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PM2.5及其工业源头控制技术

发表日期:2015-10-16 10:38:10   访问人数:

PM2.5及其工业源头控制技术

1 前言
    PM2.5细颗粒物是大气中的主要污染物之一,也是引起环境、气候变化的重要因素,大气中颗粒物的粒径变化范围很大,按粒径大小颗粒物可分为降尘、总悬浮颗粒物(TSP)、可吸入颗粒物(PM10)和细颗粒物(PM2.5),其中的PM2.5就是指大气中直径小于或等于2.5μm的颗粒物,也称为可入肺颗粒物,它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20(见图1)。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分,但它对空气质量和人体健康等有着重要的影响。PM2.5对光的散射作用比较强,在不利的气象条件下很容易导致灰霾形成,这就是空气看起来不透澈的原因,同时PM2.5也是引起一系列人体健康问题的罪魁祸首。

2 国内外关于PM2.5对人体健康危害的研究
    一般认为,粒径在10μm以上的颗粒物,会被挡在人的鼻子外面;粒径在2.5~10μm之间的颗粒物,能够进入上呼吸道,但部分可通过痰液等排出体外,另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡,对人体健康危害相对较小;而粒径在2.5μm以下的细颗粒物即PM2.5,被吸入人体后会直接进入支气管,干扰肺部的气体交换,引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。与较粗的大气颗粒物相比,PM2.5粒径小,富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间为1000小时左右、传输距离可达上千公里,因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
    国内外有很多这方面的研究。国内的环境卫生专家潘小川教授曾研究了大气中PM2.5浓度与心血管急诊人数的关系,在2004年至2006年期间,北京大学第三医院总共接待了8377名心血管病急诊患者(见表1中的急诊人数,以及空气污染数据及天气情况的统计数据)。表1中可见,这一时间段的平均SO2和NO2浓度均低于国家“良”级空气质量标准限定的最高值(60μg/m3和80μg/m3),而PM2.5平均浓度为121.58μg/m3,远高于世卫组织认定的安全值(10μg/m3)。
    此外,从表1中还可发现,当观测点的PM2.5日均浓度增加时,在距观测点约4公里以外的北京大学第三医院,心血管病急诊患者数量也相应增加。虽然PM10和PM2.5都是心血管病发病的危险因素,但PM2.5的影响显然更大。在PM2.5污染值最高的一天,心血管病急诊患者数量达到了最高的26人。
    国外对PM2.5的研究就更早更深入,哈佛大学曾在1974—1991年对美国圣路易(St. Louis)地区的6个城市做了多年的跟踪对比研究,证实了大气中粉尘颗粒物对健康的负面影响。这一研究的主要目的是为了了解人类长时间暴露在二氧化硫和粉尘环境下的肺部病变情况。图2显示了该研究所跟踪人群的存活率与细粉尘颗粒物的联系。
    研究结论表明,人类存活率与细颗粒物排放具有相关性。细颗粒物排放高的城市(见图2右中的L、H、S三城市),人类存活率低。进一步研究总颗粒物与细颗粒物对人体健康的关系可以发现,PM2.5的排放与人类存活率有直接相关性,而不是总颗粒物的排放(见图3)。可见,对人体健康而言,有效控制PM2.5的意义高于控制总颗粒物。
    由上可见,PM2.5对人体健康的巨大危害已被科学证实,世界卫生组织(WHO)在2005年版《空气质量准则》中指出:当PM2.5年均浓度达到35μg/m3时,人的死亡风险比10μg/m3的情形约增加15%,故此WHO将过渡期第1阶段目标值设定为35μg/m3。
 
3 PM2.5的来源及控制
    长久以来,由于缺乏对细颗粒物的监测标准,我国一直未开展针对PM2.5的监测,导致公众自我感观与空气监测评价结果不一致的现象时有发生。随着人们环境意识的提高,以及监测技术和手段的完善,我国出台PM2.5监测标准也水到渠成。在最新修订的《环境空气质量标准》中,PM2.5监测标准已被写入“国标”,并纳入各省市的强制监测范畴,将PM2.5年和24小时平均浓度限值分别定为35μg/m3和75μg/m3,这与WHO过渡期第1阶段目标值相同。
    在我国大部分地区,特别是工业集中地区,PM2.5占整个空气悬浮颗粒物重量的比重很大。要控制PM2.5,就要了解PM2.5的来源。PM2.5的来源很复杂,既有自然来源也有人为排放。PM2.5的自然来源,包括风扬尘土、火山灰、森林火灾、植物花粉等。当然PM2.5主要来源还是人为排放,煤炭,石油及其他矿物燃烧产生的工业废气,农业生产中的秸秆燃烧以及机动车产生的粉尘烟气等都是PM2.5的重要来源。有研究表明,我国工业城市空气中PM2.5污染有50%以上来源于燃煤、机动车燃油、工业使用燃料等燃烧过程,而工业生产中所产生的PM2.5通常携带有二英、重金属等有毒物质,对人体的危害非常大,所以控制工业生产中的PM2.5排放是最能立竿见影的改善空气质量的手段。
 
4 工业排放PM2.5源头控制技术
    工业烟气中粉尘颗粒物的控制,主要是通过除尘器来实现的(如图4)。除尘器的过滤性能决定了最终排放的粉尘,尤其是PM2.5的排放浓度。除尘器的种类非常多,目前静电除尘逐步过渡为布袋除尘的理念已经被大多数企业所认可,而且当前国内外在布袋除尘方面也已经积累了非常丰富的经验,技术已经达到了成熟的阶段。就布袋除尘技术而言,除了必需在除尘器结构上优化外,除尘器中所用的滤袋则是影响除尘器过滤性能等的核心部件。


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