环境工程导论PM灰霾问题

1,从PM2.5-灰霾-复合性污染说起,武汉大学资源与环境科学学院胡将军,大气环境污染问题,2,3,一、PM2.5及其控制,4,经济快速增长导致严重环境问题,中国经济以两位数的增长速度前所未有地发展，但是重工业和城市化的迅速增长需要投入数量惊人的能源，其来源主要是煤炭一种最现成、也是最容易造成污染的能源。,根据国际能源组织的观察，中国在今年年底将成为全世界最大的温室效应源。,5,图1 我国GDP增长率及总量变化趋势,9.92,10.96,12.03,13.58,15.98,18.38,20.94,24.66,GDP总量：万亿,30.06,33.53,5.85,6.78,7.44,7.83,8.20,6,7,废气处废气处理设备,8,9,10,CPM2.5=8 g/m3,CPM2.5=40 g/m3,11,12,2011年12月5日北京大雾，大气污染物浓度急剧上升，PM2.5罪魁祸首。,12月4日晚，美国驻华使馆发布的北京PM2.5监测数据再次爆表，超过了最高污染指数500，此时的PM2.5指数522。,新浪微博用户惊呼：空气已经发疯，在北京喝西北风也会中毒！,13,2011年10月，一场灰霾笼罩京城，但北京环保局公布的每日空气质量报告中，最严重的地方也仅为“轻度污染”。同日，美国大使馆自测的空气质量PM2.5指数反复跳上200大关，达到美国国家环保局认定的“非常不健康”、“危险”级别。 自此，PM2.5开始进入中国公众的视线，并随着姚晨、潘石屹等名人微博的关注，成为社会热点。,14,媒体报道,15,全球PM2.5浓度地图红得发紫的中国：,16,1 什么是PM2.5？,17,PM2.5细颗粒物，也叫可入肺颗粒物，是对空气中空气动力学直径小于或等于2.5微米的固体颗粒或液滴的总称。 这些颗粒非常细小，人的肉眼无法看到，它们可以在空气中漂浮数天。人类纤细的头发直径大约是70微米，比最大的PM2.5还大近三十倍。,1.1 概念,18,PM divided and nominated by diameter: （PM分类） TSP total suspended particl coarse particle PM10 fine particle PM2.5 ultrafine particle PM with diameter 100nm nanoparticle 10nm,1.1 概念,19,直接以固态形式排出的一次粒子；在高温状态下以气态形式排出、在烟羽的稀释和冷却过程中凝结成固态的一次可凝结粒子；3 由气态前体污染物通过大气化学反应而生成的二次粒子。,1.2 PM2.5的形成方式有三种,20,来源,自然源,人为源,直接排放,间接转化,火山爆发、沙尘暴、森林火灾、浪花等,1.3 PM2.5的来源,21,风扬尘土,火山喷发,森林火灾,漂浮海盐,火山灰,花粉,真菌孢子,细菌,PM2.5,自然源,1.3 PM2.5的来源,22,直接排放,间接排放,燃烧过程,化石燃料,生物质燃料,垃圾焚烧,煤、汽油、柴油,秸秆、木柴,二氧化硫,氮氧化物,氨气,挥发性有机物,空气,转化,PM2.5,人为源,1.3 PM2.5的来源,23,以北京为例：,1.3 PM2.5的来源,24,DPF,移动源（汽车）,固定源（燃煤电厂）,大气环境(成核、聚并、长大),形成-排放-影响-控制,固定源、移动源细颗粒物排放及其影响,健康、环境、气候,烟气脱硫,烟气脱硝,25,PM2.5不是一种单一成分的空气污染物，而是由来自许多不同的人为或自然污染源的大量不同化学组分组成的一种复杂而可变的大气污染物。就产生过程而言，PM2.5可以由污染源直接排出（称为一次粒子），也可以是各污染源排出的气态污染物经过冷凝或在大气中发生复杂的化学反应而生成（称为二次粒子）。 大气颗粒物中大部分的硫酸、硫酸氢铵、硫酸铵、硝酸铵、元素碳（NP）和有机碳（BP）等组分存在于之中。,1.3 PM2.5的来源,26,PM2.5 中的一次粒子主要产生于化石燃料（主要是石油和煤炭）和生物质燃料的燃烧，但在一些地区某些工业过程也能产生大量的一次PM2.5一次粒子的源包括从铺装路面和未铺装路面扬起的无组织排放以及矿物质的加工和精炼过程等，其它的一些源如来自建筑、农田耕作、风蚀等的地表尘对环境PM2.5的贡献则相对较小。可凝结粒子主要由可在环境温度凝结而形成颗粒物的半挥发性有机物组成。二次PM2.5由多相（气-粒）化学反应而形成，普通的气态污染物通过该反应可转化为极细小的粒子。在大多数地区，硫和氮为所观察到的二次PM2.5的主要组分，而二次有机气溶胶在一些地区也可能是重要的组成部分。,1.3 PM2.5的来源,27,28,呼吸系统,心血管系统,颗粒物,造成伤害,其他器官,间接影响,呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困难、降低肺功能、加重哮喘、导致慢性支气管炎、心律失常、非致命性的心脏病、心肺病患者的过早死等。,1.5 PM2.5的危害,29,呼吸系统,心血管系统,颗粒物,造成伤害,其他器官,间接影响,呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困难、降低肺功能、加重哮喘、导致慢性支气管炎、心律失常、非致命性的心脏病、心肺病患者的过早死等。,1.5 PM2.5的危害,30,颗粒物的大小决定了它们最终在呼吸道中的位置。,较大的颗粒物会被纤毛和黏液过滤，无法通过鼻子和咽喉。,PM10可以穿透这些屏障达到支气管和肺泡。,PM2.5具有更强的穿透力，可能抵达细支气管壁，并干扰肺内的气体交换。,比表面积大，更易吸附有毒害的物质。,这些颗粒还可以通过支气管和肺泡进入血液，其中的有害气体、重金属等溶解在血液中，对人体健康的伤害更大。PM2.5还可成为病毒和细菌的载体，为呼吸道传染病的传播推波助澜。,1.5 PM2.5的危害,31,在欧盟国家中，PM2.5导致人们的平均寿命减少8.6个月。 PM2.5还可成为病毒和细菌的载体，为呼吸道传染病的传播推波助澜。 老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。,1.5 PM2.5的危害,32,PM2.5损害健康实证,中国工程院院士、中国环境监测总站原总工程师魏复盛研究结果还表明，PM2.5和PM10浓度越高，儿童及其双亲呼吸系统病症的发生率也越高，而PM2.5的影响尤为显著。 整体环境科学（Science of Total Environment）上增刊登过北京大学医学部公共卫生学院教授潘小川及其同事一项新发现：2004年至2006年期间，当北京大学校园观测点的PM2.5日均浓度增加时，在约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有所增加。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。,1.5 PM2.5的危害,33,在欧盟国家中，PM2.5导致人们的平均寿命减少8.6个月。世界卫生组织在2005年版空气质量准则中也指出：当PM2.5年均浓度达到每立方米35微克时，人的死亡风险比每立方米10微克的情形约增加15%。一份来自联合国环境规划署的报告称，PM2.5每立方米的浓度上升20毫克，中国和印度每年会有约34万人死亡。,PM2.5损害健康实证,1.5 PM2.5的危害,34,自20世纪70年代以来，大气颗粒物对能见度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学性质的影响可达99%。,大气能见度主要是由大气颗粒物对光的散射和吸收决定的。,1.6 PM2.5对大气能见度的影响,35,散射作用：空气分子对光的散射作用很小，其最大的视距（极限能见度）为100300km（具体数值与光的波长有关）。在实际的大气中由于颗粒物的存在，能见度一般远远低于这一数值：在极干净的大气中能见度可达30km以上；在城市污染大气中能见度可在5km左右甚至更低；在浓雾中能见度只有几米。在大气气溶胶中，主要是粒径为0.1-1.0微米的颗粒物通过对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。在这一粒径范围的颗粒物中，含有so4-2的粒子和含有NO3-的粒子最易散射可见光。,1.6 PM2.5对大气能见度的影响,36,吸收作用：PM2.5对光的吸收效应几乎全部是由碳黑（也称元素碳）和含有碳黑的颗粒物造成的。尽管全世界每年排放的碳黑仅占人为颗粒物排放量的0.2-1.0%和全部颗粒物排放量的0.2-1.0%，但其引起的消光效应却要高得多，在某些地方甚至可以使能见度降低一半以上。,1.6 PM2.5对大气能见度的影响,37,2 PM2.5的检测与相关标准,38,2.1 PM2.5的检测,PM2.5的标准，是由美国在1997年提出的。PM2.5指数已经成为一个重要的测控空气污染程度的指数。到2010年底为止，除美国和欧盟一些国家将PM2.5纳入国标并进行强制性限制外，世界上大部分国家都还未开展对PM2.5的监测，大多通行对PM10进行监测。 世界卫生组织(WHO)认为，PM2.5小于10微克/米3是安全值，而中国的这些地区全部高于50接近80微克/米3 ，比撒哈拉沙漠还要高很多。,39,2.1 PM2.5的检测,40,当时中国通用的API只考虑了PM10、二氧化硫、二氧化氮。,数据不同的原因是计算方法不同。,美环保署实施的AQI指标是综合PM2.5、PM10、一氧化碳、二氧化硫、臭氧和二氧化氮的浓度计算出来的；,2.1 PM2.5的检测,41,从近十几年来发表的科学论文中，可以查到中国一些大城市某一区域某一阶段的PM2.5的测定值。 2000年，在北京的5个监测点测得的PM2.5年均值为101微克/立方米；2008北京奥运会的17天中，在北大测得的PM2.5最低28.2，最高147.4微克/立方米， 平均64.7微克/立方米。 1999年，在上海两个监测点测定的PM2.5年均值为57.9和61.4 微克/立方米。,2.1 PM2.5的检测,42,根据PM10的数据估算PM2.5的浓度。按照中国现行的空气质量标准，PM10是常规监测指标，全国性监测已开展了十几年。从2001年至2009年，全国主要城市PM10的平均值从125降到了90微克/立方米。 PM2.5和PM10之间的比例通常在0.5-0.8之间，取0.8做一个极端估算可得：2009年全国主要城市的PM2.5平均值为72微克/立方米。,2.1 PM2.5的检测,43,在美国和西欧，背景浓度大约为3-5微克/立方米，澳大利亚的背景浓度也在5微克/立方米左右。,即使没有人为污染，空气中也有一定浓度的PM2.5，这个浓度被称为背景浓度。,中国的背景浓度有多高？目前尚无公开的数据。,2.1 PM2.5的检测,44,2.2 PM2.5的空气质量标准,单位：微克/立方米,45,增加科研投入与科技创新,实施区域污染分区分类管理,制定空气质量持续改善目标,加强监测预警能力,实施联防联控和行业准入,优化能源结构,强化实施多污染物协同控制,开展PM2.5精细来源解析与污染防治示范,加大环境信息的公开力度,探索建立以人体健康为导向的环境风险防控体系,2.3 PM2.5的环境管理措施,46,国内一些城市发布的PM2.5监测数据,2.3 PM2.5的环境管理措施,47,2.3 PM2.5的环境管理措施,国内一些城市发布的PM2.5监测数据,48,2.3 PM2.5的环境管理措施,国内一些城市发布的PM2.5监测数据,49,2.3 PM2.5的环境管理措施,国内一些省市发布的PM2.5监测数据,50,PM2.5控制技术很不完善,我国掌握的环保核心关键技术不多,整装成套的环保实用技术相当缺乏,技术应用推广的成本相对较高,全国层面上的PM2.5控制区域划分技术方法与区划方案,国家PM2.5污染分区控制策略与路线图,区域光化学污染前体物排放与大气颗粒物来源解析研究,典型区域PM2.5污染综合防治研究,相关报道极少,2.4 现存问题,51,一是要控制源头，不能在城市上风向建大气污染重的企业，要淘汰落后的工艺和设备；二是要对大气污染严重的企业进行治理，做到少排废气；三是提倡使用天然气、水电、风能、核能和太阳能等清洁能源，尽量少使用煤炭、重油和废料等污染重的燃料；,2.4 现存问题控制措施,52,四是要发展公共交通，减少车流量，提高机动车辆污染排放标准；五是要控制生活污染，餐饮油烟机要定时清洗，干洗机要封闭操作，通过洒水作业等方式防止建筑和道路扬尘；六是要注意农业农村污染，不能露天烧秸秆和垃圾，少用农药和化肥，多种树。,2.4 现存问题控制措施,53,防治PM2.5污染政府该做什么,政府要制订更为严格的法律、法规和标准，严格约束违法排污现象，制定配套的经济、技术政策，鼓励发展绿色环保的产业，发展公共交通，组织实施污染治理。同时倡导绿色环保的生产、生活方式，倡导绿色出行，引导公众共同保护大气环境。,2.4 现存问题控制措施,54,企业是排污“大户”，要肩负起环保责任，及时公开污染排放情况，杜绝偷排漏排。要实行清洁生产，采取更为先进的废气处置工艺，注重节能减排，积极使用天然气、太阳能等清洁能源，做到生产过程中少排或者不排放废气。要注重研究开发绿色环保的产品，使生产的产品不污染环境，不影响人体健康。,防治PM2.5污染企业该做什么,2.4 现存问题控制措施,55,人人都是大气污染的受害者，人人都是大气污染的制造者。对于我们每个人来说，一方面要关注身边的大气环境，要敢于监督、揭发身边的违法排污行为；另一方面，更要身体力行，广泛参与到大气环境保护当中，注重节约能源和资源。比如多种树，多走路，多使用公共交通工具，尽量少开车，少使用塑料袋，少使用油性油漆，少食用烧烤、油炸食物等，形成人人关注PM2.5，人人参与空气污染治理的良好社会氛围。,防治PM2.5污染我们该做什么,2.4 现存问题控制措施,56,3 国内外有关PM2.5的研究情况,57,3.1 国外有关PM2.5的研究,在过去的十多年间，美国和一些欧洲国家开展了大规模的PM2.5 研究，主要涉及PM2.5 质量浓度的时空分布、排放清单、排放特征谱、源解析以及PM2.5 对大气能见度和人体健康影响等方面。美国加州地区是进行细微颗粒物研究最多的地方，研究表明：PM2.5 的浓度取决于源排放、化学变化以及气象条件、地理条件等复杂因素的交织作用；在某一地区，PM2.5 及其二次粒子的前体物的浓度主要受地区性和区域性的源排放与气象条件的影响；城区一次颗粒物（元素碳、有机碳）的浓度要高于周围农村地区，而二次颗粒物在地区性的空间分布上则相对均匀；PM2.5 的浓度具有周期性的日变化且随季节不同而有所不同,PM2.5 与PM10的质量浓度比率通常在1/2-4/5之间，不同地区可能有所不同；就季节而言，这一比率在秋季要高于夏季。,58,在我国，针对PM2.5 开展的研究甚少，尚未形成大规模、高层次的系统研究。少数城市进行的研究虽然取得了一些成果，对细微颗粒物的污染有了一定的认识，但大多数只有个别点位、短期的监测，尚不能藉此对PM2.5 的污染特征进行全面的分析。对PM2.5 的源排放特征进行的调查、研究更是缺乏。一些研究直接引用国外相同或相似污染源的排放数据，不能真正定量解析我国PM2.5 的来源。,3.2 国内有关PM2.5的研究,59,3.3 细颗粒物控制技术的发展方向,燃烧过程中减少细颗粒物的生成；燃烧后控制：（1）通过不同技术途径使细颗粒物长大后采用传统除尘技术脱除；（2）结合现有污染物控制设备进行过程优化以及多场协同作用，提高对细颗粒物的脱除效果。,60,3.3.1 燃烧过程中减少细颗粒物生成的途径,61,3.3.2 燃烧后控制,通过不同技术途径使细颗粒物长大后采用传统除尘技术脱除利用电场、声场、磁场等外场作用及在烟气中喷入少量化学团聚剂等措施增进细颗粒物间的有效碰撞接触，促进其碰撞团聚长大，以及利用过饱和水汽在细颗粒物表面核化凝结的凝并长大等。 结合现有污染物控制设备进行过程优化以及多场协同作用提高对细颗粒物的脱除效果采用复合式除尘器、传统除尘器的改进；前者将不同的除尘机理有机结合，使它们共同作用以提高对细颗粒物的脱除效果，其中多数复合除尘器（技术）是利用静电力作用，如电袋复合除尘器；后者主要通过改进传统除尘器的结构以提高其对细颗粒物的脱除效果，如湿式静电除尘器。,62,美国能源部的燃烧源控制计划：国家能源技术实验室主持，和哈佛大学、卡耐基-梅隆大学、布鲁克海文国家实验室、工业界研发机构等24家单位参与美国NSF资助的移动源和固定源矿物燃料燃烧产生的细颗粒物的分子结构和微观结构的研究欧盟组织了欧洲协作颗粒物排放清单研究计划(CEPMEIP)等项目日本启动了PM2.5和柴油机颗粒物的研究计划,3.4 近期国际国内研究热点,国际上各个国家都将颗粒物作为大气环境污染和控制研究的重点美国、欧州、日本、澳大利亚等都长期支持相关的研究工作,63,973计划：首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理及调控原理（1999）燃烧源可吸入颗粒物的形成与控制技术基础研究 （2002）中国大气气溶胶及其气候效应的研究（2006） 其他重点研究：排放特征：源解析、排放清单等环境影响：能见度、区域大气复合污染等健康影响：呼吸道系统、心血管系统等监测与控制：区域监测网络等,3.4 近期国际国内研究热点,64,3.5 存在的问题,虽国内外学者在燃烧源细颗粒物控制方面已开展了一定的研究工作，但由于细颗粒物控制技术手段的多样性、复杂性；总体上，尚处于实验室探索阶段，投入工程应用的很少。在节能减排和新能源利用的国际大背景下，一些新的化石燃料利用方式（如富氧-二氧化碳循环燃烧、整体煤气化联合循环）、生物质规模化利用，将得到较大的发展。由于化石燃料燃烧方式的变化将直接导致PM2.5排放特征的改变，而生物质燃料的推广利用将导致含碳颗粒物排放的显著增加，这些新变化都对细颗粒物的控制研究产生新的需求；目前，该领域的研究还非常欠缺。,65,3.6 几种控制技术介绍,3.6.1 声波团聚技术3.6.2 磁团聚与磁分离技术技术3.6.3 电凝并技术3.6.4 改进（复合）除尘器3.6.5 陶瓷微孔PM2.5除尘过滤器3.6.6 基于添加剂的湿法去除PM2.5技术研究与装备,66,声波团聚是利用高强度声场使气溶胶中微米和亚微米级细颗粒物发生相对运动并进而提高它们的碰撞团聚速率，使细颗粒物在很短的时间范围内，粒径分布从小尺寸向大尺寸方向迁移，颗粒数目浓度减少。,3.6.1 声波团聚技术,67,右图是声波辅助除尘过程的示意图，主要包括声波发生器、团聚室和颗粒分离器等。声波发生器通常是电动或者气动式喇叭，频率为数千赫兹，如果需要更高的频率，则需采用压电陶瓷换能器或磁致伸缩换能器；声场强度要达到140-150dB以上；团聚室的尺寸要保证声波对颗粒有一定的作用时间（2-5秒）。,3.6.1 声波团聚技术,声波辅助除尘过程的示意图,68,实例一:低频声波团聚,（1）试验装置主要由流化床烟气发生系统、声源系统、声波团聚室、种子颗粒添加装置、沉降室和ELPI颗粒测量系统等组成。含尘烟气经缓冲罐和水平烟道后进入声团聚室，经声波团聚长大后，由第一、二沉降室分离其中的大颗粒，最后流经水平烟道由引风机排出；采样点设置于第二个沉降室后面的水平烟道中。,声波团聚宏观效果实验装置示意图,69,细颗粒总脱除效率随声强的变化关系,声波作用前后细颗粒数浓度分布变化,试验结果,70,声波团聚室示意图,（以西班牙马德里声学所研究结果为例）（1）试验装置整套系统主要由循环流化床燃烧室、静电除尘器、超声团聚室及颗粒测试控制系统等组成；超声团聚室为3.650.70.5m3的长方体结构，底部布置24只大功率压电陶瓷换能器作为声源，流化床燃烧室产生的烟气（约140m3/h）经热空气稀释至约1600m3/h后依次进入超声团聚室、静电除尘器，然后经洗涤器深度净化后排放。,实例二：高频声波团聚,71,（a）f=10kHz （b）f=20kHz声波团聚对静电除尘器除尘性能的促进作用,试验结果,72,应用外加磁场控制燃烧源细颗粒物可通过两种途径： （1）磁团聚技术 磁团聚是指被磁化的颗粒物、磁性粒子在磁偶极子力、磁场梯度力等作用下，发生相对运动而碰撞团聚在一起，使其粒度增大；有研究表明，燃煤细颗粒具有铁磁特性， -Fe2O3和Fe3O4的存在是产生铁磁特性的主要原因。,3.6.2 磁团聚与磁分离技术技术,73,高梯度磁分离技术是指在磁场力的作用下实现气固的分离；磁介质磁化后自身会产生一个磁场，与外加磁场相互叠加，在磁介质的周围形成较高的磁场梯度，磁化后的颗粒受到磁场梯度力的作用而被磁介质直接捕集。,（2）高梯度磁分离技术,3.6.2 磁团聚与磁分离技术技术,74,高梯度磁分离技术在除尘方面的应用首先是用于炼钢过程产生的烟道气尘粒，美国Gooding等人采用高梯度磁分离技术对钢铁厂氧气顶吹转炉和电弧炼钢炉产生的烟道气尘粒进行了净化实验，捕集效率最高可达99以上。 国内的研究研究表明，磁分离除尘效果与尘粒磁性、磁场强度、聚磁介质（钢毛）填充率等有密切联系；对于磁性尘粒，脱除效率可达99以上，对非磁性燃煤粉尘上磁后，也能获得90%以上的脱除效率。,75,电凝并是通过使细颗粒荷电，促进细颗粒以电泳方式到达其他细颗粒表面，从而增强颗粒间的凝并效应；电凝并的效果取决于粒子的浓度、粒径、电荷的分布以及外电场的强弱。 目前，大多数研究将电凝并技术与静电除尘器相结合，采用ESP捕集电凝并长大后的颗粒。,3.6.3 电凝并技术,76,20世纪九十年代中期，日本京都大学Watanabe等研究表明，采用电凝并时，1m以下的尘粒重量百分比减少了20%，平均粒径增大4倍；处理浓度7g/m3、粒径0.06m-12 m的飞灰，采用电凝并技术，除尘效率可望由95.1%增至98.1%。 芬兰Hautanen等（1995）采用亚微米油雾微粒进行试验，发现数浓度平均可减少5%左右。,77,3.6.4 改进（复合）除尘器,（1）“前电后袋”式 电袋复合除尘器的前部为电除尘，后部为袋式除尘。根据电除尘与袋除尘之间是否有烟道，又可将其分为分体式与整体式两种：,（a）分体式 （b）整体式,78,目前常规的电除尘器大部分有3、4个电场，甚至有5、6个电场，而80%以上的粉尘在第一电场被捕集，后面捕集的粉尘不到20%，且还不一定实现达标排放。如果采用“前电后袋”式对常规电除尘器改造，仅保留前一个或两个电场，后几级电场改为袋除尘，不仅烟气可以达标排放，还可以减少投资费用。特别适用于原有电除尘器的改造，一般情况是保留原电除尘器的前级电场，将后几级电场改为袋式除尘。由于不增加原电除尘器的宽度、高度，改造的工作量小，同时排放浓度可长期稳定保持在50mg/m3以下，性能优越。目前国内应用的电袋复合除尘器基本为“前电后袋”整体式。,79,（2）电袋一体化式,3.6.4 改进（复合）除尘器,又称嵌入式电袋复合式除尘器，即对每个除尘单元，在电除尘中嵌入滤袋结构，电除尘电极与滤袋交错排列。美国北达科他大学能源与环境研究中心（EERC）研发的先进混合型除尘器（AHPC）即属于该类型。目前我国尚处于实验室研究阶段，未见采用该电袋复合除尘器的工程应用实例。,AHPC中试设备内部构造图,AHPC工业装置外观实物图,80,从已发表的文献报道来看，与现有其它除尘设备相比，AHPC具有以下优点：除尘效果好，中间试验设备的排尘浓度只有0.1-0.2 mg/m3，净化烟气颗粒物浓度可与环境空气相当；PM2.5脱除效率可望比常规除尘设施高12个数量级；滤袋的气布比可达一般脉冲袋式过滤器的3-4倍，大大减少了滤袋数量；AHPC尺寸大约只有普通电除尘器的1/3，投资也降低不少；滤袋的清灰频率低于普通袋式过滤器。,81,a. WESP与干式ESP的比较 WESP对粉尘的捕集原理与干式ESP基本相同，但在捕集粉尘的清灰方式上：WESP：采用冲刷液冲洗集尘极，使粉尘呈泥浆状清除，也可通过冷却集尘极板促使烟气中水汽在集尘极表面凝结形成一层液膜，进而清除捕集的粉尘颗粒；干法ESP：采用机械振打的方式清除集尘极上的积灰。因此，颗粒的重新携带和由于振打带来的损失对于干式ESP来说是需要考虑的，而WESP需要考虑的主要问题是使集尘极表面的水膜水均匀稳定，不产生断流和干区，以及集尘极的腐蚀问题。,（3）湿式静电除尘器（WESP）,3.6.4 改进（复合）除尘器,82,b. WESP的适用场合与干式ESP相比，WESP特别适合于以下场合：烟气含湿量高，烟温接近露点温度；烟气中含有黏性颗粒和雾滴（如硫酸雾）；需要有效捕集亚微米细颗粒。综上，WESP特别适合于捕集经湿法脱硫或洗涤后烟气中的细颗粒；因此，目前WESP常与湿法烟气脱硫系统结合，用于捕集脱硫净化湿烟气中的细粉尘、酸雾及汞等。,整体式WESP/WFGD系统,3.6.4 改进（复合）除尘器,83,借鉴袋式除尘的特点与微孔陶瓷滤料对细颗粒的净化优势，湖南大学开发出有较高PM2.5捕集效率的新型微孔陶瓷除尘器，具有耐高温、高湿和腐蚀的性能。可应用于进口粉尘浓度高的烟气的二级除尘净化，也可直接应用于进口粉尘浓度低的烟气净化。,3.6.5 陶瓷微孔PM2.5除尘过滤器,84,干法微孔过滤试验台,3.6.5 陶瓷微孔PM2.5除尘过滤器,以工业锅炉为例，微孔陶瓷过滤技术和装备对PM2.5净化效率达到99.5%以上，装置阻力1400Pa以下。,85,改进传统湿法除尘器（湖南大学），针对常规湿法除尘（或除尘脱硫一体化）技术不能高效去除工业锅炉PM2.5的问题，研制添加剂以改善细粒子表面的润湿性能，并改进装置的内部构件，改善气液固各相的接触情况，从而提高对PM2.5的捕集效率，开发适用于工业锅炉PM2.5捕集的高效低能耗湿式除尘技术及装备。可用于新净化装置的建造，也可用于对原有湿法除尘装置的技术改造，大大降低工程造价。,3.6.6 基于添加剂的湿法去除PM2.5技术研究与装备,86,研究PM2.5湿法净化装备，套筒式湿法除尘净化装置。,1-自激通道 2-初处理室 3-斜板 4-外筒 5-进气口 6-喷嘴 7-内筒 8-排气口 9-自激室 10-溢流槽 11-排水沟 12-溢流通道,3.6.6 基于添加剂的湿法去除PM2.5技术研究与装备,87,87,1-筒体 2-杆件 3-支架 4-进液管 5-排气管 6-除雾器 7-喷淋器 8-文丘里构件 9-进气管 10-排液管,研究PM2.5湿法净化装备，多通道文丘里湿法除尘净化装置。,3.6.6 基于添加剂的湿法去除PM2.5技术研究与装备,88,以工业锅炉为例，湿法高效净化技术与设备（多通道文丘里湿法除尘净化装置，套筒式湿法除尘净化装置）对PM2.5脱除率可达98%以上，装置阻力小于1200Pa，吸收液循环利用率可以达到85%以上。,89,4 总结,90,PM2.5的治理节能减排是关键，协同治理最实在,我国已进入了大气复合污染治理时代。 一是实施多污染物的协同治理，制定综合防治战略和控制对策。如果多种污染物的排放量按照科学规律降下去了，PM2.5就水到渠成地降下去了。二是推进区域协调治理。目前，我国城市群区域大气污染严重，靠单个城市进行污染防治难以有效改善空气质量，要树立区域视野、城市行动的指导思想，建立大气污染的联防联控工作机制和支撑技术体系。 由此看来，改善空气质量的关键是减排，既包括末端治理减排，更需要能源结构、产业结构和消费结构的调整。当然，居民的消费行为和生活方式也应得到正确引导。,91,有关PM2.5标准要协调修订。包括：质量标准、排放标准、行业标准，相互协调加大PM2.5控制的技术研究和开发力度。包括：源解析、（联合）控制技术、装备等,92,二、大气灰霾问题,数据来源：北京 (2004年)；呼和浩特、青岛（2001年）；上海、南京(2001年)； 珠三角(2006年)；欧洲EMEP(2003年)；SCAQMD（2005年）,g/m3,欧洲,南加州,20052008PRD灰霾天气平均100天左右,93,74个重点监测城市近半数严重污染。,雾霾重污染区与重工业分布高度重合,雾霾面前，没有局外人！,高污染行业所带来的环境污染代价已远远高于它们对工业总产值的贡献率。,大面积雾霾来袭,94,大气能见度下降与上世纪六十年代初期相比，我国东部地区能见度大约下降了7-15km，严重影响居民感观和人民群众身体健康。,95,2013-11月2-7日同地拍摄的北海公园的白塔,灰霾天气,96,同地拍摄的故宫,2013年11月2日,2013年11月3日,2013年11月5日,2013年11月6日,97,武汉出现的雾霾,98,雾霾天气： 随着空气质量的恶化，阴霾天气现象出现增多，危害加重。近期我国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报。统称为“雾霾天气”。,99,100,101,雾霾天气： 随着空气质量的恶化，阴霾天气现象出现增多，危害加重。近期我国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报。统称为“雾霾天气”。,102,雾霾天气： 随着空气质量的恶化，阴霾天气现象出现增多，危害加重。近期我国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报。统称为“雾霾天气”。,103,什么是灰霾 ?,灰霾又称大气棕色云中国气象局地面气象观测规范中，灰霾天气被这样定义：“大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10千米的空气普遍有混浊现象，使远处光亮物微带黄、红色，使黑暗物微带蓝色。”,104,霾的气象学定义,霾，也称灰霾（烟霞），是指原因不明的大量烟、尘等微粒悬浮而形成的浑浊现象。霾的核心物质是空气中悬浮的灰尘颗粒，气象学上称气溶胶颗粒。空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子也能使大气混浊，视野模糊并导致能见度恶化，如果水平能见度小于10000米时，将这种非水成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍称为霾(Haze)或灰霾（Dust-haze），香港天文台称烟霞(Haze)。霾的厚度比较厚，可达13公里左右。由于灰尘、硫酸、硝酸等粒子组成的霾，其散射波长较长的光比较多，因而霾看起来呈黄色或橙灰色。,105,雾由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统，是近地面层空气中水汽凝结的产物。 雾会降低空气透明度，能见度下降，如果目标物的水平能见度降低到1000米以内，就将悬浮在近地面空气中的水汽凝结（或凝华）物的天气现象称为雾；而将目标物的水平能见度在100010000米的这种现象称为轻雾或霭。雾与云都是空气中水汽凝结的产物，所以雾升高离开地面就成为云，而云降低到地面或云移动到高山时就称其为雾。一般雾的厚度比较小，常见的辐射雾的厚度大约从几十米到一至两百米左右。 雾和云一样，与晴空区之间有明显的边界，雾滴浓度分布不均匀，而且雾滴的尺度比较大，从几微米到100微米，平均直径大约在10-20微米左右，肉眼可以看到空中飘浮的雾滴。由于液态水或冰晶组成的雾散射的光与波长关系不大，因而雾看起来呈乳白色或青白色。,雾,106,雾,雾中的大桥,雾中的山,雾中的山,107,雾和霾的区别,相对湿度大小区分： 主要区别在于湿度，而雾中的相对湿度是饱和的(如有大量凝结核存在时，相对湿度不一定达到100就可能出现饱和)。 相对湿度80%，是霾造成的 相对湿度90%，是雾造成的 80% 相对湿度 90%，是霾和雾的混合物共同造成的，但其主要成分是霾。能见度区分： 水平能见度1千米，是雾； 1千米能见度 10千米的，称为轻雾或霾； 水平能见度 10千米，且是灰尘颗粒造成的，就是霾。,108,雾和霾的区别,颜色区分 由于灰尘、硫酸、硝酸等粒子组成的霾，其散射波长较长的光比较多，因而霾看起来呈黄色或橙灰色。 霾看起来呈黄色或橙灰色。厚度区分 霾的厚度可达13公里左右。 霾与雾、云不一样，与晴空区之间没有明显的边界，霾粒子的分布比较均匀，而且灰霾粒子的尺度比较小，从0.001微米到10微米，平均直径大约在12微米左右，肉眼看不到空中飘浮的颗粒物。,109,颗粒物中1微米以下的微粒沉降速度慢,在大气中存留时间久，能够吹送到很远的地方。所以颗粒物的污染往往波及很大区域，甚至成为全球性的问题。大量的颗粒物落在植物叶子上影响植物生长，落在建筑物和衣服上能起沾污和腐蚀作用。干扰太阳和地面的辐射，影响地区性甚至全球性气候。,2、灰霾天气的危害,(1)、雾霾天气对环境的危害,110,出现雾霾天气时，室 外能见度低，污染持续，交通赌塞，甚至导致交通事故频发，威胁到人们生命财产安全。,2、雾霾天气的危害,(2)、雾霾天气对交通安全的危害,111,雾霾天空气中的颗粒物极其微小，被吸入人体后会进入支气管，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。,灰霾天气的危害,（3）灰霾天气对人体的危害,雾霾天气还是心脏杀手。有研究表明，空气中污染物加重时，心血管病人的死亡率会增高，霾天中的颗粒污染物不仅会引发心肌梗死，还会造成心肌缺血或损伤。,112,雾霾天气容易让人产生悲观情绪，如不及时调节，很容易失控，导致心理性疾病的发生。,灰霾天气的危害,灰霾天气对人体的危害,113,对人体的危害,灰霾的组成成分非常复杂，包括数百种大气颗粒物。 直径小于10微米的气溶胶粒子，如矿物颗粒物、硫酸盐、有机气溶胶粒子等直接进入并粘附在人体呼吸道和肺部。 灰霾中的大气气溶胶大部分均可被人体呼吸道吸入，尤其是亚微米粒子会分别沉积于呼吸道和肺泡，引起鼻炎、支气管炎等病症，还会诱发肺癌。 灰霾阻挡了紫外线，导致人体利用紫外线合成维生素D减少，引起小儿佝偻病。也降低了紫外线杀菌作用，使空气中的传染性病菌的活性增强，传染病增多。,114,社会发展，工业逐渐密集，汽车增多,空气质量的恶化，PM2.5逐渐成为主要污染物是造成空气质量严重