大气污染控制除尘技术.ppt

2 颗粒物及其污染控制 2 1 颗粒物及其性质2 1 1 颗粒物的物理化学性质2 1 1 1 颗粒物的物理化学性质密度 真密度 视密度 堆积密度 孔隙与比表面积表面性质 润湿性 亲水 疏水性 粘附性自燃 爆炸性电性质 荷电性 导电性 堆积性质 安息角 滑动角 含水率 2 1 2 颗粒物的粒度性质2 1 2 1 颗粒物的粒度表征 1 单个颗粒的粒度光学方法 包括激光粒度分析 筛分法 标准筛 沉降法 斯托克斯直径 2 平均直径众径 质量频率曲线拐点出对应的粒径中位直径 质量累积频率0 5对应的粒径平均直径 长度 面积 体积 粒度分布 正态分布 对数正态分布 罗辛 拉姆勒分布 2 1 2 2 颗粒物按空气动力学直径的分类总悬浮颗粒物 TSP totalsuspensionparticle 空气动力学直径小于100 m 可吸如颗粒物 inhalableparticle PM10 空气动力学直径小于10 m的颗粒 PM2 5指悬浮于大气中 空气动力学直径小于2 5 m的颗粒 PM1指悬浮于大气中 空气动力学直径小于1 m的颗粒 1996年我国大气环境控制标准中引入了可吸入颗粒物PM10 规定了大气中可吸入颗粒物的限值 但是越来越多的数据和分析结果表明 能深入呼吸道深部 并产生不良影响的颗粒物是那些直径小于2 5 m甚至1 m的颗粒 因此 美国的大气环境质量标准中列入了PM2 5作为控制参数 欧盟也将从2005年列入PM2 5作为控制标准 预计 我国也将在今后几年制定PM2 5的排放控制标准 2 2 可吸入颗粒物的特征及其危害2 2 1 可吸入颗粒物的物理化学性质大气中可吸入颗粒物的化学成分分析是60年代以来研究较多地方向之一 目前已知PM10的化学成分包括可溶性成分 大多数为无机离子 有机成分 如多环芳烃 PAHs 硝基多环芳烃 N PAHs 等 微量元素 病菌和毒素 元素碳等 研究表明 由较细小的颗粒组成的复杂结构集合体比由较大颗粒组成的简单结构集合体比表面积大 所以更容易吸附一些对人体健康有害的重金属和有机物 因而其毒性更大 2 2 2 我国大气可吸入颗粒物的污染现状王玮等近10余年来在中国的城市地区和清洁地区进行了PM2 5的采集和分析 其中包括PM2 5的质量浓度 离子和元素成分 酸度和酸化缓冲能力以及来源解析等 结果见表1所示 主要元素的分析结果表明 Al Ca Fe K Na P S和Zn的浓度较高 是细粒子中的主要元素 而部分样品中Mg和Pb的浓度也比较高 与TSP的分析结果相比较 细粒子中有可能来源于煤炭燃烧过程的S和Mn元素和机动车排气的Pb元素的浓度较高 表明细粒子受人为污染的影响较人 2 2 2 1大气可吸入颗粒物对人体健康的影响目前已知的PMl0对人体健康的影响主要包括 增加重病及慢性病患者的死亡率 使呼吸系统及心 脏系统疾病恶化 改变肺功能及结构 改变免疫结构 患癌率增加等 肺是空气污染物侵入的重要门户 是吸入粒子和有害气体损伤的第一器官 大气颗粒物的物理化学性质与患有呼吸道疾病的人群病情的加重之间有很密切的关系 气溶胶对人体的危害强度主要依赖于其成分 浓度和粒径 粒子成分是主要的致病因子 决定是否有害和致何种疾病 气溶胶浓度和暴露时间决定了吸入剂量 浓度越 时间越长危害越大 气溶胶粒径与其在呼吸道内沉着 滞留和清除有关 一般而言 大于50um粒子不会被吸入 10 50um的粒子绝大部分沉着在鼻腔里 5 10um可进入气管或支气管 只有 5um的粒子才能进入到深部呼吸道乃至肺泡 显而易见 只有 10um的粒子气溶胶危险度比较高 大气颗粒物中粒度较小的颗粒 占的比例越大 其危害也越大 因为细小颗粒更容易进入肺部 大气中PMl0和PM2 5的增加 会导致它们在肺中的浓度也大量增加 其危害也越大 细颗粒物的比表面积人 所以它们吸附的重金属和有毒有害物质很多 同时也使这些有毒物质在肺中更容易溶解 毒性很大 有害化学成分 如多环芳烃 重金属等的存在和它们的浓度也决定了其毒性的大小 此外 有时环境冈素如温度和相对湿度对气溶胶吸入危害也有一定影响 我国最近对大气可吸入颗粒物对人体健康的影响研究有以下报道 吴国平等 2001 报告了在 州 武汉 兰州 重庆市8所小学共8000余名学生父母患呼吸系统疾病的病症率受空气污染的影响 结果显示空气中PMl0的污染与成人 男女 的感冒或未感冒时咳嗽 男性未感冒时咳痰 哮喘 支气管炎有明显正相关关系 空气S02污染与成人 男女 感冒时咳嗽 咳痰 呈显著正相关 空气中NOx污染对成人呼吸系统病症率的影响相对较弱 徐放等 1999 通过对1995年重庆渝中区空气中S02 PM2 5浓度水平与居民每日就诊人数的动态观察发现 慢性阻塞性肺部疾病 COPD 在空气S02 PM2 5浓度水平出现峰值的一月份 各年龄组四人类疾病的延迟七日的门诊女性就诊人次中 COPD和循环系统疾病的就诊人次与S02 PM2 5浓度相关系数在0 4 0 7之间 有较为密切的关系 COPD门诊就诊人次的增加与空气中S02 PM2 5浓度水平有明显的延迟效应关系 兰州市不同功能区大气悬浮颗粒物的遗传毒性比较表明 兰州市大气悬浮颗粒物具有潜在的致癌危险性 千晓云等 1998 检测了TSP对人全血细胞DNA合成影响 结果表明 各检测点TSP具有一定的致突变活性 P 0 05或P 0 0D 且各点测定值均呈较好的剂量反应关系 彭中贵等 2001 对污染点和对照点 相对清洁点 在1994 1996年间同时进行了人气污染 气溶胶 L2氧化硫等 和儿童肺功能的测定 结果是肺功能指标和大气污染物呈负相关 统计分析提示污染点与对照点儿童肺功能的差别主要是由于大气污染 气溶胶 造成的 特别是PM2 5的细粒子造成的 余贵英等 1999 对某日间处理15万吨的大型污水处理厂露天开放式运作的反应池 污泥浓缩池和厂前区进行空气气溶胶微生物检测 结果发现三个采样点均可检出金黄色葡萄球菌 绿色链球菌 大肠菌群 可疑不动杆菌属 变形杆菌等在清洁 空气一般不易检山的细菌菌谱 在生产作业区的反应池 污泥浓缩池旁还可检出肺炎双球菌 且大部分菌谱与污水进 出口水样中的菌谱相同 说明该厂在污水处理过程中已造成了空气微生物污染 其微生物气溶胶主要来源于生产作业区 并已播散到厂前生活区 故在污水处理过程中产生的微生物气溶胶所造成的人体健康危害不容忽视 2 2 2 2 可吸入颗粒物对气象及气候的影响自1970年代以来 大气颗粒物对能见度的影响就一直是环保部门所关注的问题之一 美国1977年制定的空气净化法就有专门条款来保护国家 联邦一类区 的能见度 使其免受人为的大气污染源的影响 虽然气溶胶只占大气的很小的一部分 在城市中气溶胶对大气的光学性质甚至达99 大量的 溶胶中PMl0和PM2 5的性质与能见度的降低密切相关 PM10和PM2 5对光散射效应是使能见度降低的最主要因素 由于部分入射辐射受颗粒散光的影响会反射到宇宙空间 从而使入射辐射的强度减弱 通常认为散光效应主要同细颗粒物有关 PMl0和PM2 5对光的吸收效应通常是使能见度降低的第二大因素 而PMl0和PM2 5对光的吸收几乎全部都是由炭黑 也称元素碳 和含有炭黑的颗粒引起的 每年 世界上排放的炭黑的量 雪人为颗粒排放量的1 1 2 5 占全部颗粒排放量的0 2 一l 但是 它们的消光效应却是不可忽视的 因为煤烟的总消光系数是透明颗粒的2 3倍 所以大气中很少数量的煤烟颗粒就可以导致光强降低很多 这些光吸收颗粒物可能会使某些地方的能见度降低一半以上 还可形成烟雾而使城市呈褐色 PMl0利PM2 5由于其来源不同 其成分各异 对能见度降低的贡献也不同气溶胶粒子增加的直接效应是影响大气水循环和辐射平衡 这两种过程都会引起气候变化 一般来说 气溶胶粒子能吸收散射太阳辐射和地 气长波辐射 但对太阳辐射的影响较大 气溶胶增加对气候的影响主要表现为使地表降温 使云滴数量增加 其气候效应也是使地表降温 人类活动造成的气溶胶粒子增加的气候变冷效应可以人部分抵销人类活动造成的温室气体增加引起的气候变暖效应 但是 气溶胶的气候效应比温室气体复杂得多 气溶胶对辐射的影响取决于其分布 其自身的物理化学性质 包括粒子尺度 谱分布 化学成分等 以及下垫面的光学性质 而这些因子都有极大的时间和空间变率 这给模式计算带来很大困难 到目前为止 还没有奸的模式来准确计算气溶胶的气候效应 气溶胶的气候效应 仍然是 人类活动引起的气候变化预测中最不确定的一个因素 气溶胶粒子的存在是云形成的前提 在现代地球大气的温湿条件下 如果没有气溶胶粒子 将永远不会形成云 因此 气溶胶粒子增加的一个最直接的影响是使云滴数量增加 云的增加总的来说是使地表降温 当然云增加可能引起降水增加 进而影响地表湿度和植被从而改变地表反照率进一步影响气候 这一连串的间接影响至今尚无定量计算 是研究气溶胶对气候影响的一个重要的 也是极为困难的课题 2 2 2 3 大气可吸入颗粒物的源解析气溶胶物质来源研究是大气污染研究极为重要的内容 它对污染物质的最终解释和评价具有较大的意义 其研究成果也为污染源治理提供科学依据 从气溶胶组成特征上来看 气溶胶物质来源 研究主要分为气溶胶矿物学 颗粒 研究 气溶胶无机化学研究和气溶胶有机化学研究等三种 大气PMl0和PM2 5的源解析研究的目的是要弄清它们的来源以及源分布 并为有关部门控制这些污染源又义可分为固定源和流动源 前者如燃料燃烧 工业生产过程 后者如交通运输等 自然源包括植物花粉和孢子 土壤扬尘 海盐 海岸城市 等 大气颗粒物的来源和发生量会冈不同国家和地区的经济发展 能源结构 工艺方法以及管理水平等的不同而存在很大的差别 气溶胶物质来源的矿物学 颗粒 研究主要是对气溶胶颗粒物表面形态 矿物组成利粒度分布等方面进行研究 2 2 2 4 可吸入颗粒物的检测大气中的悬浮颗粒物对人体健康的负面影响 及对城市大气能见度 气候 空气质量 生态环境 生态环境的影响 都与总悬浮颗粒物 TSP PMl0及PM2 5的数量及质量多少有关 为准确描述颗粒物的影响 在研究大气颗粒物的行为 影响时 制定了大气颗粒物浓度的指标 大气颗粒物浓度可分为个数浓度 质量浓度和相对质量浓度 人气颗粒物的测量 主要是根据颗粒物的物理性质 包括力学 电学 光学等 与颗粒物的数量或质量之间的关系 通过相应的仪器设备进行的 根据测量的具体操作 可将人气颗粒物的测试方法分为捕集测定法和浮游测定法 捕集测定法是指先用其他手段捕集空气中的微粒 再测定其浓度的方法 能保持空气中的浮游颗粒仍为浮游状态而测定其浓度的方法为浮游测定法 根据测量时采川的具体方法 大气颗粒物的测试方法又可分为称重法 光散射法 压电晶体法 电荷法 9射线吸收法 微量振荡天平法等 这些颗粒物质量或相对质量浓度的各种测量方法 根据的是颗粒物的不同性质与质量的直接或间接的关系 在某一方面有一定的长处 同时会带来某方面的缺点 在选择测定方法时一定要注意扬长避短 颗粒物滤膜称重法一般需要较K的采样时间 很难适用于要求快速得到测量结果的场合 并且不能测定粒子的时空分布 测量结果是一段时间内的平均值 操作也较复杂 从这一角度说 相对浓度计测有很大的优点 虽然从某一物理量的计测值换算成质量浓度时存在一定误差 但有时并不一定需要精确了解颗粒物的质量浓度的绝对值 只需知道不同场合颗粒物浓度的相对高低 此时 相对质量浓度的比较即可满足需要 同时滤膜称重法也存在不少误差米源 应根据不同的测定目的来选择 一般情况下 在需要实时在线测定的场合要用到相对质量浓度测量方法 而在一般的有关颗粒物的科学研究中 可以用滤膜称重法直接测量颗粒物的质量浓度 同时 滤膜称重法采集的颗粒物样品可以用来进行其它分析 在测定PMl0 PM2 5时 均需要使用切割器将较大的颗粒物分离出去 切割器的原理主要有以下几种 1 重力沉降 此类切割器是很多块薄的平板以一定间隔水平叠放在一起 当空气通过薄板间的空间时 在重力的作用巳人的颗粒沉降在薄板上 小的颗粒可以通过 因此将大小颗粒分开 从而达到切割效果 设计各种出入口尺寸利水平板的长度 或改变气流速度 便可得到多种50 截留点粒径 分离不同粒径的颗粒物 但它不适宜于长期运行 因为平板上积累颗粒物过多可能导致分离特征的变化 2 离心分离 含尘气体通过导管进入圆筒体 以高速经180 渐开线前进 产生旋转气流 在离心力的作用F 旋流将人颗粒抛到器壁上 并继续向卜运动 以至速度逐渐降低 大颗粒与器壁撞市后失去前进能力而落入大颗粒接收器 气流挟带着小颗粒沿气体排出管上升 因此将大小颗粒分开 通过改变气体流量 便可以获得不同的50 截留点的粒径D50 3 冲击分离 冲击式切割器装有冲击式挡板 含尘空气进入喷嘴后 由于通路截面变小 流速变大 气流以很高的速度从喷嘴喷出 气流中的大颗粒惯性较大 撞击在冲击板上而被捕获 气流中小颗粒惯性较小 不能达到冲击板 随气流达到下 随气流达到下一段 有二段冲击式和多段冲市式 冲市式切割器的缺点是颗粒物的反弹 这样会使导致捕集效率卜降 在捕集板上涂油可以增加捕集效率 由于气流流速较人 会出现撞碎现象 影响切割的准确性 在操作中应严格按照操作方法要求 2 2 2 5 大气颗粒物研究展望目前 国内可吸入颗粒物的研究主要是单项研究工作 系统的研究较少 在我国可吸入颗粒物研究方面需要注意以下几点 1 加强大气颗粒物特别是可吸入颗粒物的基础研究 如其物理化学性质 对能见度的影响等的研究 加强大气颗粒物检测分析方法的研究 2 加强可吸入颗粒物的毒理学 流行病学和预防治疗空气污染的呼吸道疾病研究 3 加强生态系统研究 做好防扩林生态效应研究 防止比较严重的沙尘污染 4 加强的环保立法 加强机动车尾气净化研究和净化技术的应用研究 加强燃煤和工业锅炉等的烟气颗粒物的净化研究 大力发展洁净煤技术研究 加强综合治理的研究 5 加大控制污染的力度 加强生产中的污染控制 6 进行各个城市TSP污染水平的调查 注意有关资料的积累和综合分析 除尘技术 一 除尘器分类 back 二 重力沉降室 三 旋风除尘器 四 湿式除尘器 六 电除尘器 七 各种除尘器性能比较 五 布袋除尘器 一 除尘器分类 back 二 重力沉降室 原理除尘效率 40 70 优点 简单 投资少 易维护缺点 占地大 除尘效率低应用 初级除尘 back back 重力沉降室原理示意图 三 旋风除尘器 原理 back 各部件对除尘效率的影响 除尘效率 平均80 左右 优点 简单 投资少 易操作 缺点 磨损严重 旋风子易堵 应用 多级除尘的预除尘 back 旋风除尘器原理示意图 筒体直径 筒体高度H排气管伸入筒体的深度排灰口 影响因素 四 湿式除尘器 back 除尘效率 90 以上 优缺点 几种常用湿式除尘器水膜除尘器 斜棒栅式除尘器