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| 可吸入顆粒物中超細顆粒物的治理與開發利用 |
| 來源：中國粉體技術網 更新時間：2014-09-12 11:23:21 瀏覽次數： |
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1 可吸入顆粒物的危害概述
（中國粉體技術網/遠志）可吸入顆粒物(Inhalable particulate，IP)是指通過鼻和嘴進入人體呼吸道的顆粒物總稱，又用PM10表示。小于10微米的顆粒PM10對人體健康關系較大，是室內外環境空氣質量的重要監測指標。
PM2.5（小于2.5微米的顆粒）又稱為可入肺顆粒，能夠進入人體肺泡甚至血液系統中去，直接導致心血管病等疾病。PM2.5的比表面積較大，通常富集各種重金屬元素（如As、Se、Pb、Cr等）和PAHs、PCDD/Fs、VOCs 等有機污染物，這些多為致癌物質和基因毒性誘變物質，危害極大。目前已知的PM2.5健康影響包括：增加重病及慢性病患者的死亡率；使呼吸系統及心臟系統疾病惡化；改變肺功能及結構；改變免疫結構等方面。
近年來，人們認識到大氣懸浮顆粒中的PM2.5對人體健康的危害遠比粗顆粒大，而且是引起城市大氣酸雨、光化學煙霧、能見度降低的重要因素，許多研究已經揭示出PM2.5對人體健康的嚴重危害和對氣候的重要影響。PM2.5已成為國際環境科學的研究焦點之一，
PM2.5的源解析工作、不同地區PM2.5分布的特殊性以及其對生態環境的影響對于環境保護對策的制定是至關重要的。據現有的研究結果，PM2.5的污染源包括自然源和人為源，人為源分為固定源(燃料燃燒、工業生產過程等)和流動源(交通運輸等)，自然源包括植物花粉和孢子、土壤揚塵、海鹽等。研究結果還表明，PM2.5顆粒對大氣能見度產生極大的影響，表現在細顆粒物質的散光效應、碳黑以及含碳黑顆粒對光的吸收作用等方面。英國環境部門的研究結果表明，PM2.5在大氣中停留的時間為7-30天，所以這種顆?？梢蚤L距離傳輸從而造成更大更遠距離的污染，我國還沒有對PM10以及PM2.5的生態及經濟影響進行系統性的研究和評價。
據我國環境質量報告書和世界資源報告提供的數據，我國空氣質量超標的城市中，68%都存在可吸入顆粒物污染問題?？晌腩w粒物是目前我國城市大氣環境的首要污染物，PM2.5污染問題同樣是十分嚴重的。
燃料燃燒以及其它工業過程不僅排放一次顆粒物，而且排放二次顆粒物的前驅物如SO2、NOx 和VOCs等，更增加了PM2.5的復雜性。另一方面，現有的細顆粒凈化裝置對PM2.5的捕獲率很低，也導致大氣中PM2.5濃度的增加。2000年12月份英國專家研究結果還表明：大氣中SO2、氮化物和CO等污染物的含量與人類日死亡率并沒有緊密的聯系，細顆粒物反而是導致人類死亡率上升的主要原因。
2 可吸入顆粒物與超細顆粒物的形成探討
可吸入顆粒物的形成主要有兩個途徑：其一，各種工業過程（燃煤、冶金、化工、內燃機等）直接排放的超細顆粒物；其二，大氣中二次形成的超細顆粒物與氣溶膠等。其中，第一種途徑是可吸入顆粒物的主要形成源，也是可吸入顆粒物污染控制的重要對象。
以煤炭利用領域為例：
我國一次能源以煤炭為主，大量煤炭燃燒已對生態環境造成嚴重危害，并影響到資源與環境的可持續發展。除控制SO2和NOx的排放外，懸浮顆粒物的排放亦不容忽視。據統計，目前全國粉煤灰的排放量已達1.5億噸，雖然現有除塵裝置的除塵效率可高達99%以上，但靜電除塵器對超細飛灰的捕獲率較低，約有1%的飛灰進入大氣，構成大氣氣溶膠的主要部分。
這部分飛灰以粒徑小于2.5微米甚至亞微米級超細顆粒為主，其數量可達到飛灰總數的90%以上，且表面往往富集煤中微量重金屬元素及有機污染物，危害甚大。另外，超細飛灰的形成也導致鍋爐內爐壁的結渣與沾污程度的增加，影響鍋爐的安全經濟運行。因此，研究燃煤過程中超細飛灰的形成機制，降低其形成與排放量，意義重大。
我國有學者涉足該領域的研究，王伯春等的研究發現，細粒飛灰形成的數量隨著煤中Fe、K、Na等元素的蒸發量的增加而增加。我國動力用煤煤種齊全，今后針對不同煤種的煤質特性及不同鍋爐類型，研究超細飛灰的形成機制是十分必要的。
姚強等針對不同的鍋爐類型、不同的煤種以及不同的工業過程，開展了燃煤排放超細顆粒物的形成、重金屬與有機污染物的產生與轉化及細顆粒的脫除等方面的部分基礎與技術開發研究工作，已經取得了一定的研究成果。
3 超細顆粒物的治理簡述（以燃煤工業過程為例）
以燃煤工業過程為例進行簡要論述。燃煤電站與工業鍋爐排放煙氣中飛灰的中值直徑分別為3.8微米和7.5微米。傳統的除塵器捕集小于1μm的粒子的效率是很低的，因為所應用的除塵原理如重力沉積、慣性沉積、電泳等對于該粒徑范圍的粒子已經沒有明顯的作用。在目前常規的除塵方法中，采用慣性，旋風方法，對于細微粒子的脫除效率僅在20－40％。
對細微顆粒脫除比較有效的是電除塵、文丘里除塵器和袋式除塵器，對于全效率為97％的電除塵，0－5微米粒徑的分級效率僅為90％，對于文丘里除塵器和袋式除塵器則為94－95％，都低于全效率。
近期研究還表明，飛灰顆粒本身，尤其是鐵質顆粒對細粒飛灰捕捉的能力較強，具有顯著的自脫除效應。有些學者利用脈沖放電技術進行細顆粒的脫除試驗，也取得了一定成果
對燃煤煙氣中超細顆粒排放的控制，目前國內外尚無成熟的技術，因此開發實用的超細飛灰脫除技術，是國內外正待加強研究的課題，我國作為燃煤大國，則更顯緊迫。
總體來講，煤燃燒過程中超細顆粒物的治理是一個多種學科綜合交叉的基礎研究與技術開發領域，大力開展超細顆粒物治理工作不僅具有巨大的經濟效益，而且具有潛在的環境效益和社會效益。
4 結 論
(1)可吸入顆粒物已經成為全球所共同關注的嚴重問題，其對生態環境和人類社會所造成的危害已經引起我國相關部門的關注。清華大學熱能工程系已經在此方面展開了部分基礎性研究工作。
(2)工業過程中超細顆粒物的排放是形成可吸入顆粒物的重要來源，因此研發對超細顆粒物控制技術的重要意義在于切斷了可吸入顆粒物形成的重要途徑。
(3)工業過程中排放的超細顆粒同樣是可以利用的重要資源，通過技術的綜合研發，可以“變廢為寶”，創造出巨大的經濟、社會與環境效益。
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