（环境工程专业论文）钢铁企业典型生产工艺颗粒物排放特征研究.pdf

西南大学硕士学佗论文摘要 皇曼! 皇曼曼! 曼曼曼m 一一 - - - - - - 皇曼寡曼曼曼曼鼍曼量皇曼曼量皇! ! 曼曼曼曼曼 钢铁企业典型生产工艺颗粒物排放特征研究 环境工程硕士研究生马京华 指导教师赵秀兰副教授 薛志钢研究员薛，忑幸冈研冤：员 摘要 钢铁工业在我国各工业部门中是废气污染环境的大户之一。全国钢铁企业每年废气排放 量可达1 2 0 0 0 亿立方米左右，而颗粒物是钢铁企业废气排放中的重要污染物，对环境和人体 的健康都有着非常重要的影响。因此，研究钢铁企业颗粒物排放特征，对于了解钢铁企业污 染物排放规律，有效地控制和管理污染物排放，从技术和管理上根本推进钢铁行业污染物排 放现状的改善都有着积极的意义。 鉴于钢铁行业在国家工业行业中的典型性，本文选取了钢铁行业中的烧结和炼铁过程作为 研究对象，在综合分析国内现有的研究状况和成果后，制定了详细的研究计划，并选取了国 内具有一定规模且工艺设备和废气处理设备均比较典型的某钢铁企业进行实测，通过实测数 据对颗粒物排放特征进行了相关的研究。 本研究使用了以e l p i 为主体的固定源可吸入颗粒物采样系统，此系统能捕集的最小粒 径为0 0 3 b t m ，最大粒径为l o p m ，同时经过本次实测验证，该采样系统能较好地覆盖钢铁行业 典型工艺过程中排放的颗粒物粒径范围，可以有效地应用于钢铁企业污染物排放中的颗粒物 采样测量。 在正常工况下，实测烧结厂机头、机尾和炼铁厂出铁场三个排放点的烟( 粉) 尘排放浓度 分别为：4 8m g m 3 、9 9 3m g m 3 、9 5 m g m 3 ，远低于国标规定的排放标准限值，排放状况良好。 根据实测的排放浓度，本文计算了三个特征排放点的单位产品的烟( 粉) 尘产生量分别为： 1 0 3 1k g t 一烧结矿、6 4 9 0k g t 一烧结矿、4 4 1 5k g t 一铁，排放量分别为：0 0 2 6k g t 一烧结矿、0 0 1 9 k g t 一烧结矿、o 0 3 2 k g t 一铁：并进一步研究了在分粒径上的单位产品颗粒物产生量和排放量，其 中p m i o 的产生量为0 5 2 8k g t - 烧结矿、0 5 0 7k g t 烧结矿、0 2 0 9 k g t - 铁，排放量为：0 0 2 5k g t - 烧结矿、0 0 0 8k g t 一烧结矿、o 0 1 6 k g t - 铁；p m 2 5 的产生量为0 4 5 1k g t 一烧结矿、0 4 0 2 k # t 烧结 矿、o 1 8 0 k g t 铁。排放量为：0 0 2 2k g t 一烧结矿、o 0 0 7 k g t 一烧结矿、o 0 1 4 k g t 铁。由此得出： 在三个特征点烟( 粉) 尘产生量中p m l o 的比例分别为5 1 。2 3 、7 8 1 、4 7 4 ，排放量中p m l o 的比例分别为9 9 3 8 、4 3 2 0 、5 0 8 4 ：在三个特征点烟( 粉) 尘产生量中p m 2 5 的比例分 别为4 3 7 3 、6 2 0 、4 0 9 ；排放量中p m 2 5 的比例分别为8 5 0 0 、3 6 4 6 、4 5 6 8 。这些 i 两南大学硕士学位论文摘要 数据反应了钢铁企业特征：i ：艺排放的颗粒物中各粒径的比例，可作为计算钢铁行业污染物排 放因子的基础参考数据。 通过各点分级除尘效率研究得出，烧结厂机头颗粒物中p m 2 5 、p m l 0 、烟( 粉) 尘的除尘 效率为9 6 5 5 、9 6 5 6 、9 8 2 2 ，机尾颗粒物中p m 2 - s 、p m l 0 、烟( 粉) 尘的除尘效率分别 为9 8 3 0 、9 8 4 1 、9 9 7 1 ，出铁场颗粒物中p m 2 5 、p m l o 、烟( 粉) 尘的除尘效率为9 3 2 0 、 9 3 3 8 、9 9 3 9 ，在本研究的所有点位上，除尘效率所体现出的规律均为p m 2 5 p m l o 烟( 粉) 尘。文中通过组分研究还门纳总结了不同组分对除尘效率的影响和贡献。 钢铁企业排放的颗粒物粒径分布是有其显著特征的，烧结厂机头、机尾除尘器后p m ：5 在 p m l o 中的质量百分比为8 5 6 1 、8 4 3 8 ，炼铁厂出铁场除尘器后p m 2 5 在p m i o 中的质量百分 比为8 9 7 0 ，即：钢铁企业典型：【艺排放的颗粒物主要成分为p m 2 5 0 通过对三个特征点排放的颗粒物中的化学组分进行测试分析发现，各特征点主要的污染物 组分大致相同，都含有f e 、s i 、c a 、k 、a i 、n a 元素，s o 。 、c i 。和较高比例的有机碳。但各 组分在各个点的含量排序不太相同，主要取决于各排放点对应的工艺及其相关参数的差异。 通过上述由宏观至微观的研究，本文从颗粒物排放浓度及典型除尘设备的去除效率特征、 颗粒物的粒径分布特征、颗粒物中各组分的分布特征三个方面归纳和总结了钢铁企业颗粒物 排放的基本特征，为进一步研究钢铁企业污染物的排放因子和建立钢铁企业污染物排放清单 提供了必要的理论基础。 关键词：钢铁企业颗粒物粒径化学组分 两南大学硕士学位论文 a b s t r a c t 曼曼! 曼曼曼曼曼鼍曼曼! 曼曼! 曼! ! 曼曼鼍曼曼量曼鼍曼舅l = = i = i = i = i 鼍曼曼曼曼! 曼曼曼曼皇量皇曼皇曼! 曼曼曼曼! 曼曼! 曼曼曼! ! 曼 e m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c so fp a r t i c u l a t e sf r o mt y p i c a l p r o d u c t i o np r o c e s so fi r o na n ds t e e le n t e r p r i s e s c a n d i d a t ef o rm a s t e rd e g r e e ：m aj i n g h u a s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t e ：p r o f z h a ox i u l a n r e s e a r c h e rx u e z h i g a n g a bs t r a c t t h ei r o na n ds t e e li n d u s t r yi so n eo ft h em a j o rs o u r c e so fw a s t eg a s p o l l u t i o na m o n ge a c h i n d u s t r i a ld e p a r t m e n ti nc h i n a t h ee m i s s i o na m o u n to f w a s t eg a sf r o mi r o na n ds t e e le n t e r p r i s e s e v e r yy e a ra d d su pt o1 , 2 0 0b i l l i o nc u b i cm e t e r s ，a m o n gw h i c hp a r t i c u l a t ei st h em a j o rp o l l u t a n tt h a t e x e r t sc r u c i a li n f l u e n c eo nb o t he n v i r o n m e n ta n dh u m a nh e a l t h h e n c e ，t h er e s e a r c ho fe m i s s i o n c h a r a c t e r i s t i c so fp a r t i c u l a t e sf r o mi r o na n ds t e e le n t e r p r i s e si so fp o s i t i v es i g n i f i c a n c et ou n d e r s t a n d t h ee m i s s i o nr o l e so fp o l l u t a n t sf r o mi r o na n ds t e e le n t e r p r i s e s ，e f f e c t i v e l yc o n t r o la n dm a n a g e p o l l u t a n te m i s s i o n ，a n dt e c h n i c a l l ya n da d m i n i s t r a t i v e l yp r o m o t et h ei m p r o v e m e n to np o l l u t a n t e m i s s i o ns t a t u so fi r o na n ds t e e le n t e r p r i s e s i nt h el i g h to ft h et y p i c a l i t yo fi r o na n ds t e e li n d u s t r yi nn a t i o n a li n d u s t r i e s ，t h ep r e s e n tp a p e r s e l e c t e dt h ep r o c e s s e so fs i n t e r i n ga n di r o n - m a k i n gi ni r o na n ds t e e li n d u s t r y 豁t h eo b j e c t f a b r i c a t e d d e t a i l e dr e s e a r c hp l a na f t e rc o m p r e h e n s i v e l ya n a l y z i n gt h ep r i o rr e s e a r c hs t a t u sa n do u t c o m e s ， m e a s u r e di nc e r t a i ne n t e r p r i s e sh a v i n gc e r t a i ns c a l ea n dt y p i c a lp r o c e s s i n ga p p a r a t u sa n dw a s t eg a s t r e a t m e n ta p p a r a t u s ，a n dr e s e a r c h e dt h ee m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c so fp a r t i c u l a t e sb a s e do nt h e m e a s u r e dd a t a t h ep r e s e n tr e s e a r c he m p l o y e daf i x e d s o u r c ei n h a l a b l ep a r t i c u l a t es a m p l i n gs y s t e mm a i n l yo n e l p lw i t ht r a p p i n gp a r t i c l es i z e0 0 3 p , ma tm i n i m u ma n d1 0 p r oa tm a x i m u m v e r i f i e db yt h e m e a s u r e m e n t ，t h es a m p l i n gs y s t e mc o u l db e t t e rc o v e rt h ep a n i c l es i z er a n g eo fp a r t i c u l a t e sf r o mt h e t y p i c a lp r o c e s s o fi r o na n ds t e e li n d u s t r y , a n db ee f f e c t i v e l ya p p l i e dt ot h es a m p l i n ga n d m e a s u r e m e n to fp a r t i c u l a t e sf r o mt h ei r o na n ds t e e li n d u s t r y u n d e rn o r m a lc o n d i t i o n s ，t h em e a s u r e de m i s s i o nc o n c e n t r a t i o n so fd u s tf r o mt h r e ee m i s s i o n p o i n t so fm a c h i n eh e a da n dm a c h i n et a i lo fs i n t e r i n gp l a n ta n dt a p p i n gf i e l do fi r o n m a k i n gp l a n t w e r e4 8m g m 3 , 9 9 3m e c m 3 ，a n d9 5 m g m 3 ，f a rl o w e rt h a nt h ee m i s s i o nl i m i t so fn a t i o n a ls t a n d a r d ， i n d i c a t i n gag o o de m i s s i o nr e s u l t i i i 西南大学硕士学何论文 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h em e a s u r e de m i s s i o nc o n c e n t r a t i o n s ，t h ep a p e rc a l c u l a t e dt h ed u s tp r o d u c t i o n a m o u n t so fu n i tp r o d u c ta tt h et h r e ec h a r a c t e r i s t i ce m i s s i o np o i n t s ：1 0 31k g ts i n t e r , 6 4 9 0k g ts i n t e r , a n d4 4 1 5k s ti r o n ，a n de m i s s i o na m o u n t s ：0 0 2 6k s ts i n t e r , 0 0 1 9k 叭s i n t e r , a n d0 0 3 2k g ti r o n ， a n df u r t h e rr e s e a r c h e dt h ep a r t i c u l a t ep r o d u c t i o na m o u n t sa n de m i s s i o na m o u n t so fu n i tp r o d u c ti n t e r m so fp a r t i c l es i z e 。w h e r e i nt h ea m o u n t so fp m t 0p r o d u c e dw e r eo 5 2 8k g tf o rs i n t e r , o 5 0 7k g t s i n t e r , a n do 2 0 9k g ti r o n ，a n dt h ee m i s s i o na m o u n t so fp m l 0w e r eo 0 2 5k g ts i n t e r , o 0 0 8k g t s i n t e r , a n d0 0 16k g ti r o n ，a n dt h ep r o d u c t i o na m o u n t so fp m 2 5w e r e0 4 5lk g ts i n t e r , 0 4 0 2k g t s i n t e r , a n d0 18 0k g ti r o n ，a n dt h ee m i s s i o na m o u n t so fp m 2 5w e r e0 0 2 2k g ts i n t e r , o 0 0 7k g t s i n t e r , a n d0 0 1 4k g ti r o n i tw a st h e r e f o r ec o n c l u d e dt h a tt h ep e r c e n t a g e so fp m l 0i np r o d u c t i o n a m o u n to fd u s ta tt h et h r e ec h a r a c t e r i s t i cp o i n t sw e r e51 2 3 ，7 8 1 a n d4 7 4 ，a n dt h o s eo fp m m i ne m i s s i o na m o u n tw e r e9 9 3 8 ，4 3 2 0 ，a n d5 0 8 4 ，a n dt h a tt h er a t e so fp m 2 5i np r o d u c t i o n a m o u n to fd u s ta tt h et h r e ec h a r a c t e r i s t i cp o i n t sw e r e4 3 7 3 ，6 2 0 ，a n d4 0 9 ，a n dt h o s eo fp m 2 5 i ne m i s s i o na m o u n tw e r e8 5 0 0 ，3 6 4 6 ，a n d4 5 6 8 t h e s ed a t ar e f l e c t e dt h er a t eo f e a c hp a r t i c l e s i z ei np a r t i c u l a t e sf r o mt h ec h a r a c t e r i s t i cp r o c e s so fi r o na n ds t e e le n t e r p r i s e s ，a n dc o u l db eu s e d 猫 t h eb a s i cr e f e r e n c ed a t af o rc a l c u l a t i n gp o l l u t a n te m i s s i o nf a c t o r so ft h ei r o na n ds t e e li n d u s t r y b a s e do nt h er e s e a r c ho ff r a c t i o n a lc o l l e c t i o ne f f i c i e n c ya te a c hp o i n t ，t h ec o l l e c t i o ne f f i c i e n c i e s o fp m 2 5 ，p m l o ，a n dd u s ti np a r t i c u l a t e sf r o mm a c h i n eh e a do fs i n t e r i n gp l a n tw e r e9 6 5 5 ，9 6 5 6 ， a n d9 8 2 2 ，t h o s ef r o mm a c h i n et a i lw e r e9 8 3 0 ，9 8 4 1 ，a n d9 9 7 1 ，a n dt h o s ef r o mt a p p i n g f i e l do fi r o n - m a k i n gp l a n tw e r e9 3 2 0 ，9 3 3 8 ，a n d9 9 3 9 a l lo ft h ep o i n t sd i s c l o s e dt h em l eo f c o l l e c t i o ne f f i c i e n c y ：p m 2 5 道路交通 冶金尘 垃圾与植物焚烧 土壤 汽车尾气 建筑尘【1 4 1 。 由此可见，在工业固定颗粒物排放源中，工业燃煤和冶炼工艺过程产生的颗粒物对大气 环境中的总悬浮颗粒物贡献最大，而钢铁工业包含了这两个主要过程，是大气中颗粒物排放 的大户，因此对钢铁企业典型工业的颗粒物排放进行研究有着非常重要的意义。 1 3 2 颗粒物对大气环境和人体健康的影晌 1 3 2 1 颗粒物对大气环境的危害 ( 1 ) 对能见度的影响：自2 0 世纪7 0 年代以来，大气颗粒物对能见度的影响就一直是环 保部门关注的问题之一，尽管在大气中只占很少的一部分，但颗粒物对城市大气光化学性质 的影响可达9 9 ，大量的研究表明，p m i o 和p m 2 5 的性质与能见度的降低密切相关。能见度 的降低主要是由于气体分子与颗粒物对光的吸收和散射减弱了光信号，并由于散射作用减小 了目标物与天空背景之间的对比度造成的。2 0 0 0 2 0 0 2 年的市区空气质量日报显示，年内首 要污染物为p m l 0 的天数分别占全年天数的8 5 、8 7 和8 9 ，在空气质量超标日中，首要 污染物为p m l o 的天数更是多达9 5 、8 9 和9 6 1 5 j 。在大气气溶胶中，主要是粒径为 0 1 p m 1 钆m 的颗粒物通过光的散射而降低物体与背景之间的对比度，从而降低能见度【l 6 1 。 ( 2 ) 对温度的影响：由于颗粒物的存在，直接阻挡太阳光抵达地球表面，这样使可见光 的光学厚度增大，抵达地面的太阳能通量剧烈下降，从而使地面温度降低，高空的温度增高。 特别是直径在0 ，5 1 i l m 的颗粒，通过散射与吸收太阳与地球辐射在大气能量平衡中起着重要 作用。资料表明，当p m i o 浓度达到1 0 0 p g m 3 时，到达地面的紫外线减少6 0 。r a s o o l 等估 计，全球本底不透明度增加四倍，将使全球温度降低3 5 度之多，这么大的降温幅度如维持若 干年，相信足以引起一个冰河期【1 7 】。 ( 3 ) p m i 0 的酸碱度及其缓冲能力：大气颗粒物对降水有着不可忽视的影响。颗粒物中的 凝结核成云作用和降水对颗粒物的冲刷作用均可以使颗粒物进入降水或云水中。同时，云水 在空中迁移的流动过程中也会吸收空气中的颗粒物，其中的各种化学成分进入云水或降水体 系后，会发生一系列的复杂变化，并影响或决定云水和降水的污染性质。据周福民等对北京 中关村气溶胶的研究认为。气溶胶的酸性组成主要分布于粒径1 5 p m 以下的细粒子中。且气 溶胶的酸性与细粒子中的s o 。2 _ 和n h g 有良好的相关性。空气中大气气溶胶粒径较小的细粒 8 西南大学硕十学位论文 第1 章文献综述 ! 皇! 曼皇曼皇曼曼! 曼曼曼曼曼曼曼曼曼! ! ! ! 皇! 曼曼皇! 曼曼曼曼皇皇曼曼曼曼曼! 曼曼曼! 曼_ ；m m ；m m m ii ； 一 m m min 鼍苎鼍曼! ! 曼! ! 曼! ! 皇! ! 曼 子相对较多，这些粒子主要来源于燃烧等人为活动，其中含有经过酸性污染物s 0 2 和n o x 转 化形成的硫酸盐和硝酸盐，所以这部分粒子通常具有较强的酸性，极有可能促进降水的酸化 【1 8 】j 1 3 2 2 颗粒物对人体健康的危害 空气中颗粒物的水平和人体的健康存在着一定的关系。由于p m i o 更易于进入人体，在环 境中滞留的时间更长，以及吸附的重金属和有毒有害的物质较多，因而对人体的危害也更大。 国外进行的大量有关p m t o 的流行病学研究表明，可吸入颗粒物浓度的增加与疾病的发病率、 死亡率密切相关，尤其是呼吸系统疾病及心肺疾病 1 9 - 2 0 】。 可吸入颗粒物对人体的危害主要包括以下几个方面： ( 1 ) 对呼吸系统的影响：火量的研究发现，大气中的p m 。浓度的上升容易引起上呼吸 道感染、使鼻炎、慢性咽炎、慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、尘肺等呼吸系统疾病恶 化。p m l o 每增加1 0 0 j t g m 3 ，成人男女感冒咳嗽的发生率分别升高4 8 1 和4 4 8 ，同时，成 年男性患支气管炎的比率增加5 1 3 t 2 1 1 。另外，过多的可吸入颗粒物的沉积会损害肺部呼吸能 力，空气中的p m l 0 每增加l o p g m 3 ，肺功能下降1 嘣2 2 1 。1 9 9 4 年，国家环保总局与美国国家 环保局合作开展了一项“大气污染对人体呼吸健康影响研究”的课题，通过对广州、武汉、 兰州、重庆4 个城市几年的跟踪调查，数据表明，大气颗粒物浓度( 尤其是小颗粒物) 与儿童 肺功能异常率存有明显的相关性2 3 1 。 ( 2 ) 对心血管疾病的影响：由颗粒物引起的心脏自主神经系统在心率、心率变异、血粘 度等方面的改变能增加突发心肌梗死的危险。人暴露在高浓度p m 2 5 中，会增加血液的粘稠度 和血液中某些白蛋白，从而引起血栓。同时可吸入颗粒物也是引起心脏病的因子之一，对中 年以上和已患有心脏病的人群表现尤为明显【2 4 】。 ( 3 ) 生殖系统：大气颗粒物的污染与人类生殖功能的改变显著相关。最新研究指出大气 颗粒物对生殖系统的影响不仅表现为造成胎儿出生时形态畸形，而且会导致一些细微的功能 缺陷，而影响其一生。 ( 4 ) 具有致癌、致突变、致残作用：颗粒物上容易吸附一些多环芳烃和其他有机物质， 尤其是在直径小于2 5 p m 的细微颗粒上，因此对人体健康的危害极大【2 5 1 。 ( 5 ) 增加死亡率：虽然对于健康人而言，p m i o 不是直接致死的因素，但是却可以导致患 有心血管病、呼吸系统疾病和其他疾病的敏感体质患者的死亡。据报道，仅p m l o 就导致美国 每年6 万人和英国每年l 万人的死亡f 2 的7 】。 1 3 3 固定源颗粒物采样方法研究现状 任何污染物的采样和分析是最基本、最重要的。对于任何一种污染物质如果缺乏准确和 可靠的采样手段，那么其所采集的样本是不能被了解和研究的，即对其进行的测量、组份分 析，机理研究、模型构建以及控制研究都将缺少准确可靠的基础。 o 西南大学硕士学何论文 第1 章文献综述 曼曼曼曼皇曼曼曼!曼舅舅曼曼曼l iii| 量量曼曼! ! ! 曼! 皇曼曼皇曼曼! 曼 在燃烧源排放的颗粒物测量中必须考虑的一个额外因素是，建立合适的采样方法确保采 集到得样品对研究的对象有代表性。大多情况下，是在排放的尾气里采样，这意味着必须建 立等动力采样条件。等动力采样时指样品是在主气流中采集，并且流向一致，由同样的线性 流速如果不能满足这些条件，采集到得样品不具有代表性【2 8 1 。美国对固定源排放颗粒物的测 定方法主要有：e p a m e t h o d5 、e p a m e t h o d1 7 、e p a - m e t h o d2 0 1 和e p a m e t h o d2 0 2 t 2 9 1 。 e p a m e t h o d5 采用动压平衡采样法对固定源的细颗粒物排放进行采样。该采样系统中加 热采样管控制外置滤简或滤膜的采样温度为1 2 0 - a ：1 4 ，冷凝温度等于或高于这个温度的细颗 粒物被捕获。该方法通过使s 皮托管测出的气体动压与采样管中孔板产生的压差相等实现等 速采样，两个值的变化情况通过倾斜微压计显示，随时调整采样流量，以保证等速采样条件。 在e p a m e t h o d5 中，1 2 0 被设定为参考温度，为保证这个温度，该方法中采用了加热 的石英玻璃采样管和带滤膜或滤筒的过滤器，这对操作及设各带来了很大的麻烦。如果在一 个温度范围内，实验固定源的烟尘排放浓度若与温度无关，则可以省去这些装置，直接在烟 气温度下采样，e p a m e t h o d1 7 则是应用在这种情况之下的。该方法采样时是将捕集颗粒物的 滤膜置于烟气中，采集的是烟气温度下呈固态的颗粒物。但需要注意的是，由于以上温度与 烟尘浓度之间的要求，故在烟气颗粒物中含有液滴或水蒸气时不能采用此方法。 由于一些烟道内置采样方法中没有采集到的可冷凝气溶胶是大气中p m l o 的一部分，故 e p a 建议对于固定源p m l o 排放的测量应包括烟道内p m l 0 和可冷凝气溶胶排放两部分。在 e p a m e t h o d2 0 1 中，烟气以动压等速的方法吸入采样管，内置旋风分离器将用来分离粒径大 于1 0 1 t m 的颗粒物，同时内置玻璃纤维滤筒或滤膜将用来收集p m i o 。该方法可用于测量固定 源p m i 0 的排放，其基本采样系统与e p a m e t h o d5 是一致的，区别只是e p a m e t h o d2 0 1 含有 烟气循环装置的管1 2 ，同时在此装置上安装热电偶以测试循环烟气的温度 3 0 l 。 e p a m e t h o d2 0 2 用于测定固定源凝结颗粒物，该方法中经过滤膜捕集颗粒物后的气体以 鼓泡方式穿过冲击瓶中的水，硫酸雾、半挥发性有机物等排放到大气会发生冷凝的物质被捕 集于水中；一些排放到大气中不会冷凝的气体如s 0 2 等也会溶解于水中并转化为硫酸盐p 1 1 。 在现有阶段，各个国家对颗粒物的采样研究较多，但对细小微粒的采样方法仍有争议， 而且这些方法都是不精确的。到目前为止，除了美国环保署提出了p m l o 和p m 2 5 的标准测量 方法外，欧洲标准委员会( c e n ) 和国际标准化组织( i s o ) 都没有制定p m l o 的标准测量方 法p 2 1 。可以说在p m l o p m 2 5 研究领域内，细微颗粒的采样和分析是最重要的一步，而目前对 细颗粒的取样还处于发展阶段，精确性还需进一步加强，建立完整综合的现场取样和分析方 法己成必然吲。 我国对固定源颗粒物的采样方法主要体现在国家标准固定污染源排气中颗粒物测定与 气态污染物采样方法( g b 厂r 1 6 1 5 7 1 9 9 6 ) 中规定的对颗粒物的测定，该标准和e p a m e t h o d1 7 基本相同，其介绍的采样方法均为烟道内滤筒采样法。g b t 1 6 1 5 7 1 9 9 6 中主要规定了在烟道、 烟囱及排气孔等固定污染源排气中颗粒物的测定方法和气态污染物的采样方法，对采样位置、 1 0 西南大学硕七学位论文 第1 章文献综述 布点和等速采样及相关计算等进行了规定说明【3 4 1 。 目前燃烧源颗粒物的采样方法可分为两大类： 一是基于源环境的采样方法( 没有稀释) 。 二是基于大气环境的采样方法( 稀释至大气环境温度) 。这两种方法对颗粒物质量、大小和组 份的基本采样和分析原理基本相似，具体区别是气体温度，污染物浓度和背景气体组份。美 国e p a m e t h o d5 、1 7 、2 0 2 均是基于源环境的颗粒物采样方法，其中e p a m e t h o d5 、1 7 最广泛应 用的颗粒物采样方法。但这些方法主要测量在过滤器温度下过滤的一次颗粒物，此外，烟道 里烟气温度和颗粒物浓度均较高，一些采样介质和采样仪器无法使用，因此，基于大气环境 的采样方法成为研究的关注点【”】，这种方法使化学成分测量的范围更大，根据研究侧重不同， 不同研究中采用了不同稀释方法利结构【3 6 1 。 根据是否有停留时间烟气冷却稀释可分为两类：一是有停留时间，主要典型方法是稀释 烟道法( d i l u t i o ns t a c ks a m p l e r ) ，上个世纪九十年代发展起来的稀释采样法可以较好地用于测 量燃烧源一次颗粒物的排放3 7 1 ，采用该方法得到的源特征谱的数据适应于大气颗粒物的源解 析研究，越来越多的学者采用稀释烟道法进行源排放特征谱的研究，并不断的发展和完善此 方法3 8 删。 二是无停留时间，主要典型方法是喷射稀释采样法( e j e c t o rt y p ed i l u t e r ) ，清华大学建立 的基于e l p i 的燃烧源烟气采样系统即采用此稀释方法。 1 3 4 颗粒物研究现状及进展 大气污染物中的颗粒物具有很宽的粒径范围，可以从毫微米的分子级到1 0 0 微米的尘粒 】。在不同粒径上，颗粒物具有不同的特性，在环境条件下的不同物相、不同化学组分可以 以各种化合价态、复合离子、活性基团等化学状态出现，因而不同的污染物在环境中的不同 存在状态，具有不同的物理化学特征和生态效应、毒性作用。当前对颗粒物化学组分的研究 较为成熟，到2 0 0 3 年，我国检测过的元素和分子增加到了4 0 0 多种【4 2 1 。对于颗粒物分粒径及 各粒径上化学组分的研究，在大气环境中颗粒物及燃煤锅炉等部分领域已经取得了一些成果 4 2 州1 ，可作为本论文研究的理论参照和基础。 唐小玲等( 2 0 0 6 ) 研究了不同粒径大气颗粒物中有机碳( o c ) 和元素碳( e c ) 的分布， 在这一研究中，使用了a n d e r s e n 六段分级大流量采样器( 粒径：7 2 1 0 ，3 0 7 2 ，1 5 3 0 ，o 9 5 1 5 ， o 4 9 0 9 5 ， 0 4 9 i - t m ) ，以广州市荔湾区冬季的大气颗粒物为样品，并用美国s u n s e t 碳分析仪 分析了其中的有机碳( o c ) 和元素碳( e c ) 组分。研究表明：o c 和e c 主要存在于细粒子 中，与o c 相比，e c 则更相对集中于 o 4 9 p m 粒径上：p m i o 中二次有机碳占总有机碳比例的 平均值为4 7 ，o c 、e c 的对数模型图都为双峰型。在此之前，我国对于o c 、e c 的研究主 要集中在t s p 和p m l o 上，这一研究，对分粒径研究颗粒物o c 、e c 提供了可以借鉴的采样 及分析方法【4 扪。 西南大学硕士学位论文第1 章文献综述 在此之前，王淑兰等( 2 0 0 2 ) 对北京市不同粒径大气颗粒物中的元素组成也进行过研究， 通过不同典型季节对不同粒径的颗粒物进行采样分析其中2 2 种无机元素的含量，利用不同污 染元素在各粒径颗粒物中的甯集因子，确定了北京市大气颗粒物具有复合型污染的特征f 4 6 】。 薄以匀( 2 0 0 4 ) 研究了北京市燃煤、燃油电厂锅炉的颗粒物排放及其粒径分布，静电除 尘的分级效率。并且对所采用的w y - i i 型冲击式尘粒分级仪进行了简要介绍，提出了一些建 议。此研究通过实验确定了燃煤锅炉的颗粒物经过4 电场静电除尘器净化后排放的t s p 去 除效率为9 7 8 3 - - 9 8 6 0 。对于p m l o 的去除效率为9 5 4 9 - 9 6 0 4 ，对于p m 2 5 的去除效 率为9 0 4 9 - 9 2 1 4 。对于燃油锅炉的电厂，直接排放的颗粒物浓度在l o o m g m 3 以上，它 们排放的细微颗粒物的比例为p m l 0 占t s p 的3 0 6 0 ，p m 2 5 占t s p 的5 2 5 【4 7 1 。 黄伟等( 2 0 0 3 ) 通过对燃煤电厂除尘器前、后排放的烟气小颗粒的多次采样和分析，得 到了除尘器前、后p m l o 和p m 2 5 的小颗粒物粒度分布，进一步得到了燃煤电厂排放颗粒物的 分散度，并计算得出了除尘器对于不同粒径的颗粒物的脱除效率，总体看来，电除尘器的脱 除效率随着粒径的增大而提高，p m 2 5 粒径的颗粒物脱除效率达到了9 0 左右，而p m l o 以上 的颗粒物的脱除效率达9 8 以上。文章通过对分粒径的研究指出：对小颗粒污染的控制方法 可以是，加强除尘设备的研究改造，包括机械惯性收集器、静电除尘器、纤维过滤器和湿式 颗粒除尘器【4 盯。 龙正伟等( 2 0 0 6 ) 提出了一种利用静电低压撞击器( e l p i ) 测量颗粒物分级荷电量的新 方法，利用此方法可以将每种颗粒在0 0 3 1 0 l a m 内按照其动力学粒径分为1 2 级，然后获得每 个粒径的单个颗粒的平均荷电量。这一方法的提出，在仪器和设备的研究上推进了分粒径颗 粒物的研究【4 9 1 。 岳勇等( 2 0 0 5 ) 用基于空气动力学直径分级的8 级a n d e r s e n 撞击器对煤粉锅炉排放的飞 灰进行了现场采样，给出了电除尘器入口和出口的颗粒物粒径分布，测定了不同粒径颗粒物 上8 种痕量元素a s 、p b 、c r 、c d 、n i 、c o 、c u 、z n 的含量。结果表明，电除尘器入口烟气 中飞灰粒径在o 7 1 7 5 p , m 范围内呈单峰分布，峰值在7 4 8 - - 1 0 9 7 斗m ，而除尘器出口排放的 颗粒物在l l o “m 之间分布比较平缓，p m 2 5 的质量份额明显增加【5 0 】。 刘道清等( 2 0 0 6 ) 选择钢铁企业内的高炉出铁场、烧结机等典型污染源作为研究对象， 现场测定了两种高效除尘器的除尘效率。同时测定了典型污染源附近环境空气的颗粒物粒径 分布，还测定了作业车间内空气颗粒物的粒径分布情况。通过测试，评价了电除尘器、袋式 除尘器对细颗粒物的除尘效率，弄清了钢铁厂环境空气与车间空气颗粒物的污染特征，并与 非工业区的环境空气颗粒物粒径分布进行了比较，为钢铁厂典型污染源无组织排放控制提供 了研究思路。文章中提出在烧结机机尾的电除尘器，对大于2 5 0 i _ t m 的颗粒，除尘器的除尘效 率在9 9 2 以上；对小于o 5 0 m 的颗粒除尘效率小于8 5 。对于高炉炉项带式除尘器，总除 尘效率为9 9 2 5 ，分级除尘效率谷值粒径约为0 8 0 l 卫m ，且分级效率谷很突出。烧结机机尾1 5 m 高度处环境空气颗粒物的质量浓度为o 2 4 m g m 3 ，其中p m i o 占8 7 0 ，p m 2 ，5 占5 6 6 ，其质 1 2 两南大学硕士学位论文第1 章文献综述 曼曼曼曼曼曼量鼍皇! 曼蔓曼! 量量! _ mi i i 。一i i ii 曼曼! 曼曼皇皇曼曼曼曼曼鼍! 曼量曼! 曼! 皇曼 量中位径为1 5 5 b m ；1 5 m 高度环境空气颗粒物质量浓度为o i i r a g m 3 ，其中p m i o 占9 0 2 、 p m 2 5 占7 1 8 ，其质量中位径为1 1 7 9 m 。2 5 0 0 m 3 高炉炉顶除尘器附近环境空气颗粒物的质 量浓度为0 0 7 7 m g m 3 ，其中p m i o 占9 0 3 ，p m 2 5 占2 8 8 ，其质量中位径为4 0 7 9 m 。出铁 期间，出铁场室内空气颗粒物质量浓度为o 1 5 r a g m 3 ，其中p m l o 占9 1 4 ，p m 2 5 占2 5 5 。 其质量中位径为4 3 p m 。烧结机室内的空气颗粒物质量浓度为0 2 4 m g m 3 ，其中p m i o 占9 0 ， p m z 5 占1 8 1 ，其质量中1 1 i ) ：径为4 5 9 m 5 。 姜兆春( 1 9 8 2 ) 等很早前就对北京的大气颗粒物中硫的存在形态进行过研究【5 2 】，北京 地区不同功能区大气颗粒物中硫以4 种价态和6 种化学状态存在，其中主要以s 0 4 2 状态存 在。 吴成宝( 2 0 0 6 ) 等通过研究在文章中指出：大气颗粒物中的有机碳( o c ) 主要为环芳香烃 还包括其它一些致癌有机物质，它主要由污染源直接排放的一次有机气溶胶和经过大气化学 反应生成的二次有机气溶胶组成；元素碳( e c ) 则以c a c 0 3 存在。o c e c 的比值可用来判断是 否有二次污染源的产生，若o c e c 比值超过2 0 ，则表明存在二次污梨5 3 1 郭璇华( 2 0 0 5 ) 等用i c p m s 方法分析了大气颗粒物中的无机元素，研究了部分污染元素 在不同粒径颗粒物中的富集特征以及不同季节的浓度变化。经过分析，样品中共检出了无机 元素5 8 种，其中浓度较高的2 0 种元素是：k ，c a ，n a ，m g ，a 1 ，s i ，f e ，b a ，z n ，c u ，p b ， p ，t i ，v ，a s ，s r c r ，m n ，n i ，l 。检出的元素中，与人类污染活动相关的元素主要是： a s ，c u ，p b ，z n ，s e ；典型的地壳元素是：t i ，a 1 ，s i ，p ，k ，c a ，v ，c r ，m n ，f e ，其中 k 和v 元素与燃料的燃烧也有一定的关系【5 4 l 。 刘燕( 2 0 0 5 ) 【5 5 】等对珠江三角洲地区大气颗粒物污染状况进行了研究，描述了该区域内 颗粒物中o c 、e c 、c c 及粒子组分分布状况。研究指出：现该区大气颗粒物中平均含碳组分 占p m 2 5 的3 8 ，占p m l o 的3 2 9 。j 州多数有机化合物都存在于空气动力学直径小于1 5 a m 的颗粒物中，可见含碳组分主要以细颗粒物的形式存在，但不同的气象条件、污染源情况和 传输路径都会影响其粒径分布。对有机碳的研究多集中于烷烃和多环芳烃。广州大气颗粒物 中的烷烃和多环芳烃( p a h ) 具有明显的时空变化特征：低温季节浓度较高。大约5 7 的烷烃和 6 2 的多环芳烃存在于粒径小于0 ，4 9 p m 的颗粒物中。不同时间和地区硫酸盐、钱盐和硝酸盐 的粒径分布不完全相同。香港大气颗粒物中硫酸盐、铵盐和硝酸盐的粒径范围是0 0 5 2 9 m 1 0 a m ，硫酸盐和铵盐是粒径小于1 8 p m 中的主要组成部分，粗颗粒的硫