞膜和損傷DNA,導致很高的細胞毒性。過氧化物和自由基必須被過氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶等分解,否則會引起急性中毒甚至死亡。儘管具有較大毒性的多環芳烴類物質能在紫外輻射下降解,但光輻射可誘導多環芳烴類物質產生自由基而具有更高細胞毒性[12,13]。急性細胞毒性往往表現為活性氧的爆發,而水溶性過渡金屬元素又可誘導過氧化物產生自由基、活性氧。因此,細胞毒性與其中水溶性過渡金屬元素含量相關。童永彭等研究發現,酸性較強的市區大氣顆粒物粒子中的Fe、Cr、Mn化合物比郊區中的易溶於水,且輻射後的顆粒物比未輻射的含有較多的過氧化物和自由基,並顯示出更高的細胞毒性。可見大氣顆粒物中可溶性過渡金屬鹽和過氧化物是誘導細胞自由基毒性的2個因素。

呼吸系統

PM10在呼吸道內轉移方式有如下幾種:⑴通過呼吸道纖毛—黏液運動排出體外或進入消化系統。⑵被肺泡巨噬細胞吞噬後進入淋巴系統,由淋巴液帶到淋巴結,最後被清除,或者長期滯留在肺間質形成病灶。⑶某些顆粒或組分通過肺的內呼吸進入血液從而到達其他器官。PM10進入呼吸道後,大部分可被呼吸道表面的纖毛—黏液層黏附或清除,但過多的微粒沉積會對氣道產生刺激,並導致平滑肌收縮慢支炎、肺氣腫患者氣道對有害刺激的反應性降低,清除能力減弱,使較多的顆粒物進入小氣道和肺泡,加重了對肺功能的損害。

同時,PM10與肺組織細胞接觸後,可通過腐蝕刺激或其成分的毒性作用對肺組織細胞造成損害,導致細胞及其生化成分發生改變。Prahalad等研究指出顆粒物會刺激肺部中性粒細胞聚集增加。Longphre等研究認為空氣顆粒物刺激肺上皮釋放的黏液素及抗菌蛋白等增加。趙毓梅研究發現細顆粒物可使肺灌洗液中生化成分發生改變,具體表現為:中性白細胞增高,乳酸脫氫酶(LDH)、酸性磷酸酶(ACP)、鹼性磷酸酶(AKP)和唾液酸(SA)等有變化。它們的改變反映了肺組織細胞受損和防禦功能降低。大氣中某些顆粒物除本身具有自由基活性外,還可以作用於上皮細胞和巨噬細胞,使它們釋放活性氧或活性氮。這些顆粒物進入肺組織後,可激發體內的脂質過氧化反應,使體內氧化和抗氧化系統失去平衡。一方面使得脂質過氧化酶(LPO)增高,另一方面使體內的抗氧化系統耗竭,表現為谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)下降和LPO/GSH-Px增高,導致谷胱甘肽轉化為氧化型、上皮細胞受到損傷、細胞通透性增加,引起肺損傷和肺疾病,如肺功能下降、肺纖維化、慢支、肺氣腫等。

免疫系統

許多研究證明,PM10損壞非特異性免疫功能。國外有研究認為[21,22],PM10中的細顆粒物進入肺內後,肺泡巨噬細胞將整個顆粒物吞噬,並釋放出一系列細胞因子和前炎症因子。前炎症因子或沉積於肺部的顆粒物進一步作用於肺上皮細胞、成纖維母細胞、內皮細胞等後分泌黏附分子及細胞因子,而這些黏附分子及細胞因子使各種炎症細胞聚集,從而導致炎症發生。黃麗紅等實驗結果表明,隨PM10中細顆粒物粒子濃度的增加,巨噬細胞存活率和吞噬功能下降,巨噬細胞出現凋亡,並且降低抗原的提呈能力,使免疫活性細胞功能及組織體液中的殺菌物質改變,從而降低肺局部特異性淋巴細胞的免疫應答,導致局部防禦力降低,而引起局部炎症感染。

另外,PM10也損壞特異性免疫功能。免疫反應的核心是細胞增殖,顆粒物由於影響細胞增殖而影響免疫。脾臟和外周血淋巴細胞的轉化是反映免疫功能的有力工具。有研究表明,汽車尾氣顆粒的有機提取物可抑制T淋巴細胞的轉化功能,且有劑量—反應關係。其抑制機理可能與鈣穩態失衡和鈣信號傳遞干擾有關。白細胞介素(IL-2)和NK細胞在機體和腫瘤免疫中分別起調節和監視作用。汽車尾氣顆粒的有機提取物可通過干擾IL-2(或其受體)介導信號而抑制T淋巴細胞產生IL-2。楊建軍等通過對不同粒徑顆粒物中金屬元素含量及其免疫毒性研究認為,Pb、Ni、As、Zn等能使小鼠細胞免疫功能受到抑制,表現為淋巴細胞轉化功能、IL-2活性、NK細胞活性、T淋巴細胞亞群等指標改變。

“三致”效應

(致癌、致突變、致畸)

PM10內含有各種直接致突變物和間接致突變物,可以損害遺傳物質和干擾細胞正常分裂,同時破壞機體的免疫監視,而引起癌症和畸形。PM10的化學組分或活性氧直接損害遺傳物質而導致癌基因激活、抑癌基因失活、遺傳物質改變,進一步可能導致肺癌。許多研究利用一些短期遺傳毒性實驗(Ames實驗、UDS實驗、微核實驗等)從基因、DNA、染色體不同水平說明顆粒物具有潛在的致突變及致癌性。有研究發現,PM10中的許多有機成分均能損傷DNA,以多環芳烴最明顯,並且致癌作用與免疫毒性往往是一致的。國外研究認為[27,20],接觸顆粒物可導致上皮細胞和巨噬細胞內的細胞因子增加,污染物作用於細胞產生的一些細胞因子如生長因子,可能導致細胞周期失去正常調節,從而使細胞分裂增加,進一步形成腫瘤。顆粒物可通過影響細胞間隙通訊功能的改變而導致細胞進一步惡化。宋健等研究認為柴油機排出的顆粒物可抑制細胞間隙的通訊功能,具有致癌作用。

循環系統

苯類化合物及其代謝物酚能在體內產生原漿毒性,可直接抑制細胞核分裂而對骨髓造血細胞產生損害,又常與血紅蛋白結合,導致造血系統和血液內有形成分改變。接觸PM10後,釋放出來的細胞因子使肝臟釋放前凝聚因子,它使血管白細胞移動改變,從而導致血液流動性降低,這可能與顆粒物引起心血管疾病和死亡增加有關。另外,由於PM10可以引起肺纖維斷裂而發生慢性肺氣腫並導致局部纖維增生,因而肺泡受損,使氧在肺泡內失去彌散交換功能,引起低氧血症。肺泡壁的纖維增生、變性,損害肺泡壁上的微細血管,導致小動脈和小靜脈狹窄阻塞,造成肺部血管阻力增加,使肺動脈壓升高,進而右心室出現肥大,最終導致肺性高血壓和肺心病。

其他毒理

許多研究證明,PM10還能損害生殖系統,降低生育能力,引起胎兒畸形等。煙霧中有毒金屬元素可以干擾卵母細胞的成熟分裂,降低生殖能力。此外,PM10還能使兒童所受的紫外輻射量減少,妨礙了體內維生素D的合成,使鈣磷代謝處於負平衡狀態,造成骨骼鈣化不全。

形成探討

可吸入顆粒物的形成主要有兩個途徑:其一,各種工業過程(燃煤、冶金、化工、內燃機等)直接排放的超細顆粒物;其二,大氣中二次形成的超細顆粒物與氣溶膠等。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。

以煤炭利用領域為例。

北京的天北京的天

中國一次能源以煤炭為主,大量煤炭燃燒已對生態環境造成嚴重危害,並影響到資源與環境的可持續發展。除控制SO2和NOx的排放外,懸浮顆粒物的排放亦不容忽視。據統計,在全國粉煤灰的排放量已達1.5億噸,雖然現有除塵裝置的除塵效率可高達99%以上,但靜電除塵器對超細飛灰的捕獲率較低,約有1%的飛灰進入大氣,構成大氣氣溶膠的主要部分。這部分飛灰以粒徑小於2.5微米甚至亞微米級超細顆粒為主,其數量可達到飛灰總數的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,超細飛灰的形成也導致鍋爐內爐壁的結渣與沾污程度的增加,影響鍋爐的安全經濟運行。因此,研究燃煤過程中超細飛灰的形成機制,降低其形成與排放量,意義重大。七十年代以來,鑒於世界各國燃煤噸位的劇增,煤炭燃燒過程中無機組分的轉化行為其對鍋爐設備和環境的影響受到普遍關注,有關燃煤飛灰的物理化學特性、形成機制及其利用途徑,國內外已進行不同程度的研究,但對於超細飛灰的形成機制,尚無定論。M. Shibaoka & A. R. Ramsden利用特殊取樣裝置觀察到煤粉燃燒過程中無機組分的形態變化,認為高灰分及高惰性組含量的煤,容易形成大量細粒飛灰。Quann R.J. and Sarofim A. J.利用電子顯微鏡研究了褐煤燃燒過程中灰粒的形成過程與數量。Erickson T. A

. etc研究了在有Na、S和Si存在的煤粉火焰中飛灰的演變過程。H.M ten Brink揭示出煤粉燃燒過程中,超細矽煙霧的形成。

美國麻省理工學院的研究結果表明,該類飛灰形成的數量主要與煤中礦物分布賦存特徵有關,而與煤級關係不大。一般認為,亞微米級顆粒主要由揮發的元素均相凝聚而成,主要為鹼金屬或鹼土金屬的鹽類(K2SO4、Na2SO4、CaSO4)。日本學者利用低變質煙煤與褐煤進行研究表明,亞微米級顆粒主要來自於與有機質結合的鈣離子,燃燒過程中未能充分聚結。可見,不同學者由於採用煤種與試驗條件的差異,得出的結論並非一致。

中國也有少數學者涉足該領域的研究,王伯春(1997)等的研究發現,細粒飛灰形成的數量隨著煤中Fe、K、Na等元素的蒸發量的增加而增加。中國動力用煤煤種齊全,今後針對不同煤種的煤質特性及不同鍋爐類型,研究超細飛灰的形成機制是十分必要的。

治理技術

《大氣污染防治先進技術彙編》涵蓋電站鍋爐煙氣排放控制、工業鍋爐及爐窯煙氣 排放控制、典型有毒有害工業廢氣淨化、機動車尾氣排放控制、居室及公共場所典型空氣污染物淨化、柏美迪康環保科技(上海)有限公司的無組織排放源控制、大氣複合污染 監測模擬與決策支持、清潔生產等八個領域的關鍵技術,入選技術大多源於“十一五”以來相關國家科技計畫項目或自主創新的研究成果。

技術目錄

序號 技術名稱 技術內容 適用範圍
一、電站鍋爐煙氣排放控制關鍵技術
1 燃煤電站鍋爐石 灰石/石灰-石膏 濕法煙氣脫硫技 術 採用石灰石或石灰作為脫硫吸收劑,在吸收塔 內,吸收劑漿液與煙氣充分接觸混合,煙氣中的二氧 化硫與漿液中的碳酸鈣(或氫氧化鈣)以及鼓入的氧 化空氣進行化學反應從而被脫除,最終脫硫副產物為 二水硫酸鈣即石膏。該技術的脫硫效率一般大於 95% , 可達 98% 以上 ; SO2 排放 濃度一 般小於 100mg/m3 ,可達 50mg/m3 以下。單位投資大致為 150~250 元/kW;運行成本一般低於 1.5 分/kWh。 燃煤電站鍋爐
2 火電廠雙相整流 濕法煙氣脫硫技 術 利用在脫硫吸收塔入口與第一層噴淋層間安裝 的多孔薄片狀設備,使進入吸收塔的煙氣經過該設備 後流場分布更均勻,同時煙氣與在該設備上形成的漿 液液膜撞擊,促進氣、液兩相介質發生反應,達到脫 除一部分 SO2 的目的。該技術將噴淋塔和鼓泡塔技術 相結合,對提高脫硫效率、減少漿液循環量有顯著效 果,特別適用於脫硫達標改造項目。雙相整流裝置能 提高系統脫硫效率 20%~30%,整體脫硫效率可達 97% 以上;阻力為 600Pa~700Pa,單位投資大致為 3~6 元 /kWh,電耗降低約 250~850 kWh/h。 燃煤電站鍋爐
3 燃煤鍋爐電石渣 - 石膏濕法煙氣 脫硫技術 採用電石渣作為脫硫吸收劑,在吸收塔內,吸收 劑漿液與煙氣充分接觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿 液中的氫氧化鈣以及鼓入的氧化空氣進行化學反應 從而被脫除,最終脫硫副產物為二水硫酸鈣即石膏。 該技術的脫硫效率一般大於 95%,可達 98%以上;SO2 排放濃度一般小於 100mg/Nm3,可達 50mg/Nm3 以下; 單位投資大致為 150~250 元/kW;運行成本一般低於 1.35 分/kWh。 燃煤電站鍋爐
4 循環流化床乾法 / 半乾 法煙氣脫 硫除塵及多污染 物協同淨化技術 以循環流化床原理為基礎,通過物料的循環利 用,在反應塔內吸收劑、吸附劑、循環灰形成濃相的 床態,並向反應塔中噴入水,煙氣中多種污染物在反 應塔內發生化學反應或物理吸附;經反應塔淨化後的 煙氣進入下游的除塵器,進一步淨化煙氣。此時煙氣 中的 SO2 和幾乎全部的 SO3,HCl,HF 等酸性成分被 吸收而除去,生成 CaSO3·1/2 H2O、CaSO4·1/2 H2O 等副產物。該技術的脫硫效率一般大於 90%,可達 98%以上;SO2 排放濃度一般小於 100mg/m3,可達 50mg/m3 以下;單位投資大致為 150~250 元/kW;在 不添加任何吸附劑及脫硝劑的條件下運行成本一般 為 0.8~1.2 分/kWh。 燃煤電站鍋爐
二、工業鍋爐及爐窯煙氣排放控制關鍵技術
21 石灰石- 石膏濕 法脫硫技術 採用石灰石作為脫硫吸收劑,在吸收塔內,吸收 劑漿液與煙氣充分接觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿 液中的碳酸鈣(或氫氧化鈣)以及鼓入的氧化空氣進 行化學反應從而被脫除,最終脫硫副產物為二水硫酸 鈣即石膏。該技術的脫硫效率一般大於 95%,可達 98%以上;SO2 排放濃度一般小於 100mg/m3,可達 50mg/m3 以下;單位投資大致為 150~250 元/kW 或 15~25 萬元/m2 燒結面積;運行成本一般低於 1.5 分 /kWh。 工業鍋爐/鋼鐵 燒結煙氣
22 電石渣- 石膏濕 法煙氣脫硫技術 採用電石渣作為脫硫吸收劑,在吸收塔內,吸收 劑漿液與煙氣充分接觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿 液中的氫氧化鈣以及鼓入的氧化空氣進行化學反應 從而被脫除,最終脫硫副產物為二水硫酸鈣即石膏。 該技術的脫硫效率一般大於 95%,可達 98%以上;SO2 排放濃度一般小於 100mg/Nm3,可達 50mg/Nm3 以下; 單位投資大致為 150~250 元/kW;運行成本一般低於 1.35 分/kWh。 工業鍋爐
23 白泥- 石膏濕法 煙氣脫硫技術 採用白泥作為脫硫吸收劑,在吸收塔內,吸收劑 漿液與煙氣充分接觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿液 中的碳酸鈣(或氫氧化鈉)以及鼓入的氧化空氣進行 化學反應從而被脫除,最終脫硫副產物為二水硫酸鈣 即石膏。該技術的脫硫效率一般大於 95%,可達 98% 以上;SO2 排放濃度小於 100mg/Nm3,可達 50mg/Nm3 以下;單位投資大致為 150~250 元/kW;運行成本一 般低於 1.35 分/kWh。 工業鍋爐
24 鋼鐵燒結煙氣循 環流化床法脫硫 技術 將生石灰消化後引入脫硫塔內,在流化狀態下與 通入的煙氣進行脫硫反應,煙氣脫硫後進入布袋除塵 器除塵,再由引風機經煙囪排出,布袋除塵器除下的 物料大部分經吸收劑循環輸送槽返回流化床循環使 用。該技術脫硫率略低於濕法,吸收劑利用率高,結 構緊湊,操作簡單,運行可靠,脫硫產物為固體,無 製漿系統,無二次污染,脫硫塔體積小,投資省,不 易堵塞。煙氣中的 SO2 和幾乎全部的 SO3,HCl,HF 等酸性成分被吸收而除去,生成 CaSO3·1/2H2O、 CaSO4·1/2 H2O 等副產物。該技術的脫硫效率一般大 於 95% ,可達 98% 以上;SO2 排放濃度一般小於 100mg/m3,可達 50mg/m3 以下;單位投資大致為 15~20 萬元/平方米;在不添加任何吸附劑及脫硝劑的條件下 運行成本一般低於 5~9 元/噸燒結礦。 鋼鐵燒結煙氣
25 新型催化法煙氣 脫硫技術 採用新型低溫催化劑,在 80~200℃的煙氣排放溫 度條件下,將煙氣中的 SO2、H2O、O2 選擇性吸附在 催化劑的微孔中,通過活性組分催化作用反應生成 有色、石化化 工、工業鍋爐/ 爐 窯(含 民
三、典型有毒有害工業廢氣淨化關鍵技術
41 揮發性有機氣體 (VOCs)循環脫 附分流回收吸附 淨化技術 採用活性炭作為吸附劑,採用惰性氣體循環加熱 脫附分流冷凝回收的工藝對有機氣體進行淨化和回 收。回收液通過後續的精製工藝可實現有機物的循環 利用。該技術對有機氣體成分的淨化回收效率一般大 於90%,也可達95%以上。單位投資大致為9~24萬元/ 千(m3h-1),回收有機物的成本大致為700~3000元/噸。 石油化工、制 藥、印刷、表 面塗裝、塗布 等
42 高效吸附- 脫附 -(蓄熱)催化燃燒 VOCs 治理技術 利用高吸附性能的活性碳纖維、顆粒炭、蜂窩炭 和耐高溫高濕整體式分子篩等固體吸附材料對工業 廢氣中的VOCs進行富集,對吸附飽和的材料進行強 化脫附工藝處理,脫附出的VOCs進入高效催化材料 床層進行催化燃燒或蓄熱催化燃燒工藝處理,進而降 解VOCs。該技術的VOCs去除效率一般大於95%,可 達98%以上。 石油、化工、 電子、機械、 塗裝等行業
43 活性炭吸附回收 VOCs 技術 採用吸附、解析性能優異的活性炭(顆粒炭、活 性炭纖維和蜂窩狀活性炭)作為吸附劑,吸附企業生 產過程中產生的有機廢氣,並將有機溶劑回收再利 用,實現了清潔生產和有機廢氣的資源化回收利用。 廢氣風量:800~40000m3/h,廢氣濃度:3~150g/m3。 包裝印刷、石 油、化工、化 學藥品原藥制 造、塗布、紡 織、貨櫃噴
四、機動車尾氣排放控制關鍵技術
59 汽油車尾氣催化 淨化技術 採用最佳化配方的全Pd型三效催化劑,以及真空吸 附蜂窩狀催化劑的定位塗覆技術,製備汽車尾氣淨化 器核心組件。真空塗覆技術可以精確控制催化劑塗覆 量,有效提高產品的一致性。全Pd催化劑配方根據發 動機型號不同其Pd含量約在1~3g/L範圍內,較同種發 動機上用的普通Pd-Pt-Rh三效催化劑成本可降低50% 以上。利用該催化劑及塗覆技術生產的淨化器對汽車 尾氣中CO、HC和NOx的同時淨化效果可大於95%, 催化劑壽命超過10萬公里,達到相當於國VI以上的尾 氣排放標準要求。 汽車尾氣污染 物處理
五、居室及公共場所典型空氣污染物淨化關鍵技術
64 中央空調空氣淨 化單元及室內空 氣淨化技術 針對不同場所,採用風盤或/和組空不同的中央空 調系統,設定過濾器和淨化組件,集成過濾、吸附、 (光)催化、抗菌/殺菌等多種淨化技術,實現室內溫 度和空氣品質的全面調節。 居室及公共場 所室內空氣淨 化
65 室內空氣中有害 微生物淨化技術 研製層狀材料為載體負載銀離子的抗菌劑,在保 持很好的抗菌性能的同時解決了銀離子在高溫使用 時變色的問題。研製有機無機複合抗菌噴劑,對室內 常見的有害微生物,如大腸桿菌,金黃色葡萄球菌, 白色念珠菌,軍團菌有很好的抗菌效果,對枯草芽孢 桿菌也有很好的抑制作用。 居室及公共場 所室內空氣淨 化
六、無組織排放源控制關鍵技術
69 綜合 抑塵技術 主要包括 生物納膜抑塵技術 、雲霧抑塵技術及濕式收塵技術等關鍵技術。生物納膜是層間距達到納米 級的雙電離層膜,能最大限度增加水分子的延展性, 並具有強電荷吸附性;將生物納膜噴附在物料表面, 能吸引和團聚小顆粒粉塵,使其聚合成大顆粒狀塵 粒,自重增加而沉降;該技術的除塵率最高可達99% 以上,平均運行成本為0.05~0.5元/噸。 雲霧抑塵技術 是 通過 高 壓離 子 霧 化 和 超 聲 波霧 化 , 可 產 生1μm~100μm的超細乾霧;超細乾霧顆粒細密,充分增 加與粉塵顆粒的接觸面積,水霧顆粒與粉塵顆粒碰撞 並凝聚,形成團聚物,團聚物不斷變大變重,直至最 後自然沉降,達到消除粉塵的目的;所產生的乾霧顆 粒,30%~40%粒徑在2.5μm以下,對大氣細微顆粒污 染的防治效果明顯。 濕式收塵技術 通過壓降來吸收附 著粉塵的空氣,在離心力以及水與粉塵氣體混合的雙 重作用下除塵;獨特的葉輪等關鍵設計可提供更高的 除塵效率。 適用於散料生 產、加工、運 輸、裝卸等環 節,如礦山、 建築、採石場、 堆場、港口、 火電廠、鋼鐵 廠、垃圾回收 處理等場所
七、大氣複合污染監測、模擬與決策支持關鍵技術
71 大氣揮發性有機 物快速線上監測 系統 環境大氣通過採樣系統採集後,進入濃縮系統, 在低溫條件下,大氣中的揮發性有機化合物在空毛細 管捕集柱中被冷凍捕集;然後快速加熱解吸,進入分 析系統,經色譜柱分離後被FID和MS檢測器檢測,系 統還配有自動反吹和自動標定程式,整個過程全部通 過軟體控制自動完成。系統主要特點有:自然復疊電 子超低溫製冷系統、自主研發的溫度測量技術、雙通 路惰性採樣系統、去活空毛細管捕集、雙色譜柱分離、 FID和MS雙檢測器檢測。系統可以用於線上連續監 測,也可以用於應急檢測(採樣罐現場採樣)。該系 統一次採樣可以檢測99種各類VOCs(碳氫化合物、 鹵代烴、含氧揮發性有機物),在較長時間內可以滿 足我國環境空氣中VOCs的監測要求。 大氣環境監測
72 大氣細粒子及其 氣態前體物一體 化線上監測技術 利用多種快速接口組合,設計開發出具有自主知 識產權的“大氣細粒子及其氣態前體物一體化的線上 監測系統”,實現細粒子水溶性化學成分及其氣態前 體物的同步線上監測,包括:氣態HCl、HONO、HNO3、 H2SO4,氣溶膠中F-、Cl-、NO2 、NO3 、SO4 以及WSOC - - 2- 的分析,實現大氣細粒子中多種元素快速線上檢測。 設計開發出能夠進行不同粒徑段的細粒子樣品成分 分析裝置,用於解析大氣細粒子的來源與轉化過程, 為大氣污染區域協同控制提供基礎數據,為區域大氣 細粒子污染調控措施的制定提供科學基礎和監測技 術。 大氣環境監測
73 大氣中NOx及其 光化產物一體化 線上監測儀器及 標定技術 利用光解技術和表面化學方法研發準確測量 NO2 的技術,與常規化學發光技術結合開發能夠準確測定NO、NO2、PAN和PPN的技術系統。集成所研製的動 態零點化學發光法測NO模組,光降解NO2模組和鉬催 化轉化模組,製造一體化樣機,樣機可同時線上精確 測量大氣樣品中的NO、NO2、NOy。為評估含氮大氣 活性成分對O3產生貢獻的準確測算和其產物的進一 步演化提供可靠的技術方法和適合國情的儀器設備 產品。 大氣環境監測
74 大氣細粒子和超細粒子的快速在 線監測技術 針對區域大氣顆粒物立體線上監測的技術需求, 開展大氣複合污染中細粒子及超細粒子物化特性的 原位快速測定技術研究,基於“稱重法”的振盪天平 顆粒物質量濃度監測儀,完成大氣PM2.5質量濃度的實 大氣環境監測
八、清潔生產關鍵技術
88 水煤漿代油潔淨 燃燒技術 水煤漿代油潔淨燃燒技術是把煤磨成細粉與水 和少量添加劑混合成懸浮狀高濃度漿液,像油一樣采 用全封閉方式輸送和儲存,用泵輸送,並用噴嘴噴入 鍋爐爐膛霧化懸浮燃燒,燃燒效率高,它是一種以煤 代油的新技術。在製漿過程中要對煤淨化處理,處理 各 種電站 鍋 爐、工業鍋爐、 工業窯爐

以燃煤工業過程為例進行簡要論述。

燃煤電站與工業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。傳統的除塵器捕集小於1μm的粒子的效 率是很低的,因為所套用的除塵原理如重力沉積、慣性沉積、電泳等對於該粒徑範圍的粒子已經沒有明顯的作用。在常規的除塵方法中,採用慣性,鏇風方法,對於細微粒子的脫除效率僅在20-40%。

對細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,對於全效率為97%的電除塵,0-5微米粒徑的分級效率僅為90%,對於文丘里除塵器和袋式除塵器則為94-95%,都低於全效率。

研究還表明,飛灰顆粒本身,尤其是鐵質顆粒對細粒飛灰捕捉的能力較強,具有顯著的自脫除效應。有些學者利用脈衝放電技術進行細顆粒的脫除試驗,也取得了一定成果。

對燃煤煙氣中超細顆粒排放的控制,當今國內外尚無成熟的技術,因此開發實用的超細飛灰脫除技術,是國內外正待加強研究的課題,中國作為燃煤大國,則更顯緊迫。

可吸入顆粒物

從可持續發展的觀點看,煤的燃燒與污染控制是複雜的系統工程,從煤的形成與埋藏—煤炭資源特性—煤的燃燒—燃燒產物的處置與污染控制,一環緊扣一環,是一個互為關聯的整體。其研究的核心,既是煤中有機組分和無機組分在不同環境條件下的物理化學轉化行為,研究目的則是充分利用有利於人類發展的這些物質演化過程,並將不利轉化為有利或儘量控制不利方向的轉化。

總體來講,煤燃燒過程中超細顆粒物的治理是一個多種學科綜合交叉的基礎研究與技術開發領域,大力開展超細顆粒物治理工作不僅具有巨大的經濟效益,而且具有潛在的環境效益和社會效益。

燃煤過程中超細顆粒物的治理工作主要表現在以下幾個方面:

⑴線上測試技術水平的提高。這是研究超細顆粒物形成、排放與治理的重要基礎。

⑵打破常規的研究思路與手段。由於超細顆粒物的微觀性和複雜性,其化學行為與動力學行為十分特殊,因此需要建立新的研究思路,尋求新的研究手段,才更加有利於問題的解決。

⑶ 除上述兩點以外,國家在法規及其政策上的支持也是至關重要的。

變廢為寶

大氣中可吸入顆粒物的一次形成源多為工業過程中超細顆粒物的排放。但超細顆粒捕集下來,將是可以再生利用的重要資源。

以鐵鋁合金冶煉爐排放的超細粉末-矽微粉為例。

矽微粉系鐵合金冶煉爐生產過程中,由矽石中的SiO2被還原生成的氣態物質,在逸出料面後,再氧化形成的SiO2 微粒。它是一種灰白色的超細粉末,在掃描電鏡下為光滑的圓球狀,平均粒徑小於1mm。用氮吸附法測得比表面積25~30m2/g,比水泥(0.4 m2/g)大50~100倍。堆積密度為200~250kg/m3,比重2.1~3.0 kg/m3,常溫下比電阻2.4×1014Ω.m,酸鹼度6.7~8,火山灰活性90%。

矽微粉由於具有優良的理化性能,是一種重要的納米~微米級無機非金屬材料,被國外稱為“神奇的材料”,現已廣泛套用於建築、橡膠、陶瓷與耐火材料等領域,且利用範圍日益擴大。據悉,日本在從中國進口鐵合金產品的同時,也大量進口矽微粉,進行提純加工後,生產出高性能陶瓷材料,用於航空、航天等高技術領域。而中國在提純、加密與高性能陶瓷材料方面,尚未掌握關鍵技術。另一方面,如果對這些粉塵不進行治理,進入大氣後成為可吸入顆粒物,可直接進入人體肺部,危害極大。因此,矽微粉的回收利用,不僅體現在其經濟效益上,更體現在環境效益上。

相關指數

空氣污染指數(Air Pollution Index,簡稱API)是一種反映和評價空氣品質的方法,就是將常規監測的幾種空氣污染物的濃度簡化成為單一的概念性數值形式、並分級表征空氣品質狀況與空氣污染的程度,其結果簡明直觀,使用方便,適用於表示城市的短期空氣品質狀況和變化趨勢。空氣污染指數是根據環境空氣品質標準和各項污染物對人體健康和生態環境的影響來確定污染指數的分級及相應的污染物濃度限值。中國採用的空氣污染指數(API)分為五級,API值小於等於50,說明空氣品質為優,相當於達到國家空氣品質一級標準,符合自然保護區、風景名勝區和其它需要特殊保護地區的空氣品質要求。API值大於50且小於等於100,表明空氣品質良好,相當於達到國家空氣品質二級標準。API值大於100且小於等於200,表明空氣品質為輕度污染,相當於達到國家空氣品質三級標準;長期接觸,易感人群病狀有輕度加劇,健康人群出現刺激症狀。API值大於200,表明空氣品質較差,超過國家空氣品質三級標準,一定時間接觸後,對人體危害較大。

室內標準

檢測標準

範圍

本標準規定了室內空氣中可吸入顆粒物日平均最高容許濃度及採樣器的要求。

本標準適用於室內空氣監測和評價,不適用於生產性場所的室內環境。

定義

本標準採用下列定義。

可吸入顆粒物inhalableparticulatematter

指能進入呼吸道的質量中值直徑為10μm的顆粒物(D50=10μm)。

粒徑單位;空氣動力學當量直徑aerodynamicdiameter

指在低雷諾數的氣流中與單位密度球具有相同末沉降速度的顆粒直徑。

衛生要求

室內可吸入顆粒物日平均最高容許濃度為0.15mg/m3。質量中值直徑為10μm。

監測檢驗

⒋1採樣器要求D50≤10+1μm,幾何標準差δg=1.5+0.1。

⒋2室內空氣中可吸入顆粒物的測定方法。

減少措施

室內可吸入顆粒物主要來源於廚房,比如做飯炒菜所用燃料的不完全燃燒及油煙等。此外,建築材料中常用來作保溫材料的石棉,由於長期老化磨損等原因,可釋放出一定量的可吸入顆粒物,引發呼吸道的疾病。而飼養寵物的家庭也要注意了,動物或禽類的皮毛等微粒擴散到室內,也會影響人體的健康。

人的呼吸系統類似一個高效分級採樣器。通過人的呼吸,顆粒物可按粒徑大小沉積在呼吸道的各個部位之中,粒徑大於10微米以上的顆粒物大部分被阻擋在上呼吸道(鼻腔和咽喉部位),而顆粒小於10微米能穿透咽喉部進入下呼吸道。特別是粒徑小於5微米的顆粒物能沉積在呼吸道深部肺泡內,對人體危害更大。顆粒物在呼吸道中的沉積,主要有三種方式,即慣性碰撞、重力沉降和擴散作用的綜合結果。

顆粒物作用於人體分兩方面,一是物理方面的作用,細小的顆粒物通過呼吸道進入人的肺部壁上產生刺激作用,出現黏液從而引起肺部疾病,尤其是心臟病患者,當呼吸困難時,可引起心臟的不舒服,有時導致死亡。二是化學方面的作用,微粒上附著大量有害物質,通過呼吸道直接吸入到肺部造成對人體的危害。

要減少顆粒物對人體的危害,從自身出發,要有意識做到以下幾點:

提高個人的環保意識,多參加植樹造林活動,增加綠地面積,儘量減小裸露的地面。

城市施工時應注意防止造成大量的揚塵。

駕車的朋友,提倡使用綠色燃料,使用高效潤滑油,減少汽車尾氣的排放。有調查顯示PM2.5的排放主要來自柴油車。

日常生活中,儘量少用煤作為燃料。用電比使用天然氣、液化石油氣及煤氣等燃料相對便宜,改用微波爐、電飯煲等做飯可減少廚房的空氣污染。

在室內,要經常保持清潔衛生,吸菸者不要在室內吸菸,適當養些綠色花草以保持室內空氣的清新。

在日常抖被子時,有很多漂浮物浮起來,在太陽下可以看到很多細小的顆粒,這種時候最好讓小孩子走開。

喜歡晨練的中老年人,應避開早晨6~8時空氣污染高峰期,上午9時以後鍛鍊為宜;且不要到公路邊鍛鍊,應選擇綠色植物多、空氣品質好、環境較為安靜的公園內。冬季由於室外溫度低,為防止中老年人心腦血管病的發生,選擇上午10時後鍛鍊為宜。

大型商場或公共娛樂場所,由於周末、節假日時人員眾多,空氣品質極差,易造成呼吸系統的疾病(冬季為甚),故不宜久留。

霧天和灰霾天氣,是PM2.5濃度相對較高的時候,最好少出門,門窗關上。

可吸入顆粒物與人類住宅高度

大家知道,地心引力與可吸入顆粒物的直徑是成正比關係的。也可以說地球引力對可吸入顆粒物的影響是這樣的:因為物質的重力影響,距離地表面越近則可吸入顆粒物的直徑就越大,從而對人體吸入的機率和侵害就會減少。另外,地磁對人類的生命延續也是有著重要作用的,地球磁場對人類的作用力越大,人類的生命力就越頑強。

經研究表明,大量的有毒有害氣體和可吸入顆粒物大部分主要集中在離地表20米以上的空間。高層建築以及超高層建築已經不適合人類居住。人類最佳的居住空間應是離地面20米(最好為10米)以內。就其可吸入顆粒物來說,離地面越近可吸入顆粒物的直徑就越大,人體吸入的機率也就越小。我們知道,有毒氣體的質量是很小的,其基本與空氣相混合,很容易被人體吸入。那么對於我們人類來說,其居住的空間離地面越高,可吸入顆粒物對人體的傷害作用也就越大。另外,人類淨化生活用水較淨化空氣容易,而分離空氣中的有害氣體和細小的可吸入顆粒物一直是科學界的難題。

針對居住在高層建築中的人員情況調查表明,其主要體現有毒氣體以及大量可吸入顆粒物對人體造成的疾病和心理不良影響表現為:

⑴居住在高層住宅中的人群普遍出現恐慌、煩躁、壓抑、懶惰以及性情暴躁等不良狀態。

⑵生命期縮短、多病。現實中,居住在底層住宅中的老年人壽命普遍較高。

⑶與生命相關的運動量相對減少。

⑷高層住宅中老年人的身體健康狀況欠佳。

也許將來會隨著科學技術的不斷提高,人類可以淨化空氣中的有毒有害氣體成分,其高層住宅建築不再是人類所擔心的問題。但是,科學技術還遠遠沒有達到。要多長時間呢?也許在本世紀末或更長的時間,也有可能是我們人類永遠解決不了的科學難題。那么當今人類住宅層高度還是選在20米以下為宜,這才是人類最佳的居住環境。上面已經說過,可吸入顆粒物的直徑、密度、質量等,都與地心的引力有著密切的關係。地表層的每一高度範圍都存在直徑大小不一樣的空間污染物顆粒,住宅建築越高,可吸入顆粒物就越小,也就越容易被人體吸入。根據這個問題,人類住宅高度的最佳選擇應該是六層以下的住宅建築。

可吸入顆粒物的監測

雷射粉塵儀該儀器適用於公共場所可吸入顆粒物(PM10)濃度的快速測定、工礦企業生產現場等勞動衛生方麵粉塵濃度的檢測,以及環境保護領域可吸入塵濃度的監測,還可用於空氣淨化器淨化效率的評價。有千台以上儀器在全國各地使用,得到用戶好評。

儀器符合衛生部WS/T206-2001《公共場所空氣中可吸入顆粒物(PM10)測定法-光散射法》標準、勞動部LD98-1996《空氣中粉塵濃度的光散射式測定法》標準以及鐵道部TB/T2323-92《鐵路作業場所空氣儀器中粉塵測定相對質量濃度與質量濃度的轉換方法》等行業標準以及衛生部衛監督發〔2006〕58號檔案頒布實施的《公共場所集中空調通風系統衛生規範》。

主要特點:

 可直讀顆粒物質量濃度(mg/m3),1分鐘出結果,或根據用戶需要任意設定採樣時間;

 測量快速、準確、檢測靈敏度高;

 設計了自校系統,儀器性能穩定可靠;

 具有氣幕禁止及潔淨氣自清洗功能,確保光學系統不受污染;

 實現了軟體自動調零;

 具有與計算機雙向通訊功能,可通過PC機進行數據處理,列印出曲線及表格;

 具有顆粒物濃度連續監測、定時採樣以及粉塵濃度超標報警等多種功能;

主要技術指標

檢測靈敏度:低靈敏度0.01mg/m3 ;高靈敏度0.001 mg/m3 ;

測定範圍: 低靈敏度 0.01~100 mg/m3 ;高靈敏度 0.001~10 mg/m3 ;

測定時間:標準時間為1分鐘,設有0.1、1、2、5、10分鐘及調時檔(任意設定採樣時 間);

重複性誤差:±2%;

測量精度: ±10%

輸出接口:PC機通訊接口(RS232)及印表機輸出接口

環境溫度:0℃~40℃(儲存溫度-20℃~60℃)

為保證監測數據準確須注意事項:

1、測量時將雷射粉塵儀放置高度為1.5米的呼吸帶位置;

2、雷射粉塵儀具有CMC《製造計量器具許可證》標誌;

3、選擇通過ISO9001質量管理體系認證和ISO14000環境管理體系認證的生產企業;

4、選擇具有自主創新產品證書的雷射粉塵儀。

環境保護專業辭彙

環境保護已經成為今天比較熱門的話題,簡單的可以把環境保護工作分為污水處理,大氣污染處理和固體廢棄物處理和其他物理污染處理等幾個大的方向,其中也涉及到一些專業領域的辭彙。

11種污染物危害人體

據世界衛生組織公布的《空氣品質標準》,臭氧、可吸入顆粒物(PM10、PM2.5)、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、揮發性有機污染物、鉛、苯並(a)芘、汞和二噁英11種污染物對人體均有較高程度的健康危害。

臭氧| 可吸入顆粒物| 二氧化硫| 二氧化氮| 一氧化碳| 揮發性有機污染物| | 苯並芘| | 二惡英

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