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大氣顆粒物

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大氣顆粒物(Atmospheric Particulate Matters)是大氣中存在的各種固態和液態顆粒狀物質的總稱。各種顆粒狀物質均勻地分散在空氣中構成一個相對穩定的龐大的懸浮體系,即氣溶膠體系,因此大氣顆粒物也稱為大氣氣溶膠(Atmospheric Aerosols) [1]  。1918年,英國物理化學家 Frederick George Donnan發現膠體化學過程和有云的大氣過程有重要的相似點,因此參照術語“水溶膠(Hydrosol)”,引入了“氣溶膠(Aerosol)"術語,用於指空氣中分散的顆粒和液滴 [2]  。氣溶膠是多相系統,由顆粒及氣體組成,平常所見到的灰塵、燻煙、煙、霧、霾等都屬於氣溶膠的範疇。在許多文獻中,大氣顆粒物和大氣氣溶膠都是指大氣中的顆粒物。
中文名
大氣顆粒物
外文名
Atmospheric Particulate Matters
別    名
大氣氣溶膠
分    類
一次顆粒物、二次顆粒物
危    害
影響植物生長,增加患肺癌的風險
技    術
煙氣脱硫技術、VOCs治理技術等

大氣顆粒物化學組成

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大氣顆粒物的化學成分包括:無機物、有機物和有生命物質。
一、無機物
用X一熒光光譜對PM2.5~10氣溶膠樣品進行元素分析,目前已發現的化學元素主要有鋁(Al)、硅(Si)、鈣(Ca)、磷(P)、鉀(K)、釩Ⅳ)、鈦(Ti)、鐵(Fc)、錳(Mn)、鋇(Ba)、砷(As)、鎘(Cd)、鈧(Sc)、銅(Cu)、氟(F)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉛(Pb)、鋅(zn)、鋯(Zr)、硫(S)、氯(C1)、溴(Br)、硒(Se)、鎵(Ga)、鍺(GO、銣(Rb)、鍶(Sr)、釔(Y)、鉬(Mo)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銀(Ag)、錫(Sn)、銻(Sb)、碲(Te)、碘(I)、銫(CS)、鑭(La)、鎢(W)、金(Au)、汞(H)、鉻(Cr)、鈾(U)、鉿(H0、鐿(Yb)、釷(Th)、銪(Ta)、鋱(Tb)等。細顆粒物中還有各種化合物及離子、硫酸鹽、硝酸鹽 [3-5] 
研究表明,顆粒物的元素成分與其粒徑有關。對Cl、Br、I等鹵族元素,來自海鹽的Cl主要在粗粒子中,而城市顆粒物的Br主要存在於在細粒子中。來自地殼的Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti和Sc等元素主要在粗粒子中,而Zn、Cd、Ni、Cu、Pb和S等元素大部分在細粒子中 [6-8] 
顆粒物成分與其來源有關,可以根據污染物組分與顆粒物組分對比,來判斷顆粒的來源 [9-12]  。例如土壤主要含有Si、砧、Fe、n等;海鹽中含Na、Cl、K;水泥、石灰等建材含Ca和砧;冶金企業排放Fe、Mn和相應的金屬元素以及S;汽車尾氣中有Pb、Br和Ba:燃料油排放Ni、V、Pb和Na;煤和焦炭的灰粉中有地殼元素,及As、Se等;焚燒垃圾可排放Zn、Sb和Cd等。大氣顆粒物中的可溶性無機鹽類可來自不同的排放源,海洋大氣氣溶膠顆粒在低層以Na+、ClO為主,存在於粗粒子中;而高空則以S042-NH4+為主,存在於細粒子愛根核模顆粒中。粗粒子主要由海水飛沫蒸發而懸浮在大氣中,其中也有少量的SO42-。和Ca2+。而細粒子中的SO42-和Ca2+,則是由海洋釋放的二甲基硫(DMS)經大氣氧化成SO2最後生成硫酸和硫酸鹽,經氣體粒子轉化而生成的 [13-15] 
二、有機物及有生命物質成分
除一般的無機元素外,大氣顆粒物中還有元素碳(EC)、有機碳(OC)、有機化合物(尤其是揮發性有機物(VOC)、多環芳烴(PAHs)和有毒物)、生物物質(細菌、病毒、黴菌等)。
含有機物的大氣顆粒物粒徑一般都比較小,多數在0.1~5μm範圍內,多數有機顆粒是在燃燒過程中產生的。顆粒物中的有機物種類很多,其中烴類是主要成分,如烷烴、烯烴芳香烴和多環芳烴,此外還有亞硝胺、氮雜環、環酮、醌類、酚類和酸類等。大氣中的多環芳烴主要集中在細粒子段,高環的多環芳烴主要在飄塵範圍內 [15] 

大氣顆粒物表示方法

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大氣顆粒物粒度表示

大氣顆粒物的大小(粒徑)與其性質密切相關,是大氣顆粒污染物的採樣與控制技術中主要考慮的特性之一。顆粒的粒徑分為單顆粒粒徑和顆粒羣的平均粒徑,單位一般用μm表示。
一、單顆粒粒徑
大氣顆粒物的形狀多數是不規則的,根據不同定義得出的顆粒粒徑值也不相同。確定粒徑的方法有兩種:
①直接測定法:根據顆粒的幾何尺寸,藉助顯微鏡或篩分等方法來確定顆粒粒徑;
②間接測定法:根據顆粒的某種物理性質(如顆粒在空氣中的沉降速度、密度等)來確定顆粒粒徑。前者得到是顆粒的示性尺寸(代表性尺寸),如投影徑和篩分徑;用後一種方法測得的顆粒粒徑稱為當量直徑。
二、顆粒羣的平均粒徑
大氣顆粒物是由不同粒徑的顆粒所組成的顆粒羣,在實際應用中,有時需要知道顆粒物的平均粒徑。平均粒徑的定義是:與實際的大氣顆粒羣某一物理性質相同的大小均勻的球形顆粒羣直徑 [16] 
三、顆粒物的粒徑分佈
顆粒的粒徑分佈又稱為顆粒的分散度,指其中各種不同粒徑的顆粒組成比,可以以顆粒數、表面積或質量計。顆粒粒徑分佈的表示方法主要有圖表法和分佈函數 [1]  [16] 

大氣顆粒物濃度表示

大氣顆粒物的濃度通常有三種表示方法:
(1)數量濃度:以單位體積空氣中含有的顆粒個數表示,記作“個/L"。
(2)質量濃度:以單位體積空氣中含有的顆粒質量表示,記作“mg/m3”或“Lag/m3’’。
(3)沉降強度:以單位時間單位面積上自然沉降下來的顆粒數或者質量表示,記作“仰(cnl2·h)一或者“t/(kin2·月)力。
大氣顆粒物的濃度變化很大,通常區分為瞬時濃度和平均濃度,最大值或最小值,或同時給出平均、最大和最小值。在平均濃度值裏還應區分為1h平均、24h平均或月平均,時間越長的平均值應該越小;有時還註明連續平均的時間,如連續48h的lh平均值,或者白天8h的1h平均值等。最大、最小值也同樣應指出其時間性即每日的最大(小)值。在大氣污染控制中,通常採用質量濃度降塵量,而數量濃度多用於空氣的超潔淨淨化技術方面。

大氣顆粒物生成來源

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大氣顆粒物的成分很複雜,主要取決於其來源。主要有自然源和人為源兩種,後者危害較大。大氣顆粒物在學術界的可分為一次顆粒物二次顆粒物兩種。一次顆粒物是由天然污染源人為污染源釋放到大氣中直接造成污染的顆粒物,例如土壤粒子海鹽粒子、燃燒煙塵等等。二次顆粒物是由大氣中某些污染氣體組分(如二氧化硫、氮氧化物、碳氫化合物等)之間,或這些組分與大氣中的正常組分(如氧氣)之間通過光化學氧化反應、催化氧化反應或其他化學反應轉化生成的顆粒物,例如二氧化硫轉化生成硫酸鹽
Wl'dtby等人根據大氣顆粒物表面積和粒徑分佈的關係,得出了三種不同類型的粒度模,並用來解釋大氣顆粒物的來源與歸宿。按照顆粒物的空氣動力學直徑,可將大氣顆粒物分為三種類型的粒度模:愛根核模(<0.05μm)、積聚模(0.05~2μm)和粗粒子模(>2μm)。
(1)愛根核模顆粒物主要來源於燃燒過程所產生的一次顆粒物,以及氣體分子通過化學反應均相成核而生成的二次顆粒物
(2)積聚模顆粒物主要由核模凝聚、或通過熱蒸汽冷凝再凝聚而生成。
(3)粗粒子模顆粒物主要由機械過程所產生的揚塵、海鹽濺沫、風沙等一次顆粒物所構成。

大氣顆粒物分類方法

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一、按顆粒物的來源性質分類
(1)一次顆粒物:從污染源直接排放的顆粒,如煙囱排放的煙塵、風颳起的灰塵及海水濺起的浪花等。
(2)二次顆粒物:從污染源排放的氣體,在大氣中經物理、化學作用轉化生成的顆粒,如鍋爐排放的H2S、SO2等經過大氣氧化過程生成的硫酸鹽顆粒 [17] 
二、按顆粒物的性質分類
(1)無機顆粒:如金屬塵粒、礦物塵粒和建材塵粒等。
(2)有機顆粒:如植物纖維、動物毛髮、角質、皮屑、化學染料和塑料等。
(3)有生命顆粒:如單細胞藻類、菌類、原生動物、細菌和病毒等。
三、按顆粒物的大小分類
按照空氣動力學直徑D大小,可將大氣顆粒物分為:
(1)總懸浮顆粒物(Total Suspended Particulate,簡稱TSP):D≤100μm。
(2)可吸入顆粒物(Inhalable Particles,一般稱為PM10):D≤10μm。
(3)細顆粒物(Fine Particles,一般稱為PM2.5):D≤2.5μm。
世界衞生組織(WHO)稱PM10為可進入胸部的顆粒物(Thoracic Particle):
Pooley與Gibbs(1996)定義的可入肺顆粒物(Respirable Particles)是指能夠進入人體肺泡的顆粒,即指PM2.5
四、從污染控制的角度進行分類
大氣污染控制的角度,按照顆粒的物理性質,通常採用如“粉塵"、“降塵"、“飄塵’’、“飛灰’’、“黑煙’’、“液滴"、“霧”等進行分類(詳見文獻)。
顆粒物分為兩類:PM2.5和PM10,前者直徑不超過2.5微米,是人類頭髮直徑的1/30,後者則較粗大,當前的歐盟空氣質量標準限定,一個人每年吸入的PM2.5最多為每立方米40微克,PM10為每立方米25微克。聯合國世界衞生組織的指導原則建議:PM2.5和PM10的年接觸量分別為每立方米20微克和每立方米10微克。
對顆粒物尚無統一的分類方法,按塵在重力作用下的沉降特性可分為飄塵和降塵。習慣上分為:
塵粒:較粗的顆粒,粒徑大於75微米。
粉塵:粒徑為1~75微米的顆粒,一般是由工業生產上的破碎和運轉作業所產生。
亞微粉塵:粒徑小於1微米的粉塵。
炱:燃燒、昇華、冷凝等過程形成的固體顆粒,粒徑一般小於1微米。
霧塵:工業生產中的過飽和蒸汽凝結和凝聚、化學反應和液體噴霧所形成的液滴。粒徑一般小於 10微米。由過飽和蒸汽凝結和凝聚而成的液霧也稱霾。
煙:由固體微粒和液滴所組成的非均勻系,包括霧塵和炱,粒徑為0.01~1微米。
化學煙霧:分為硫酸煙霧和光化學煙霧兩種。硫酸煙霧是二氧化硫或其他硫化物、未燃燒的煤塵和高濃度的霧塵混合後起化學作用所產生,也稱倫敦型煙霧。光化學煙霧是汽車廢氣中的碳氫化合物和氮氧化物通過光化學反應所形成,光化學煙霧也稱洛杉磯型煙霧
煤煙:煤不完全燃燒產生的炭粒或燃燒過程中產生的飛灰,粒徑為0.01~1微米。
煤塵:煙道氣所帶出的未燃燒煤粒。
粉塵由於粒徑不同,在重力作用下,沉降特性也不同,如粒徑小於10微米的顆粒可以長期飄浮在空中,稱為飄塵,其中10~0.25微米的又稱為雲塵,小於0.1微米的稱為浮塵。而粒徑大於10微米的顆粒,則能較快地沉降,因此稱為降塵

大氣顆粒物測定分析

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大氣顆粒物濃度測定

標準狀態下(即壓力760毫米汞柱,温度為273K)氣體每單位體積含塵重量(微克或毫克)數稱為含塵濃度。測定方法主要有:
又叫重量濃度法,採用過濾器或其他分離器收集粉塵並稱重的方法,是測定含塵量的可靠方法。過濾器可用濾紙、聚苯乙烯的微濾膜等。有多種測定儀器,如靜電降塵重量分析儀可測出低達每標準立方米含塵10微克的濃度。若將已知有效表面積的集塵裝置放在露天的適當位置,收集足夠量的塵粒進行稱重,可測定降塵量。
激光粉塵儀具有新世紀國際先進水平的新型內置濾膜在線採樣器,儀器在連續監測粉塵濃度的同時,可收集到顆粒物,以便對其成份進行分析,並求出質量濃度轉換系數K值。可直讀粉塵質量濃度(mg/m3),具有PM10、PM5、PM2.5、PM1.0及TSP切割器供選擇。儀器採用了強力抽氣泵,使其更適合需配備較長採樣管的中央空調排氣口PM10可吸入顆粒物濃度的檢測,和對可吸入塵PM2.5進行監測。
儀器符合工業企業衞生標準(GBZ1-2002)、工作場所有害因素接觸限值(GBZ2-2002)標準、衞生部WS/T206-2001《公共場所空氣中可吸入顆粒物(PM10)測定法-光散射法》標準、勞動部LD98-1996《空氣中粉塵濃度的光散射式測定法》標準以及鐵道部TB/T2323-92《鐵路作業場所空氣中粉塵測定相對質量濃度與質量濃度的轉換方法》等行業標準以及衞生部衞法監發[2003] 225號文件發佈的《公共場所集中空調通風系統衞生規範》。
濃度規格表比較法
應用較廣泛的是M.R.林格曼提出的林格曼煤煙濃度表。該表是在長14釐米、寬20釐米的各張白紙上描出寬度分別為1.0、2.3、3.7、5.5、10.0毫米的方格黑線圖,使矩形白紙板內黑色部分所佔的面積大致為 0、20、40、60、80、100%,以此把煙塵濃度區別為6級,分別稱為0、1、2、3、4、5度。在標準狀態下,1度煙塵濃度相當於0.25克/立方米,2度相當於 0.7克/立方米,3度相當於1.2克/立方米,4度約為2.3克/立方米,5度約為4~5克/立方米。在使用時,將濃度表豎立在與觀測者眼睛大致相同的高度上,然後在離開紙板16米、離煙囱40米的地方注視此紙板,與離煙囱口30~45釐米處的煙塵濃度作比較。觀測時,觀測者應與煙氣流向成直角,不可面向太陽光線,煙囱出口的背景上不要有建築物、山等障礙物。除林格曼煤煙濃度表外,還有其他形式的濃度表和進行濃度比較的測定儀器,如望遠鏡式煤煙濃度測定儀和煙塵透視筒等。濃度規格表比較法的優點是簡便易行,缺點是易產生誤差。
用一定強度的光線通過受測氣體,或用水洗滌一定量的受測氣體,使氣體中的塵粒進入水中,然後用一定強度的光線通過含塵水,氣體或水中的塵粒就對光線產生反射和散射現象,用光電器件測定透射光散射光的強度,並與標準的光度比較,即可換算成含塵濃度。
粒子計算法
將已知空氣體積中的粉塵沉降在一透明表面上,然後在顯微鏡下數出塵粒數目,測量結果用每立方厘米內的粒子數表示,必要時可換算成含塵濃度,其換算的近似值為:每立方厘米有500個塵粒,相當於在標準狀態下含塵濃度每立方米約2毫克,2000個塵粒約為每立方米10毫克,20000個塵粒約為每立方米100毫克。
含塵氣流以湍流狀態通過測量管,由於粉塵粒子和管內壁之間的摩擦而使塵粒帶電,測量電流量,即可根據標準曲線換算出含塵濃度。此外,用熱電偶測定塵粒吸收特定光源的輻射熱,可間接測出含塵濃度。在離子化室內,測出空氣中塵粒對離子流的衰減。此法也可算出含塵濃度。測定下限可到每立方厘米 200個塵粒。

大氣顆粒物化學分析

元素分析
一、無損分析
將大氣顆粒物捕集後不經樣品消解處理而直接進行定量分析的方法有:儀器中子活化分析法(1NAA)[371、質子X射線發射光譜分析法(PIXE)、非破壞性的X射線熒光光譜分析法(XRF)等。INAA法可測定多種元素,檢測限為l四.01ppm。PIXE測定中必須使用質子加速器,檢測限為2ng/m3(Cu、Zn)-4).1ng/m3(K)。XRF法與INAA法和PIXE法相比,其靈敏度稍低,但儀器相對廉價,且操作方便,元素間的相互干擾小。
二、試樣經消解後分析
大氣顆粒物的消解方法很多,用HN03-HCl分解後在氯仿中顯色,可用分光光度計法測定Pb等元素。將試樣經酸分解後,原子吸收分光光度法(AAS)、等離子發射光譜(ICP)、等離子體發射光譜.質譜法(ICP.MS)分析是使用最多的方法。
狀態分析
一、水溶性成分分析
大氣顆粒物中的水溶性成分易溶於雨水,會進入生物體內,應進行分析測定。以水為提取液樣品經超聲波提取後,一般金屬離子用AAS、等離子體.原子發射光譜法(ICP.AES)、ICP.MS法腳;4刀測定,也可用離子色譜法(IC)進行測定。
二、碳的成分分析
大氣顆粒物中的碳主要以元素態碳(EC)、碳酸鹽碳和有機碳(OC)的形態存在。除了石灰岩地質區域外,一般地區採集的顆粒樣品中碳酸鹽碳含量較低。因此常以EC和OC為主要研究對象。一般情況下EC在總碳(TC)中所佔的比例較低,但EC吸附致癌性物質的能力較強,又是吸收光能的主要物質之一,因此定量測定的意義很大。在EC和OC分別測定中,常使用的方法有熱分離法、光學法和酸分解法等,其中熱分離法使用較多。
三、特定元素的形態測定
As、Sb、Hg等元素在大氣顆粒物中往往以多種化學形態存在,在環境中的行為及毒性差異較大,因此這些元素的形態測定十分重要。經過濾膜分級捕集大氣顆粒物後,用INAA法定量測定T-As的同時,用水、磷酸鹽溶液逐次提取分離,水提取液用高效液相色譜(HPLC)一原子熒光(AFS)法分離測定陰離子態As。
四、有機成分分析
大氣中多環芳烴(PHA)及硝基多環芳烴主要是柴油、汽油及煤燃燒排放的污染物,被大氣顆粒物吸附後其致癌性、致突變性及對人體健康的影響已引起人們的關注。大氣顆粒物樣品經提取並淨化後,一般用GC。MS法進行測定,也有采用HPLC.熒光檢測器化學發光檢測器進行測定的報導。用大氣壓離子化LC—MS法測定苯並【a】芘,用GC.MS法同時測定PHA、正構烷烴及有機氯化物,用GC-ECD或GC—MS法定量測定PCB及有機氯殺蟲劑等都有報導,用GC.MS法、IC法及CE法測定羧酸類的報導較多。

大氣顆粒物產生危害

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顆粒物中1微米以下的微粒沉降速度慢,在大氣中存留時間久,在大氣動力作用下能夠吹送到很遠的地方。所以顆粒物的污染往往波及很大區域,甚至成為全球性的問題。粒徑在0.1~1微米的顆粒物,與可見光的波長相近,對可見光有很強的散射作用。這是造成大氣能見度降低的主要原因。由二氧化硫和氮氧化物化學轉化生成的硫酸和硝酸微粒是造成酸雨的主要原因。大量的顆粒物落在植物葉子上影響植物生長,落在建築物和衣服上能起沾污和腐蝕作用。粒徑在 3.5微米以下的顆粒物,能被吸入人的支氣管和肺泡中並沉積下來,引起或加重呼吸系統的疾病。大氣中大量的顆粒物,干擾太陽和地面的輻射,從而對地區性甚至全球性的氣候發生影響。
來自歐洲的一項研究稱,長期接觸空氣中的污染顆粒會增加患肺癌的風險,即使顆粒濃度低於法律上限也是如此。另一項報告稱,這些顆粒或其他空氣污染物短期內還會濃度上升,還會增加患心臟病的風險。歐洲流行病學家發現,肺癌與局部地區的空氣污染顆粒有明顯的關聯。
研究人員還發現,即使污染水平短暫升高——類似城市發出霧霾警告的同時,也會使心力衰竭住院或死亡的風險上升2%—3%。這項研究將這些數據應用於美國,發現如果每立方米空氣中的PM2.5減少3.9微克,每年就可以避免近8000 例心力衰竭導致的住院治療。

大氣顆粒物技術目錄

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一、電站鍋爐煙氣排放控制關鍵技術
1、燃煤電站鍋爐石灰石/石灰-石膏濕法煙氣脱硫技術:採用石灰石或石灰作為脱硫吸收劑,在吸收塔內,吸收劑漿液與煙氣充分接觸混合,煙氣中的二氧化硫漿液中的碳酸鈣(或氫氧化鈣)以及鼓入的氧 化空氣進行化學反應從而被脱除,最終脱硫副產物為二水硫酸鈣即石膏。該技術的脱硫效率一般大於95%,可達 98% 以上 ; SO2 排放 濃度一 般小於100mg/m3,可達 50mg/m3以下。單位投資大致為150~250 元/kW;運行成本一般低於 1.5 分/kWh。適用於燃煤電站鍋爐。
2、火電廠雙相整流濕法煙氣脱硫技術:利用在脱硫吸收塔入口與第一層噴淋層間安裝的多孔薄片狀設備,使進入吸收塔的煙氣經過該設備 後流場分佈更均勻,同時煙氣與在該設備上形成的漿 液液膜撞擊,促進氣、液兩相介質發生反應,達到脱除一部分 SO2 的目的。該技術將噴淋塔和鼓泡塔技術相結合,對提高脱硫效率、減少漿液循環量有顯著效 果,特別適用於脱硫達標改造項目。雙相整流裝置能 提高系統脱硫效率 20%~30%,整體脱硫效率可達 97% 以上;阻力為 600Pa~700Pa,單位投資大致為 3~6 元/kWh,電耗降低約 250~850 kWh/h。適用於燃煤電站鍋爐。
3、燃煤鍋爐電石渣- 石膏濕法煙氣脱硫技術:採用電石渣作為脱硫吸收劑,在吸收塔內,吸收劑漿液與煙氣充分接觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿液中的氫氧化鈣以及鼓入的氧化空氣進行化學反應從而被脱除,最終脱硫副產物為二水硫酸鈣即石膏。該技術的脱硫效率一般大於 95%,可達 98%以上;SO2 排放濃度一般小於100mg/Nm3,可達 50mg/Nm3 以下; 單位投資大致為 150~250 元/kW;運行成本一般低於1.35 分/kWh。適用於燃煤電站鍋爐。
4、循環流化牀幹法/ 半乾法煙氣脱硫除塵及多污染物協同淨化技術:以循環流化牀原理為基礎,通過物料的循環利用,在反應塔內吸收劑、吸附劑、循環灰形成濃相的 牀態,並向反應塔中噴入水,煙氣中多種污染物在反應塔內發生化學反應或物理吸附;經反應塔淨化後的煙氣進入下游的除塵器,進一步淨化煙氣。此時煙氣中的 SO2 和幾乎全部的 SO3,HCl,HF 等酸性成分被 吸收而除去,生成 CaSO3·1/2 H2O、CaSO4·1/2 H2O 等副產物。該技術的脱硫效率一般大於 90%,可達98%以上;SO2 排放濃度一般小於 100mg/m3,可達50mg/m3 以下;單位投資大致為 150~250 元/kW;在不添加任何吸附劑及脱硝劑的條件下運行成本一般為 0.8~1.2 分/kWh。適用於燃煤電站鍋爐。
二、工業鍋爐爐窯煙氣排放控制關鍵技術
1、石灰石- 石膏濕法脱硫技術:採用石灰石作為脱硫吸收劑,在吸收塔內,吸收劑漿液與煙氣充分接觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿 液中的碳酸鈣(或氫氧化鈣)以及鼓入的氧化空氣進 行化學反應從而被脱除,最終脱硫副產物為二水硫酸 鈣即石膏。該技術的脱硫效率一般大於 95%,可達98%以上;SO2 排放濃度一般小於 100mg/m3,可達50mg/m3 以下;單位投資大致為 150~250 元/kW 或15~25 萬元/m2 燒結面積;運行成本一般低於 1.5 分/kWh。適用於工業鍋爐/鋼鐵燒結煙氣。
2、電石渣- 石膏濕法煙氣脱硫技術:採用電石渣作為脱硫吸收劑,在吸收塔內,吸收劑漿液與煙氣充分接觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿 液中的氫氧化鈣以及鼓入的氧化空氣進行化學反應 從而被脱除,最終脱硫副產物為二水硫酸鈣即石膏。 該技術的脱硫效率一般大於 95%,可達 98%以上;SO2 排放濃度一般小於 100mg/Nm3,可達 50mg/Nm3 以下; 單位投資大致為 150~250 元/kW;運行成本一般低於1.35 分/kWh。適用於工業鍋爐。
3、白泥- 石膏濕法煙氣脱硫技術:採用白泥作為脱硫吸收劑,在吸收塔內,吸收劑漿液與煙氣充分接觸混合,煙氣中的二氧化硫與漿液 中的碳酸鈣(或氫氧化鈉)以及鼓入的氧化空氣進行 化學反應從而被脱除,最終脱硫副產物為二水硫酸鈣即石膏。該技術的脱硫效率一般大於 95%,可達 98% 以上;SO2 排放濃度小於100mg/Nm3,可達 50mg/Nm3 以下;單位投資大致為 150~250 元/kW;運行成本一 般低於 1.35 分/kWh。適用於工業鍋爐。
4、鋼鐵燒結煙氣循環流化牀法脱硫技術:將生石灰消化後引入脱硫塔內,在流化狀態下與通入的煙氣進行脱硫反應,煙氣脱硫後進入布袋除塵器除塵,再由引風機經煙囱排出,布袋除塵器除下的物料大部分經吸收劑循環輸送槽返回流化牀循環使用。該技術脱硫率略低於濕法,吸收劑利用率高,結構緊湊,操作簡單,運行可靠,脱硫產物為固體,無製漿系統,無二次污染,脱硫塔體積小,投資省,不易堵塞。煙氣中的 SO2 和幾乎全部的SO3,HCl,HF 等酸性成分被吸收而除去,生成 CaSO3·1/2H2O、 CaSO4·1/2 H2O 等副產物。該技術的脱硫效率一般大於 95% ,可達 98% 以上;SO2 排放濃度一般小於100mg/m3,可達 50mg/m3 以下;單位投資大致為 15~20 萬元/平方米;在不添加任何吸附劑及脱硝劑的條件下運行成本一般低於 5~9 元/噸燒結礦。適用於鋼鐵燒結煙氣。
5、新型催化法煙氣脱硫技術:採用新型低温催化劑,在 80~200℃的煙氣排放温度條件下,將煙氣中的 SO2、H2O、O2 選擇性吸附在催化劑的微孔中,通過活性組分催化作用反應生成。適用於有色、石化化工、工業鍋爐/爐窯。
三、典型有毒有害工業廢氣淨化關鍵技術
1、揮發性有機氣體(VOCs)循環脱附分流回收吸附淨化技術:採用活性炭作為吸附劑,採用惰性氣體循環加熱脱附分流冷凝回收的工藝對有機氣體進行淨化和回 收。回收液通過後續的精製工藝可實現有機物的循環利用。該技術對有機氣體成分的淨化回收效率一般大於90%,也可達95%以上。單位投資大致為9~24萬元/ 千(m3h-1),回收有機物的成本大致為700~3000元/噸。適用於石油化工、製藥、印刷、表面塗裝、塗布等。
2、高效吸附-脱附-(蓄熱)催化燃燒VOCs 治理技術:利用高吸附性能的活性碳纖維、顆粒炭、蜂窩炭和耐高温高濕整體式分子篩等固體吸附材料對工業 廢氣中的VOCs進行富集,對吸附飽和的材料進行強化脱附工藝處理,脱附出的VOCs進入高效催化材料牀層進行催化燃燒或蓄熱催化燃燒工藝處理,進而降解VOCs。該技術的VOCs去除效率一般大於95%,可達98%以上。適用於石油、化工、 電子、機械、 塗裝等行業。
3、活性炭吸附回收VOCs 技術:採用吸附、解析性能優異的活性炭(顆粒炭、活性炭纖維和蜂窩狀活性炭)作為吸附劑,吸附企業生 產過程中產生的有機廢氣,並將有機溶劑回收再利 用,實現了清潔生產和有機廢氣的資源化回收利用。 廢氣風量:800~40000m3/h,廢氣濃度:3~150g/m3。適用於包裝印刷、石油、化工、化學藥品原藥製造、塗布、紡織、集裝箱噴等。
四、機動車尾氣排放控制關鍵技術
汽油車尾氣催化淨化技術:採用優化配方的全Pd型三效催化劑,以及真空吸附蜂窩狀催化劑的定位塗覆技術,製備汽車尾氣淨化 器核心組件。真空塗覆技術可以精確控制催化劑塗覆 量,有效提高產品的一致性。全Pd催化劑配方根據發 動機型號不同其Pd含量約在1~3g/L範圍內,較同種發 動機上用的普通Pd-Pt-Rh三效催化劑成本可降低50% 以上。利用該催化劑及塗覆技術生產的淨化器對汽車 尾氣中CO、HC和NOx的同時淨化效果可大於95%,催化劑壽命超過10萬公里,達到相當於國VI以上的尾 氣排放標準要求。適用於汽車尾氣污染物處理。
五、居室及公共場所典型空氣污染物淨化關鍵技術
1、中央空調空氣淨化單元及室內空氣淨化技術:針對不同場所,採用風盤或/和組空不同的中央空調系統,設置過濾器和淨化組件,集成過濾、吸附、(光)催化、抗菌/殺菌等多種淨化技術,實現室內温度和空氣品質的全面調節。適用於居室及公共場所室內空氣淨化。
2、室內空氣中有害微生物淨化技術:研製層狀材料為載體負載銀離子的抗菌劑,在保持很好的抗菌性能的同時解決了銀離子在高温使用 時變色的問題。研製有機無機複合抗菌噴劑,對室內 常見的有害微生物,如大腸桿菌,金黃色葡萄球菌白色念珠菌軍團菌有很好的抗菌效果,對枯草芽孢桿菌也有很好的抑制作用。適用於居室及公共場所室內空氣淨化。
六、無組織排放源控制關鍵技術
綜合抑塵技術:主要包括生物納膜抑塵技術雲霧抑塵技術及濕式收塵技術等關鍵技術。生物納膜是層間距達到納米 級的雙電離層膜,能最大限度增加水分子的延展性, 並具有強電荷吸附性;將生物納膜噴附在物料表面, 能吸引和團聚小顆粒粉塵,使其聚合成大顆粒狀塵粒,自重增加而沉降;該技術的除塵率最高可達99% 以上,平均運行成本為0.05~0.5元/噸。雲霧抑塵技術是通過高壓離子霧化和超聲波霧化,可產生1μm~100μm的超細幹霧;超細幹霧顆粒細密,充分增加與粉塵顆粒的接觸面積,水霧顆粒與粉塵顆粒碰撞並凝聚,形成團聚物,團聚物不斷變大變重,直至最後自然沉降,達到消除粉塵的目的;所產生的幹霧顆粒,30%~40%粒徑在2.5μm以下,對大氣細微顆粒污染的防治效果明顯。濕式收塵技術通過壓降來吸收附着粉塵的空氣,在離心力以及水與粉塵氣體混合的雙重作用下除塵;獨特的葉輪等關鍵設計可提供更高的 除塵效率。適用於散料生產、加工、運輸、裝卸等環節,如礦山、建築、採石場、堆場、港口、火電廠、鋼鐵廠、垃圾回收處理等場所。
七、大氣複合污染監測、模擬與決策支持關鍵技術
1、大氣揮發性有機物快速在線監測系統:環境大氣通過採樣系統採集後,進入濃縮系統,在低温條件下,大氣中的揮發性有機化合物在空毛細 管捕集柱中被冷凍捕集;然後快速加熱解吸,進入分析系統,經色譜柱分離後被FID和MS檢測器檢測,系統還配有自動反吹和自動標定程序,整個過程全部通過軟件控制自動完成。系統主要特點有:自然復疊電 子超低温製冷系統、自主研發的温度測量技術、雙通 路惰性採樣系統、去活空毛細管捕集、雙色譜柱分離、FID和MS雙檢測器檢測。系統可以用於在線連續監測,也可以用於應急檢測(採樣罐現場採樣)。該系 統一次採樣可以檢測99種各類VOCs(碳氫化合物、鹵代烴、含氧揮發性有機物),在較長時間內可以滿 足我國環境空氣中VOCs的監測要求。適用於大氣環境監測
2、大氣細粒子及其氣態前體物一體化在線監測技術:利用多種快速接口組合,設計開發出具有自主知識產權的“大氣細粒子及其氣態前體物一體化的在線 監測系統”,實現細粒子水溶性化學成分及其氣態前體物的同步在線監測,包括:氣態HCl、HONO、HNO3、H2SO4氣溶膠中F-、Cl-、NO2 、NO3 、SO4以及WSOC的分析,實現大氣細粒子中多種元素快速在線檢測。 設計開發出能夠進行不同粒徑段的細粒子樣品成分分析裝置,用於解析大氣細粒子的來源與轉化過程, 為大氣污染區域協同控制提供基礎數據,為區域大氣 細粒子污染調控措施的制定提供科學基礎和監測技術。適用於大氣環境監測。
3、大氣中NOx及其光化產物一體化在線監測儀器及標定技術:利用光解技術和表面化學方法研發準確測量NO2的技術,與常規化學發光技術結合開發能夠準確測定NO、NO2、PAN和PPN的技術系統。集成所研製的動態零點化學發光法測NO模塊,光降解NO2模塊和鉬催化轉化模塊,製造一體化樣機,樣機可同時在線精確測量大氣樣品中的NO、NO2、NOy。為評估含氮大氣活性成分對O3產生貢獻的準確測算和其產物的進一 步演化提供可靠的技術方法和適合國情的儀器設備產品。適用於大氣環境監測。
4、大氣細粒子和超細粒子的快速在線監測技術:針對區域大氣顆粒物立體在線監測的技術需求,開展大氣複合污染中細粒子及超細粒子物化特性的 原位快速測定技術研究,基於“稱重法”的振盪天平顆粒物質量濃度監測儀,完成大氣PM2.5質量濃度的實時監測。適用於大氣環境監測。
八、清潔生產關鍵技術
水煤漿代油潔淨燃燒技術:水煤漿代油潔淨燃燒技術是把煤磨成細粉與水和少量添加劑混合成懸浮狀高濃度漿液,像油一樣採用全封閉方式輸送和儲存,用泵輸送,並用噴嘴噴入 鍋爐爐膛霧化懸浮燃燒,燃燒效率高,它是一種以煤代油的新技術。在製漿過程中要對煤淨化處理,處理各種電站鍋爐、工業鍋爐、 工業窯爐。

大氣顆粒物技術與方法

編輯

大氣顆粒物控制技術

大氣污染防治先進技術彙編》涵蓋電站鍋爐煙氣排放控制、工業鍋爐爐窯煙氣 排放控制、典型有毒有害工業廢氣淨化、機動車尾氣排放控制、居室及公共場所典型空氣污染物淨化、柏美迪康環保科技(上海)有限公司無組織排放源控制、大氣複合污染 監測模擬與決策支持、清潔生產等八個領域的關鍵技術,入選技術大多源於“十一五”以來相關國家科技計劃項目或自主創新的研究成果。 [18] 

大氣顆粒物清除方法

大氣中的顆粒物可以通過以下三種途徑得到自然清除:
①雨除(作為凝結核形成雨滴而降落)和降水沖刷。這是最有效的清除途徑。
②在大氣動力作用下由於撞擊而被捕獲在地面、植物或其他物體表面上。
③由於本身重量而自然沉降。
一次顆粒物排放的控制主要是採用除塵器。對二次顆粒物則只能控制其前身物質。二次顆粒物的形成和變化規律是環境科學的重大研究課題之一。
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