一周要闻(2)与颗粒物污染

要闻（2012.3.5-2012.3.18）“PM2.5”一词首次出现在政府工作报告中。国务院总理温家宝昨日在政府工作报告中强调，“今年在京津冀、长三角、珠三角等重点区域以及直辖市和省会城市开展细颗粒物（PM2.5）等项目监测，2015年覆盖所有地级以上城市。”目前中国气象部门有74个PM2.5观测站，其中长的已有十几年的观测时间。气象部门还进行PM10的观测，全国共有95个观测站。此外，还有73个更精细化的PM1观测站。这些观测站已经形成了一个比较完整的观测体系。颗粒物污染与控制何谓PM2.5？PM2.5有何危害？我国空气质量标准是什么？视频：空气质量播报空气污染指数空气污染指数（AirPollutionIndex,API）就是将常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数值形式，并用于分级表征空气污染程度和空气质量状况。这种方法适合于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势。空气污染指数分级标准（2000年4月27日发布）API空气质量级别空气质量状况对健康的影响0～50I优可正常活动51～100II良可正常活动101～150IIIIII1轻微污染长期接触,易感人群出现症状151～200III2轻度污染长期接触,健康人群出现症状201～250IVIV1中度污染一定时间接触后,健康人群出现症状251～300IV2中度重污染一定时间接触后,心脏病和肺病患者症状显著加剧300V重度污染健康人群明显强烈症状,提前出现某些疾病空气污染指数的计算方法式中：Cx，Ix—分别为第x种污染物的浓度值和污染分指数值；cx,j，Ix,j—分别为第x种污染物在j转折点的极限浓度值和污染分指数值；cx,j+1，Ix,j+1—分别为第x种污染物在j+1转折点的浓度极限值和污染分指数值。API＝max(I1,I2,Ii,In）j,xj,xj,xj,xj,xj,xxxI)II()CC()CC(I114日，市环境监测中心发布预报称空气质量为中度污染，5日经市环保局确认，空气质量为轻度污染。在环境空气质量(API指数)体系上，国际上的标准是监控二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳、可吸入颗粒物(PM10)、细粒子颗粒物(PM2.5、PM1)、能见度。我国只监控二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物。我国《环境空气质量标准》GB3095-1996，1996年10月1日起实施总悬浮颗粒物（TSP）、可吸入颗粒物（PM10）、SO2、NOx、NO2、苯并(a)芘、铅、氟化物2000年1月6日，环保总局发布了环境空气质量标准修改单取消NOx，更改了NO2和O3的一些分级标准。没有PM2.5按粒径大小分：大气颗粒物降尘：粒径＞100µｍ(＞30µｍ)粒子，靠重力的作用可降到地面。TSP(totalsuspendedparticles)：粒径0.02~100µｍPM10(可吸入颗粒物)：指动力学直径＜10µｍ的粒子。可通过呼吸进入人体。PM2.5(细颗粒物)：动力学直径＜2.5µｍ的粒子，可吸入肺。PM可吸附多种化学物质粒径大于10微米以上的颗粒物大部分被阻挡在上呼吸道（鼻腔和咽喉部位）。颗粒小于10微米能穿透咽喉部进入下呼吸道。小于5微米直径的可进入呼吸道的深部。尤其粒径小于2.5µｍ的细粒子，可直接吸入肺泡，长期累积，由于其中多数为二次有机气溶胶，含有很多有毒有害物质，对人体健康造成很大威胁。为揭示空气污染对人体的影响，中美科学家选择了广州、武汉、兰州、重庆4个城市，就空气污染与儿童肺功能之间的关系作了历时5年的调查研究。共选择了8所小学，调查了8196个家庭，收集了300万个数据。研究结果：严重的空气污染可使儿童肺功能受到显著影响儿童患感冒咳嗽、咳痰、气喘、支气管炎的几率与PM10、PM2.5的浓度成显著正相关儿童哮喘与SO2浓度成显著正相关空气污染越重，儿童呼吸系统患病率越高，影响最大的污染因子是PM10、PM2.5和TSP，其次为SO2。PM2.5的环境作用降低大气能见度云凝结核干沉降远距离输送污染物载体进入呼吸道化学反应床阳伞效应致酸物质危害生态系统区域性酸沉降携带有毒有害污染物影响人体健康多相化学反应美国于2003年制定了pM2.5的标准：65mg/m3PM2.5对健康的危害细粒子颗粒物十分微小，可以穿透呼吸道的防护结构，深入到支气管和肺部，直接影响肺的通气功能，诱发肺部硬化、哮喘和支气管炎，甚至导致心血管疾病。细粒子颗粒物吸附在肺泡上很难脱落。而且，细粒子颗粒物还能携带空气中的病毒、细菌、放射性尘埃和重金属等物质，对呼吸系统、心血管、免疫系统、生育能力、神经系统和遗传等都有影响。目前中国气象部门有74个PM2.5观测站，其中长的已有十几年的观测时间。气象部门还进行PM10的观测，全国共有95个观测站。此外，还有73个更精细化的PM1观测站。这些观测站已经形成了一个比较完整的观测体系。Source:Cohenetal,2005PM10inMajorcities中国是全球PM2.5浓度高值区VanDonkelaarAetal.Estimatingground-levelPM2.5usingaerosolopticaldepthdeterminedfromsatelliteremotesensing.JOURNALOFGEOPHYSICALRESEARCH,20062001-20051961-19651971-19751991-19952001-20052001-20051961-19651971-19751971-19751991-19951991-1995VisibilityineastChinadecreased10kmduring1957－2005,withadecreasingrateof0.24km/yrPM2.5pollutionandregionalhaze二次颗粒物成为我国PM2.5的重要组成部分PM2.5化学组成（清华校测点）0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%春夏秋冬春夏秋冬春夏秋冬春夏秋冬春夏秋冬春夏秋冬春夏秋冬春夏秋冬比例微量元素土壤尘元素碳有机物铵盐硫酸盐硝酸盐20012002200320042005200620001999颗粒物的来源可吸入颗粒物的形成主要有两个途径：其一，各种工业过程（燃煤、冶金、化工、内燃机等）直接排放的超细颗粒物；其二，大气中二次形成的超细颗粒物与气溶胶等。粒径2.5微米至10微米的粗颗粒物主要来自道路扬尘等。2.5微米以下的细颗粒物（PM2.5）则主要来自化石燃料的燃烧（如机动车尾气、燃煤）、挥发性有机物等。大气污染控制技术颗粒污染物的控制——除尘技术•重力式除尘器和惯性力除尘器•旋风除尘器•湿式除尘器水膜除尘器文丘里水膜除尘器冲击式除尘器•布袋除尘器•电除尘器重力沉降室通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降层流式和湍流式两种重力沉降室结构简单投资少压力损失小（一般为50-100Pa）维修管理容易优点体积大效率低仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的粒子缺点惯性除尘器机理沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用，使其与气流分离惯性除尘器结构形式冲击式反转式气流冲击挡板捕集较粗粒子改变气流方向捕集较细粒子冲击式惯性除尘装置反转式惯性除尘装置a单级型b多级型a弯管型b百叶窗型c多层隔板型惯性除尘器应用一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，捕集10～20µm以上的粗颗粒压力损失100～1000Pa旋风除尘器利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置旋风除尘器结构组成普通旋风除尘器是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成旋风除尘器气流与尘粒的运动气流沿外壁由上向下旋转运动：外涡旋少量气体沿径向运动到中心区域旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转：内涡旋到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗气流从除尘器顶部向下高速旋转时，一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿排出管外壁旋转向下，最后从排出管排出：上涡旋旋风除尘器气流与尘粒的运动气流与尘粒的运动（续）气流运动包括切向、轴向和径向：切向速度、轴向速度和径向速度切向速度决定气流质点离心力大小，颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁电除尘器旋风除尘器对于dp5um的粒子效率低，必须借助外力（电场力等）捕集更小的粒子单区电除尘器使尘粒荷电并在电场力的作用下沉积在集尘极上与其他除尘器的根本区别在于，分离力直接作用在粒子上，而不是作用在整个气流上具有耗能小、气流阻力小的特点电除尘器压力损失小，一般为200～500Pa处理烟气量大，可达105～106m3/h能耗低，大约0.2～0.4kWh/1000m3对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99％可在高温或强腐蚀性气体下操作电除尘器的主要优点电除尘器的工作原理三个基本过程悬浮粒子荷电高压直流电晕带电粒子在电场内迁移和捕集延续的电晕电场（单区电除尘器）或光滑的不放电的电极之间的纯静电场（双区电除尘器）捕集物从集尘表面上清除振打除去接地电极上的粉尘层并使其落入灰斗湿式除尘器使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置喷雾洗涤器旋风洗涤器文丘里洗涤器湿式除尘器可以有效地除去直径为0.1－20μm的液态或固态粒子，亦能脱除气态污染物高能和低能湿式除尘器低能湿式除尘器压力损失为0.2一1.5kPa，对10μm以上粉尘的净化效率可达90－95%高能湿式除尘器压力损失为2.5－9.0kPa，净化效率可达99.5％以上湿式除尘器根据湿式除尘器的净化机理，大致分为重力喷雾洗涤器旋风洗涤器自激喷雾洗涤器板式洗涤器填料洗涤器文丘里洗涤器机械诱导喷雾洗涤器在耗用相同能耗时，比干式机械除尘器高。高能耗湿式除尘器清除0.1m以下粉尘粒子，仍有很高效率可与静电除尘器和布袋除尘器相比，而且还可适用于它们不能胜任的条件，如能够处理高温，高湿气流，高比电阻粉尘，及易燃易爆的含尘气体在去除粉尘粒子的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些气态污染物。既起除尘作用，又起到冷却、净化的作用湿式除尘器的优点排出的污水污泥需要处理，澄清的洗涤水应重复回用净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水具有一定程度的腐蚀性，因此要特别注意设备和管道腐蚀问题不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体寒冷地区使用湿式除尘器，容易结冻，应采取防冻措施湿式除尘器的缺点袋式除尘器采用纤维织物作滤科的袋式除尘器（主要讨论），在工业尾气的除尘方面应用较广除尘效率一般可达99%以上效率高，性能稳定可靠、操作简单，因而获得越来越广泛的应用