21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, total suspension particle)-空气动力学直径小于100m,可吸如颗粒物（inhalable particle, PM10)-空气动力学直径小于10m的颗粒。 PM2.5指悬浮于大气中，空气动力学直径小于2.5m的颗粒。 PM1指悬浮于大气中，空气动力学直径小于1m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2.5m甚至1m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P M1 0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(PAH s)、硝基多环芳烃(NPAH s) 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 PM25的采集和分析，其中包 括PM25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，A l，C a，F e，K， N a，P，S和Z n的浓度较高，是细粒子中的主要元 素，而部分样品中Mg和P b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P b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PMl 0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，1050um的粒子绝大 部分沉着在鼻 腔里，510um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PMl 0和PM 25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、PM25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、PM25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、PM25 浓度相关系数在0407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,PM25 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(P005或P00D，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19941996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PM25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1 9 77 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PMl 0和PM 2 5的性质与能见度的降低密 切相关。PM 1 0和PM 25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。 PMl 0和PM 25对光的吸收效应通常是使能见度降 低的第二大因素。而PMl 0和PM 25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1.12.5，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23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PM 2.5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 PMl 0和PM 25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 PM25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、PM25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：4070 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、 文丘里式除尘器、 喷淋塔式除尘器,应用：中、小型机组采用， 大型机组一般不采用,水膜除尘器原理,back,湿式除尘和旋风除尘结合起来，提高效率，减少磨损,溢流水槽的设计使内壁水膜均匀,设计特点：,斜棒栅式,效率：92以上,液气比：0.300.44kg/m3,back,back,文丘里式,效率：95以上 液气比： 0.261.30kg/m3,效率：99以上 液气比：0.672.68kg/m3,back,喷淋塔式,缺点,能耗大，耗水量大 有废液、泥浆处理问题 在寒冷地区使用需防冻,back,可同时除尘和除有害气体 结构简单，造价低 能处理湿度大、温度高的气体,优点,五、布袋除尘器,原理及系统,back,除尘效率：99.5以上,按清灰方式分类 机械振打式 逆气流式 脉冲反冲式,优缺点,应用：对布袋不易造成腐蚀的气体的除尘,back,工作步骤： 1.过滤 2.清灰,布袋除尘器原理示意图,布袋除尘器外观实例,back,脉冲反冲式,（文丘里喷嘴 ),优点,缺点,back,结构简单，造价及运行费用低,可提高干法脱硫的脱硫率,处理高温、高湿度、腐蚀性气体应慎选滤袋,滤袋易破损,阻力损失大,除尘效率高，处理量大,体积和占地面积都很大,六、静电除尘器,工作原理及设备构造,back,优缺点,除尘效率：99以上,应用：300MW以上机组均采用,静电除尘器原理、构造,back,主要构件： 电晕极 集尘极 清灰装置,外形图,静电除尘器外形,back,优点,除尘效率高 能耗低，压损小 处理烟气量大，耐高温,缺点,钢耗大，占地面积大 制造、安装、运行的要求高 对粉尘特性敏感,back,back,back,